植物碳源调控下水平潜流湿地强化脱氮试验研究

摘要

本论文针对低碳氮比运行条件下人工湿地脱氮效率不高的问题进行了深入研究。通过比较选出适宜用于人工湿地的植物碳源材料，利用小试试验对植物碳源的投加位置、投加比例以及补充植物碳源后人工湿地的水力负荷等条件进行优化，将优化得到的碳源调控参数应用到人工湿地小试装置中去，观察碳源调控下人工湿地装置的脱氮效率，对人工湿地碳源调控强化脱氮技术的可行性进行了验证，并采用扫描电镜、分子生物学技术等手段对人工湿地内部的微观状态、优势菌种以及脱氮微生物进行了分析。
　　（1）芦苇秸秆、玉米芯、梧桐树皮、梧桐树叶四种植物碳源中，玉米芯在浸泡过程中会释放出大量的有机物且持续释放能力较强，30 d后的玉米芯浸泡液 B/C值为0.35，具有良好的可生化能力，同时玉米芯分解时无色度产生，分解后呈粉末状，不会造成人工湿地的堵塞等问题，适合作为人工湿地的外加植物固态碳源。
　　（2）碳源调控参数优化研究中发现，控制玉米芯的投加体积比为1.0％，将其投加在湿地基质床内中后部（水力路径约60%的断面位置），调节水力负荷为2.03m3/m2·d，此时小试装置的出水COD值无恶化，且总氮的平均去除率在45%以上。
　　（3）人工湿地装置小试，结果显示，空白湿地的COD平均去除率为38.71%，总氮平均去除率为34.24%，碳源湿地的COD平均去除率为38.52%，总氮平均去除率达到70.55%，在合理调控的前提下，外加植物碳源有效提高了人工湿地的脱氮效率,验证了人工湿地碳源调控强化脱氮技术的可行性。
　　（4）采用电镜对人工湿地系统内部的基质进行扫描发现，其表面附着有大量以短杆菌为主的微生物、固着藻类、浮游生物等，对人工湿地的出水均有净化作用；PCR-DGGE技术检测结果显示人工湿地系统内部的优势菌种约有10多个属，其中具有脱氮效果的菌属包括：假单胞菌属（Pseudomonas sp.）中的恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）、荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）；不动杆菌属（Acinetobacter sp.）中的琼氏不动杆菌（Acinetobacter junii）；沙雷氏菌属（Serratia sp.）中的粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）；短波单胞菌属（Brevundimonas sp.）中的缺陷短波单胞菌（Brevundimonas diminuta）；以及植物内生菌（Endophytic bacterium）等，从分子生物学角度对人工湿地的脱氮效果进行了验证。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 湿地脱氮国内外研究进展

1.3 人工湿地碳源调控强化脱氮技术

1.4 研究的目的及意义

1.5 研究内容与技术路线

2 植物碳源有机物质的比选研究

2.1 研究材料与方法

2.2 不同植物碳源材料在蒸馏水中的浸泡结果与分析

2.3 不同植物碳源材料在河水中的浸泡结果与分析

2.4 最佳植物碳源的可生化性测试与分析

2.5 本章小结

3 植物碳源投加参数优化小试研究

3.1 小试装置与材料

3.2 植物碳源投加位置优化结果与分析

3.3 植物碳源投加比例优化结果与分析

3.4 水力负荷优化结果与分析

3.5 本章小结

4 碳源调控技术在水平潜流湿地小试装置中的试验研究

4.1 试验装置与方法

4.2 人工湿地初步启动阶段的运行效果与分析

4.3 人工湿地稳定运行阶段的运行效果与分析

4.4 本章小结

5 碳源调控技术在人工湿地小试中的脱氮机理研究

5.1 扫描电镜试验分析

5.2 分子生物学试验分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 本研究主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果