序批式人工湿地冬季低温脱氮的效能研究

针对目前连续流人工湿地脱氮效率低、易堵塞及冬季效能下降的问题,提出了采用新型间歇流序批式人工湿地处理小城镇污水的方案,研究探讨了两级序批式人工湿地在冬季低温条件下,停留时间及排空闲置时间对脱氮效能的影响.试验结果表明,在冬季低温5～10 ℃、每级序批式湿地运行工况为瞬时进水-反应24h-瞬时排水-排空闲置12h、氮负荷为1.92g·m-2·d-1、进水COD、NH 4-N和TN浓度分别为143mg·L-1、27.0mg·L-1和32.0mg·L-1时,出水COD、NH4 -N和TN浓度分别为27mg·L-1、3.9mg·L-1和16.5mg·L-1,COD、NH4 -N和TN的去除率分别为81.12%、85.56%和48.44%.     

生物塘-人工湿地工艺去除农田灌溉水中镉污染的效果

通过野外大田试验,探讨了生物塘-人工湿地工艺去除农田灌溉水中Cd污染的效果,并进一步分析了水力停留时间对Cd净化效果的影响及净化效果的日变化规律。结果表明:试验区灌溉水中全量Cd平均浓度为13.92 μg/L,是GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》中Cd浓度限值的1.39倍,且以溶解态Cd为主,约占77.8%;经生物塘-人工湿地工艺处理后全量Cd平均去除率为42.0%,出水达标天数率为85.2%;组合工艺的Cd去除率随水力停留时间的延长呈先升高后降低趋势,最佳停留时间约为19 h;生物塘和人工湿地的Cd去除率日变化规律均呈早晚低、中午高的单峰曲线,Cd最大去除率出现在13:00左右。     

Influence of modified biochar supported sulfidation of nano-zero-valent-iron (S-nZVI/BC) on nitrate removal and greenhouse gas emission in constructed wetland

In this study, the biochar (BC) produced from sawdust, sludge, reed and walnut were used to support sulfidation of nano-zero-valent-iron (S-nZVI) to enhance nitrate (${\text{NO}}_3^{-}$-N) removal and investigate the impact on greenhouse gas emissions. Batch experiment results showed the S-nZVI/BC_{sawdust (2:1, 500)}, S-nZVI/BC_{sludge (2:1, 900)}, S-nZVI/BC_{reed (2:1, 700)}, and S-nZVI/BC _{walnut (2:1, 700)} respectively improved ${\text{NO}}_3^{-}$-N removal efficiencies by 22%, 20%, 3% and 0.1%, and the selectivity toward N₂ by 22%, 25%, 22% and 18%. S-nZVI uniformly loaded on BC provided electrons for the conversion of ${\text{NO}}_3^{-}$-N to N₂ through Fe⁰. At the same time, FeS_x layer was formed on the outer layer of ZVI in the sulfidation process to prevent iron oxidation, so as to improve the electrons utilization efficiency After adding four kinds of S-nZVI/BC into constructed wetlands (CWs), the ${\text{NO}}_3^{-}$-N removal efficiencies could reach 100% and the N₂O emission fluxes were reduced by 24.17%-36.63%. And the average removal efficiencies of TN, COD, TP were increased by 21.9%, -16.5%, 44.3%, repectively. The increasing relative abundances of denitrifying bacteria, such as Comamonas and Simplicispira, suggested that S-nZVI/BC could also improve the process of microbial denitrification. In addition, different S-nZVI/BC had different effects on denitrification functional genes (narG, nirk, nirS and nosZ genes), methanotrophs (pmoA) and methanogenesis (mcrA). This research provided an effective method to improve ${\text{NO}}_3^{-}$-N removal and reduce N₂O emission in CWs.     

低温条件下湿地氨氮强化净化技术及其氨氧化微生物机制

针对北方寒冷冬季水源地氨氮微污染水体的特征,构建间歇流人工湿地系统并同步采用分子生物学方法对湿地系统中的氨氧化古菌和氨氧化细菌的丰度和古菌的多样性进行分析,并结合硝化速率潜势来研究氨氧化古菌和氨氧化细菌在氨氧化过程中的作用.结果表明:平均气温为5℃时,最佳运行工况为:停留时间21 h,水力负荷4.2 cm·d-1,氨氮去除率达99%;平均气温为-5℃时,最佳运行工况为:水力停留时间为21 h,水力负荷3.6 cm·d-1,氨氮去除率达81%,去除效率稳定.在低温条件下,氨氧化古菌和氨氧化细菌中amoA基因的丰度会因温度降低而减少,古菌中amoA基因丰度高于细菌2.9~33.2倍,且硝化速率潜势与氨氧化古菌中amoA基因丰度呈正向变化趋势,而与氨氧化细菌无显著相关,表明氨氧化古菌在低温条件下的氨氧化过程中起主导作用.湿地系统中的氨氧化古菌的生物多样性具有季节性变化,系统发育分析显示,夏季样品8个OTU全部属于土壤支系;冬季样品11个OTU序列属于土壤支系,2个OTU序列属于海洋水体支系,多样性较高.夏季和冬季样品中氨氧化古菌均属于一个新命名的古菌类群——奇古菌门(Thaumarchaeota).本文建立了一种在低温条件下基于氨氧化古菌有效强化湿地氨氮净化处理的稳定运行技术,为寒冷地区强化湿地去除氨氮提供了理论依据.     

水力停留时间和搅拌速率对搅拌反应器回收尿液中磷的研究

鸟粪石沉淀法可以在搅拌反应器中回收尿液中的磷,而水力停留时间和搅拌速率对鸟粪石晶体的形成有重要影响.因此,本文在搅拌反应器中通过分批实验研究了水力停留时间(0.5、1.0和2.0 h)和搅拌速率(80、160和320 r·min-1)对尿液中磷的回收率和鸟粪石晶体粒径的影响.结果表明,水力停留时间从0.5 h增至2 h时,磷回收率从88.9%增至95.4%,而鸟粪石晶体平均粒径从124.4μm下降为71.2μm.随搅拌速率从80 r·min-1增至320 r·min-1,磷回收率从88.7%增至93.4%,而鸟粪石晶体平均粒径从37.0μm增至78.9μm.较短的水力停留时间和较高的搅拌速率更有利于大粒径的鸟粪石晶体形成,但对磷回收率影响有限.搅拌速率为160 r·min-1时,鸟粪石回收率最高为78.7%,可以得到纯度很高的鸟粪石晶体,而较高和较低的搅拌速率都不利于提高鸟粪石回收率.