生态浮床脱氮机理及固定化技术强化脱氮效果研究

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近年来,随着经济的发展,水体富营养化日益严重,受污染水体急需治理。作为一种生态修复技术,生物浮床技术集经济、社会、生态三效益于一体,具有理想的去除效果,并能带来可观的综合效益。近年来在富营养化水体的治理中得到了较多的应用,但生态浮床的脱氮效率仍有待于进一步提高。该论文利用固定化反硝化菌强化生态浮床,以提高其脱氮作用。先通过设计的一系列不同系统,在静态条件下研究植物对根系微生物的协同脱氮作用,再在静态与动态条件下系统地研究了生态浮床的脱氮效果和规律,最后通过投加固定化反硝化菌小球强化生态浮床的处理效果,充分利用植物的协同脱氮作用,更好地发挥微生物的作用。主要研究内容包括:浮床美人蕉协同脱氮作用研究;生态浮床静念脱氮效果研究;生态浮床动态脱氮效果研究;固定化反硝化菌强化生态浮床脱氮研究。研究结果和结论如下: (1)生态浮床系统中脱氮的主要作用是微生物的硝化一反硝化作用,但植物的协同脱氮作用也不可忽视,其中由于光合作用产生的氧向下输送至根系区形成氧化态的微环境这一作用在植物对微生物的协同脱氮作用中的贡献较突出,而植物根部单纯提供微生物附着的表面这一作用的贡献相对较小。 (2)经过5天的静态处理,生态浮床对NH4+-N的去除效果比较显著,NH4+-N的去除速度呈逐渐减慢的趋势;TN的去除率较有限,TN的去除规律与NH4+-N的去除规律相似,初期去除速率较快,之后去除速度逐渐减慢,去除率曲线趋于平缓;NO2--N和NO3--N的含量变化幅度不大,二者均出现了一段小幅缓慢上升的趋势,随后,二者又开始缓慢下降,这种下降趋势在NO3--N曲线上表现的更为明显。 (3)动态条件下,随着时间的推移,生态浮床的运行状况逐渐稳定,逐渐表现出一定的规律性,NH4+-N、TN的出水浓度与入水浓度的变化相一致,出水水质直接受入水水质的影响。在此动态实验的水力条件下,NH4+-N、TN的去除负荷均随入水负荷的增加而呈线性增加。 (4)经过5天的处理,固定化反硝化菌强化生态浮床系统对TN去除率最高,为50.9%,浮床系统为33.65%,而空白实验为23.91%;同时,投加固定化小球的浮床系统中NO3--N的去除效果曲线下降显著。固定化反硝化菌的加入充分地利用植物的协同脱氮作用,大大加强了浮床系统的反硝化作用,大幅度削减了系统中的NO3--N,将生态浮床的脱氮效果大幅提升。采用海藻酸钠一氯化钙包埋法,并添加活性炭作为添加剂来增加小球的机械强度和传质性能的方法制备的固定化反硝化菌小球在强化生态浮床系统对水体的脱氮效果方面较为理想。 (5)上述静态实验过程中,浮床系统对水体中污染物的降解规律均符合污染物降解一级反应方程:Yt=Y0×e(-kt),经计算得到的NH4+-N、TN回归方程的相关系数均满足相应回归精度的要求,故所得回归方程有意义。
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