磁场/光催化强化人工湿地净化生活污水的试验研究

人工湿地已成为广泛运用的污水处理方式,但仍存在效率较低等缺陷,而以人工湿地耦合多种强化工艺已成为近年来的研究热点。分别构建了磁场强化和光催化强化的人工湿地,针对不同进水浓度和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)(24、48、72 h),探究在磁场和光催化强化作用下的人工湿地对污水中TP、PO_(4)^(3-)-P、NH_(4)^(+)-N和COD_(Cr)的去除效果。研究结果表明,施加磁场后可促进人工湿地系统对NH_(4)^(+)-N和COD_(Cr)的去除,当HRT为24~72 h时,磁场强化的人工湿地对NH_(4)^(+)-N和COD_(Cr)的去除率分别能达到58.77%~96.91%、41.16%~85.42%。光催化作用由于大量自由基的生成,对污水中部分污染物降解效果明显,其对TP的去除率最大能达到59.85%,相比传统的人工湿地去除率提高了27.82%;去除NH_(4)^(+)-N和COD_(Cr)的最佳HRT为72 h,其去除率最高分别为67.57%和89.98%,相比传统的人工湿地分别提高了16.77%、21.64%。

电场耦合垂直流人工湿地对农村污水的净化效果及细菌群落结构变化特征

为进一步提高人工湿地处理农村污水效果,构建了耦合电场垂直流人工湿地系统(E-VFCW系统),以昆明市盘龙区长地梗城中村东干渠的原水为处理对象,探究其稳定性及净化效果,通过微生物群落演变特征,揭示其污染物去除的生物学化学机制.结果表明:①与垂直流人工湿地系统(VFCW系统)相比,E-VFCW系统对农村污水的净化效果更高,化学需氧量(COD)、总磷(TP)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、总氮(TN)处理效果分别提高了7.94%、5.67%、51.14%、27.54%,其中NH_(4)^(+)-N去除率存在显著差异(P<0.05).②E-VFCW系统中,相对丰度排序前三的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria),其相对丰度之和约为80%;优势菌属包括脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)和假单胞菌属(Pseudomonas)等.③冗余分析表明,E-VFCW系统中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿菌门(Chlorobi)、放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)是COD、TN、TP、NH_(4)^(+)-N净化的主要驱动因素.④秩相关分析表明,电场施加能促进E-VFCW系统中产电细菌假单胞菌(增加4.76%)、氢噬胞菌(增加2.02%)、黄杆菌(增加12.54%)等的富集和积累.研究显示,将电场与垂直流人工湿地进行耦合后,可使产电细菌相对丰度显著增加,可为农村污水治理提供理论指导和科学依据.

生物转盘耦合垂直流人工湿地对生活污水的净化效果及其微生物群落结构特征

为提高垂直流人工湿地对农村生活污水的净化效率,构建生物转盘耦合垂直流人工湿地系统。以实际生活污水为对象,研究耦合系统对生活污水的净化效果,并采用高通量测序分析其微生物群落结构特征,揭示微生物群落结构与污染物处理效率之间的关系。结果表明:系统对化学需氧量(COD)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)和总磷(TP)的去除率分别为64.97%、86.84%和79.18%,出水平均质量浓度分别为71.70、3.21和0.67 mg·L^(-1);新型湿地系统适于处理COD、ρ(NH_(4)^(+)-N)和ρ(TP)分别为<250、30~50和<2 mg·L^(-1)的生活污水,且24 h为系统最佳运行时间;2个系统中不同填料区微生物种类无较大差别,相对丰度差别较大,共有的优势菌门、优势菌纲和优势菌目分别有5、8和10类,系统中除氮微生物主要为氢噬胞菌属(Hydrogenophaga)、假单胞菌属(Pseudomonas)等,除磷功能微生物主要有假单胞菌属、脱氯单胞菌(Dechloromonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)、红球菌属(Rhodococcus)等;细菌群落影响污染物的去除,NH_(4)^(+)-N、TP和COD去除率与变形菌门和蓝细菌门呈显著正相关,TP浓度与绿弯菌门、COD与绿菌门呈显著正相关(P<0.05);各污染物主要在火山石区、沸石区被去除。研究结果明确了生物转盘耦合垂直流人工湿地微生物群落结构特征及其与污染物去除之间的关系,可为进一步提高人工湿地的处理效率提供科学参考。

外场强化生物与生态耦合工艺对生活污水氨氮处理适应性研究

为提高现有人工湿地对农村生活污水的净化效率、更好地为农村生活污水处理提供适宜可行的装置技术。以西南林业大学校园生活污水为模拟对象、传统生物生态耦合系统为基础,构建不同外场强化型生物与生态耦合工艺,探索施加磁场、电磁复合场、电场等外场强化作用对氨氮去除的影响。结果表明:经72 h的处理之后,BWR的氨氮平均出水浓度为14.14 mg/L、BWR-磁为9.79 mg/L、BWR-电磁为2.73 mg/L和BWR-电为2.79 mg/L,BWR-电磁的BWR-电的出水氨氮质量浓度可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标准(5.0 mg/L);相比于BWR,磁场、电磁复合场、电场强化对氨氮的去除率分别了提高约17、41.83、42.85个百分点,立体与表面负荷削减量分别可提高7.27、19、18.92 mg/cm3与0.18、0.48、0.47 mg/cm2;变形菌门和硝化螺旋菌门相对丰度增加了8.29、14.40、13.83和0.31、1.24、0.50个百分点左右;电场能耗远低于传统污水厂的的平均能耗,电场与磁场相结合,实现了1+1>2,可有效解决碳氮比低的问题,在一定程度为人工湿地技术的改进提供了新的思路。

光催化、电场、磁场耦合垂直流人工湿地对生活污水的处理效果及微生物群落组成特征

为提高人工湿地对生活污水中污染物的有效去除,强化工艺耦合人工湿地已成为近年来的研究热点,通过构建的光催化、电场、磁场耦合垂直流人工湿地,探究该人工湿地对污水中化学需氧量(COD cr)、氨氮(NH+4-N)、总磷(TP)和正磷(PO 34-P)的去除效果,分析了各单元微生物群落的组成特征。结果表明:加入光催化、电场、磁场后,COD cr、NH+4-N、TP和PO 34-P的去除率分别是71.1%、95.5%、54.3%、52.4%,可提高对COD cr、NH+4-N的去除效果,与普通人工湿地相比,COD cr的去除率可提高8.6%~22.4%,NH+4-N去效率可提高6.3%~30.0%,未能提高TP和PO 34-P的去除效果;光催化单元促进了光能异养微生物蓝细菌门(Cyanobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、集球藻菌纲(Synechococcophycideae)、绿丝菌属(Chloronema)的生长代谢,提升了嗜热型微生物纤发鞘丝蓝细菌属(Leptolyngbya)的活性,电、磁场单元促进了脱氮除磷微生物变形菌门(Proteobacteria)的生长代谢,提升了硝化功能菌不动杆菌属(Acinetobacter)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)的活性。可见,光催化、电场、磁场单元与垂直流人工湿地耦合后,可使光合异养细菌和除氮细菌的丰度增加,提升COD cr、NH+4-N的去除效果,偏高的电、磁场强度可能影响到磷素的基质吸附沉淀作用。