仿生植物附着生物膜对污染水体氮素降解效能研究

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伴随着经济的快速发展以及城市建设规模的增大,城市河流污染日趋严重,因此,寻求新的河道污染修复技术迫在眉睫。仿生植物附着生物膜可实现水体污染的原位净化,其在野外应用过程中无二次污染,且具有价格低廉,操作便捷等优点,迅速成为近些年河道污染生态修复的技术手段之一。论文以组合填料为原材料制成仿生植物,分别将仿生植物及其辅助单元布设至镇江市古运河污染河道的四个不同样点,通过为期一年的野外挂膜及室内控制实验,系统研究仿生植物附着生物膜对污染水体氮素降解效能,力求为仿生植物净化污染水体提供理论依据和技术支持。论文主要研究结果如下:  (1)仿生植物附着生物膜氨氮含量随季节变化明显,表现为:夏季和冬季均高于春季和秋季;四个样点的仿生植物附着生物膜氮含量亦有明显的差异,春季表现为:解放桥>玉带河>团结河>内江;夏季表现为:团结河>内江>解放桥>玉带河;秋季表现为:解放桥>团结河>内江>玉带河;冬季则表现为:玉带河>解放桥>团结河>内江。此外,水深亦对仿生植物附着氨氮含量的影响显著,其中,内江和解放桥在不同水深处NH4+-N含量变化均表现为0-20cm>40-60cm>80-100cm;团结河表现为80-100cm>40-60cm>0-20cm;玉带河表现为0-20cm>80-100cm>40-60cm;四个样点的仿生植物附着生物膜氨氮含量随水深的变化均表现为:团结河>内江>解放桥>玉带河。  (2)仿生植物附着生物膜对氨氮降解效能随季节、水深及挂膜样点的不同而表现出明显的差异。其中,内江样点的氨氮去除效率表现为:冬季53.4%>春季51.2%>秋季49.1%>夏季45.4%;解放桥为:夏季54.36%>秋季51.49%>春季40.18%>冬季40.05%;团结河为:春季44.4%>夏季38.8%>秋季7.1%和>冬季12.6%;玉带河为:秋季39.50%>春季38.96%>夏季30.23%>冬季22.06%。四个样点氨氮去除率亦有显著差异,在春季表现为:内江>团结河>解放桥>玉带河;在夏季表现为:解放桥>内江>团结河>玉带河;秋季表现为:解放桥>内江>玉带河>团结河;冬季表现为:内江>解放桥>玉带河>团结河。此外,仿生植物附着生物膜对氨氮的去除效率随水深的变化明显,去除效率最高的挂膜深度为水下80-100cm。仿生植物附着生物膜对氨氮降解效能的差异与各挂膜样点水体理化参数的差异有密切关系。  (3)环境因子对仿生植物附着生物膜对氨氮降解效能的影响显著。其中,溶解氧含量的增加提高了仿生植物附着生物膜对氨氮的去除效果,曝气组氨氮浓度较非曝气组显著下降,表明提高处理系统溶解氧含量可显著提高仿生植物附着生物膜的硝化作用能力。pH值对仿生植物附着生物膜的氨氮去除效能的影响总体表现为:pH=7-8>pH=10-11>pH=4-5,即水体pH值介于7-8时,仿生植物附着生物膜对氨氮具有最好的去除效果。不同氨氮浓度条件下仿生植物附着生物膜对氨氮的去除效果差异显著,试验结果表明在试验设定的三种氨氮浓度条件下,氨氮去除率大小关系表现为20mg·L-1>200 mg·L-1>400 mg·L-1,表明在试验设定的三种浓度范围内,水体氨氮浓度介于20mg·L-1左右时,仿生植物处理系统具有较高的氨氮去除效能。
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