功能分区型人工湿地处理分散养殖冲洗废水特性研究

摘要

针对我国分散式养猪在广大农村地区普遍存在、污染严重的现状，在掌握其水质特征和排放特征的基础上，本文构建基于生物沸石的功能分区型强化脱氮人工湿地，研究其处理模拟源分离分散养殖冲洗废水的可行性，并在摇瓶序批实验及人工湿地连续实验中研究生物沸石快速吸附氨氮、生物再生特性、人工湿地运行特性，以16s核糖体DNA全序列分析对湿地不同功能区的微生物群落结构进行解析。本论文主要研究结论如下:
　　(1)各粒径沸石对氨氮的吸附速率非常快，吸附开始后的5min，沸石对氨氮的去除率将近40％。沸石中与氨氮进行离子交换的阳离子主要为Na+，其次为Ca2+，并且随着吸附时间的延长，Na+当量浓度占释放出全部金属离子当量的比值呈下降趋势，而Ca2+的则反之。
　　(2)石灰石对沸石的生物再生过程有明显影响，生物沸石与石灰石的质量比为5∶1时，再生量最大，为无石灰石的控制样的5.15倍。5.00mg/L的丙烯基硫脲和1.56mg/L的叠氮化钠分别对亚硝酸细菌和硝酸细菌有明显的抑制作用。生物沸石与石灰石混合体系的再生过程中，微生物起主导作用。
　　(3)湿地强化有机物和TN去除区添加强化复氧管可以提高复氧能力，有助于提高氨氮去除率和硝酸盐氮的生成速率，并且不会造成亚硝酸盐氮的大量累积。沸石层厚度为30cm，进水负荷为1.5L，流速为50mL/min，进水时间为30min时，湿地的硝化能力达到最大，同时氨氮去除速率不会超过沸石再生速率。
　　(4)湿地强化硝化区中生物沸石吸附氨氮与再生是一个快速的过程，5min就可完成整个30min进水期近80％的氨氮吸附与生物再生量。湿地的硝酸盐平均产生速率为0.0423kg/m3·d，亚硝酸盐氮没有累积，复氧能力良好。每天进水一次且沸石层厚度为6cm时，湿地综合经济和运行效果最优。
　　(5)强化有机物和TN去除区沸石表面生物膜致密厚实，砾石和强化硝化区沸石表面生物膜较为稀疏，主要均由球菌和杆菌构成。在门的水平上，强化有机物和TN去除区和强化硝化区沸石表面优势菌分别为变形菌门（Proteobacteria），和厚壁菌门（Firmicutes）。两个系统沸石表面生物膜中均检测出硝化细菌，强化有机物和TN去除区沸石表面还检测出反硝化细菌。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 分散及小规模养猪污染与处理现状

1．1．1 污染现状

1．1．2 处理技术

1．2 强化人工湿地

1．2．1 强化复氧人工湿地

1．2．2 沸石强化人工湿地

1．2．3 强化总氮去除人工湿地

1．3 研究目的与内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 课题来源

第2章 沸石快速吸附氨氮特性及生物再生性能研究

2．1 材料与方法

2．1．1 试验材料与装置

2．1．2 试验及分析方法

2．2 沸石氨氮吸附容量及动力学

2．2．1 沸石吸附容量

2．2．2 沸石吸附动力学

2．3 沸石氨氮快速吸附的影响因素

2．3．1 沸石投加量

2．3．2 水中金属阳离子

2．3．3 氨氮浓度

2．3．4 温度

2．3．5 磷对沸石快速吸附氨氮的影响

2．3．6 沸石粒径

2．3．7 pH对沸石快速吸附氨氮的影响

2．4 生物沸石再生机理研究

2．4．1 石灰石投加量的影响

2．4．2 微生物对沸石再生的影响

2．5 本章小结

第3章 功能分区型人工湿地强化有机物和TN去除区效能研究

3．1 试验材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验装置

3．1．3 试验及分析方法

3．2 生物沸石吸附-再生性能影响因素

3．2．1 强化复氧管

3．2．2 进水氨氮浓度影响

3．2．3 COD影响

3．2．4 排水方式

3．2．5 流速影响

3．2．6 负荷影响

3．2．7 生物沸石高度影响

3．3 沿程去除特性

3．3．1 TN沿程去除

3．3．2 COD沿程去除

3．4 本章小结

第4章 功能分区型人工湿地强化硝化区效能研究

4．1 材料与方法

4．1．1 试验材料与装置

4．1．2 试验及分析方法

4．2 生物沸石吸附—再生性能

4．2．1 生物沸石吸附时间优化

4．2．2 生物沸石再生性能

4．3 生物沸石再生性能影响因素

4．3．1 进水次数

4．3．2 生物沸石填充高度

4．3．3 COD影响

4．3．4 TP影响

4．4 本章小结

第5章 生物膜解析

5．1 实验方法与仪器

5．1．1 扫描电子显微镜样品制备

5．1．2 生物膜微生物群落结构

5．2 生物膜表面形貌

5．2．1 强化有机物和TN去除区生物膜

5．2．2 强化硝化区生物膜

5．3 生物膜微生物群落结构解析

5．3．1 强化有机物、TN去除系统

5．3．3 强化硝化系统

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者介绍

攻读硕士学位期间发表的论文和研究成果