電極強(qiáng)化人工濕地處理低碳氮比污水效果及機(jī)理研究.pdf

1、作為一種生態(tài)化的污水處理技術(shù)，人工濕地（ Constructed Wetlands，CWs）被證實(shí)能夠有效脫除污水中的氮和有機(jī)物等多種污染物。由于人工濕地中同時(shí)存在反硝化和硝化過(guò)程，其不但能夠有效脫除硝態(tài)氮，也能夠較好的脫除氨氮。而且人工濕地具有脫氮效率高、費(fèi)用低、適用面廣以及對(duì)污染負(fù)荷變化適應(yīng)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，低C/N進(jìn)水會(huì)造成人工濕地后段基質(zhì)異養(yǎng)反硝化過(guò)程受阻，影響出水脫氮效果。而投加碳源改善反硝化的方法會(huì)導(dǎo)致出水有機(jī)物二次污染或脫

2、氮效果不徹底的問(wèn)題，同時(shí)外加碳源的添加也會(huì)增加處理成本。我國(guó)南方城市生活污水多為低C/N污水。結(jié)合了電化學(xué)法和生物法的電極生物膜法是目前有效處理低C/N污水的工藝之一，由于其內(nèi)部產(chǎn)氫，利用自養(yǎng)反硝化菌不需要有機(jī)碳源等特點(diǎn)，在高效脫氮的同時(shí)具有安全、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)。但是，該方法主要對(duì)硝態(tài)氮有較好的處理效果，對(duì)氨氮等去除能力較差，且對(duì)高濃度硝態(tài)氮去除效果不佳。本研究針對(duì)以上問(wèn)題將人工濕地與電極生物膜反應(yīng)器耦合探究低C/N污水的處理效果。

3、r>　　采用復(fù)合和串聯(lián)兩種連接方式，將人工濕地和電極生物膜反應(yīng)器結(jié)合構(gòu)建復(fù)合電極人工濕地（Electrode Constructed Wetland，ECW）以及人工濕地串聯(lián)電極生物膜反應(yīng)器（Constructed Wetland combined Biofilm-electrode Reactor，CWBER），使得二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)低C/N污水的高效脫氮處理。通過(guò)C/N、進(jìn)水總氮濃度、電流強(qiáng)度、HRT和pH五個(gè)因素對(duì)聯(lián)合體系處

4、理效果影響的研究，探究?jī)蓚€(gè)體系的關(guān)鍵影響因子和優(yōu)化調(diào)控措施，以及最佳條件下的去除效果。并運(yùn)用高通測(cè)序手段對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的微生物多樣性進(jìn)行測(cè)試分析，從而探究電極強(qiáng)化人工濕地處理低C/N污水的效果和機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明：
　?。?）除pH外其它四種因素對(duì)ECW處理低C/N污水的效果均有顯著性影響。最佳運(yùn)行條件為 C/N=0.75，進(jìn)水總氮濃度=75mg/L， I=10mA和HRT=48h，此時(shí)，系統(tǒng)對(duì)硝態(tài)氮、氨氮、總氮和CO

5、D的去除率達(dá)到最高，分別為89.59％、39.6%、63.56%和87.01%。與單一CW相比，ECW的氮和有機(jī)物去除具有明顯的強(qiáng)化效果。
　?。?）對(duì)于CWBER，其處理低C/N污水的顯著性影響因素與ECW相同。體系的最適運(yùn)行參數(shù)為C/N=1，進(jìn)水總氮濃度=60mg/L，I=15mA和HRT=12h（人工濕地保持HRT=24h），此時(shí)硝態(tài)氮、氨氮、總氮和COD的去除率最高，分別為98.97%、30.36%、71.55%和88.9

6、1%。對(duì)比單一BER和單一CW，CWBER對(duì)二者脫氮、單一BER有機(jī)物去除有明顯加強(qiáng)作用，而對(duì)單一CW有機(jī)物去除則沒有明顯加強(qiáng)。
　?。?）就兩種聯(lián)合方式組成的體系而言，ECW中具有更強(qiáng)的硝化作用，而CWBER的反硝化能力則更強(qiáng)，對(duì)有機(jī)物的去除能力二者相差不大。就兩體系最佳運(yùn)行參數(shù)而言，ECW較CWBER有更高進(jìn)水氮負(fù)荷以及更低 C/N，且所需電流更低，但所需停留時(shí)間較長(zhǎng)；而CWBER則需要更高電流以及更高進(jìn)水C/N，而能承受進(jìn)水

7、負(fù)荷更低，但它所需停留時(shí)間較短。
　?。?）利用高通量測(cè)序手段分別測(cè)試ECW和CWBER的陰極生物膜，并在最佳條件下運(yùn)行后進(jìn)行微生物多樣性的探究。采集的樣品均成功提取了DNA，進(jìn)行了有效的PCR擴(kuò)增，并獲得了足夠的測(cè)序深度。結(jié)果表明：對(duì)于微生物群落組成而言，在門分類水平中，兩個(gè)體系主要菌門為 Proteobacteria和 Bacteroidetes，而屬水平分類中， ECW中主要為 Thiobacillus和 Thauera以及

8、 Arenimonas和Rhodobacter、Flavobacterium，CWBER中則主要為Dechloromonas、Simplicispira和 Pseudoxanthomonas，并且Shinella、Thermomonas、Enterbacter、Bdellovibrio和Rhodobacter、Flavobacterium等在該體系中豐度也相對(duì)較高。這些菌種大部分都是重要的反硝化菌和具有降解有機(jī)物能力的菌，它們?cè)诿摮?/p>

9、有機(jī)物的過(guò)程中起到了重要的作用。ECW和CWBER中大量富集的一些菌（如Arenimonas）在有關(guān)單一 BER微生物研究的文獻(xiàn)中不常見報(bào)道，而一些常見的菌（如Hydrogenophaga）在兩個(gè)體系中的含量均較低。這和本研究中BER和CW進(jìn)行復(fù)合或串聯(lián)有關(guān)。
　?。?）通過(guò)對(duì)比兩個(gè)體系中菌群多樣性和豐度差異發(fā)現(xiàn)：微生物群落多樣性在ECW和CWBER中不存在顯著性差異，而微生物群落豐度在ECW中相對(duì)較高。
　　本研究構(gòu)建EC