“塘+湿地”耦合系统净化再生水补给低C/N河湖水体的效能及机制研究

构建了针对再生水补给低C/N河湖水体的“释碳塘⁃水平潜流人工湿地⁃沉水植物塘”耦合生态净化系统,以北运河上游沙河水库为研究对象,研究了该耦合系统对主要污染物TN、TP和CODCr的净化效能,并采用高通量测序技术解析了各单元微生物群落分布特征.结果表明,耦合生态系统稳定运行后出水中TP、TN和CODCr的浓度分别为(0.07±0.03),(1.41±1.06)和(18.51±6.97)mg·L^-1,其中,TP和CODCr可稳定达到《我国地表水环境质量标准》(GB3838—2002)地表IV类水(湖库)标准,TN达标率为73%.10月下旬后出水中TN不达标主要是由于温度降低导致反硝化细菌活性降低以及进水中C/N降低导致.本耦合系统可强化沙河水库中氮素的去除,不仅体现在释碳床的加入可补充湿地反硝化所需碳源,且自身的“夹心结构”可在内部实现缺氧环境,有利于反硝化的发生.加入释碳床前后,释碳塘和水平潜流人工湿地对TN的去除率分别由23.1%±27.3%和38.3%±21.6%提高至25.3%±19.4%和47.4%±15.6%.微生物群落分析结果表明,运行过程中释碳床内部微生物优势菌属由嗜氢菌属和淀粉发酵菌属转变为纤维素降解菌属.耦合系统各单元优势菌属差异较大,其中节杆菌属(Arthrobacter)在3个单元均为优势菌属.

异养-自养耦合深度脱氮系统的生物脱氮性能研究

为探究低C/N〔ρ(CODCr)/ρ(NO^-3-N),下同〕水体的脱氮技术,分别以火山岩、火山岩/铁碳颗粒、火山岩/硫磺颗粒、火山岩/铁碳颗粒/硫磺颗粒作为填料构建R1、R2、R3和R4反应器,考察反硝化系统在不同C/N下的脱氮效果.结果表明:①随着进水C/N的降低,R1、R2和R3反应器的NO^-3-N去除率逐渐降低,R4反应器则是先升后降;在C/N为1.5~2.0、系统温度为30℃、进水pH为7.0±0.2、HRT(水力停留时间)为4.0 h、进水ρ(NO^-3-N)为30 mg/L时,R4反应器中NO^-3-N去除率最高,平均值为90.1%.②在R2反应器中,随着反应器的运行,铁碳颗粒自身氧化表面形成氧化膜,使得铁自养反硝化作用不断减弱,脱氮效率与R1反应器相近.③运行前期,R2和R4反应器保持着较高的ρ(NH^+4-N),随着反应器的运行,4个反应器的ρ(NH^+4-N)相当.④与R3反应器相比,R4反应器中不存在NO^-2-N的累积情况,同时铁自养过程产生的碱能被硫自养过程所消耗,系统pH更适合反硝化菌生存.研究显示,C/N为1.5~2.0时,异养-铁-硫自养反硝化系统可提供充足的电子供体,减少对有机碳源的依赖,保证了稳定高效的脱氮效果.