生物电化学措施下潜流人工湿地反硝化性能的强化及微生物学特征

通过两种类型共4组人工湿地装置的优化对比试验,分析电解强化潜流人工湿地(E-CW)在不同电压梯度下(0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 V)自养反硝化阶段的脱氮性能的变化及微生物群落结构特征,考察电解对湿地系统的影响。结果表明,在1.5 V电压条件下,虽然E-CW耦合系统的NH4+-N去除率低于不加电解强化措施的CW湿地装置,但是E-CW系统的反硝化速率较高,使得TN去除率高,其中E-CW3的TN平均去除率为9.52%,显著高于CW1;E-CW4的TN平均去除率为45.66%,显著高于CW2。各湿地中共发现14个优势菌门和30个优势菌目,优势菌门中的变形菌门相对丰度最高并且在各湿地中均有分布,含有许多硝化细菌和反硝化细菌,对污染物的去除起重要作用;优势菌目中的红杆菌目(Rhodobacterales),鞘氨醇菌目(Chiti-nophagales),伯克氏菌目(Burkholderiales),懒杆菌目(Ignavibacteriales),Saccharimonadales和厚壁菌门中的芽孢杆菌(Bacillus)在E-CW中的相对丰度显著高于CW,这6种细菌群属于反硝化菌,相对丰度越高,反硝化能力越强。适宜电解措施能够强化系统的自养反硝化作用,强化脱氮性能,并且也会增加群落中反硝化细菌的种类和数量,此试验的最佳外加电压为1.5 V。

基质种类和电流强度对电解强化潜流人工湿地运行性能影响

为探究两种不同基质的电解强化潜流人工湿地对氮磷污染物的净化效果差别以及两种不同基质的电解强化潜流人工湿地的最适电流强度,构建了以沸石为基质的湿地系统A和以砖块为基质的湿地系统B,以及各自的空白a、b。在启动阶段,A对氨氮的去除效果显著高于B,说明使用沸石为基质对电解强化潜流人工湿地的氨氮去除效果更优。稳定运行阶段时,B的总氮最大去除率只达到A最大去除率的一半,说明以沸石为基质的电解强化潜流人工湿地在脱氮效果上更明显。在稳定运行阶段,A和B对磷的去除效果会随着电流强度的增强而不断变大,当电流强度为100mA时,两系统中磷的去除率均达到最大值。而对氮的去除效果则是:当A在电流强度为30mA时,氮的去除率最高,而B在电流强度为50mA时,氮的去除率最高,且两系统在达到最佳电流强度后,随着电流强度的增加,两系统对氮的去除能力均会下降。综合分析,A的最佳运行电流强度为30 mA,而B的最佳运行条件为50 mA。