由于工農(nóng)業(yè)的快速粗放式發(fā)展以及污水收集處理率的滯后,以致我國城市河道黑臭現(xiàn)象頻發(fā),黑臭水的長期存在嚴(yán)重破壞水生態(tài)系統(tǒng)平衡,危害人體健康,也阻礙了工農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。黑臭水的治理成為亟待解決的問題。通過近年來的黑臭水治理實踐,生物-生態(tài)方法被普遍認(rèn)可,其中苦草因具有耐污耐堿,凈水效果好等特點被廣泛應(yīng)用于污水治理;此外,鐵碳微電解結(jié)合生物處理技術(shù)較好地應(yīng)用于污水處理受到關(guān)注,鐵碳微電解可通過氧化還原降解COD,提高污水可生化性,吸附、絮凝及共沉淀除磷和有機物,加速電子傳質(zhì),提供電子供體等作用促進微生物脫氮。為此,本研究構(gòu)建了鐵碳微電解耦合苦草技術(shù)體系,用于凈化河道黑臭水,開展室內(nèi)模擬實驗研究,以期為鐵碳微電解耦合苦草快速高效凈化河道黑臭水提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。采用控制變量法開展單因素模擬實驗,探究了鐵碳填料用量、苦草密度對黑臭水凈化效果的影響,確定了最佳組合耦合體系的凈化性能,對鐵碳組、苦草組和鐵碳與苦草耦合組凈化黑臭水的效果進行對比研究,分析耦合體系各組分對脫氮除磷去碳的貢獻。討論了主要污染物的降解動力學(xué),結(jié)合鐵碳微電解反應(yīng)原理、植物生長情況及基質(zhì)生物膜、微生物群落演變信息,闡明鐵碳微電解耦合苦草的協(xié)同作用機理。結(jié)果顯示:植株密度88~148株/m~2、鐵碳填料用量8~16 g/L為宜。運行20 d后,兩組實驗的凈水效果均隨鐵碳填料用量和苦草密度的增加先上升后下降。鐵碳用量和苦草密度對TN的去除差異性顯著,說明適宜的鐵碳用量和苦草密度有利于促進微生物脫氮。在最佳的鐵碳用量和苦草密度組合下,耦合組對黑臭水的凈化效果顯著優(yōu)于單一的鐵碳填料組和苦草組,處理6 d后,耦合組黑臭快速消除,透明度迅速提升至30 cm(裝置已見底),DO、ORP快速升高達到3.42±0.17 mg/L和125±6 mv,NH_4~+-N為10.45±0.67 mg/L。20 d后,對COD、NH_4~+-N、TN和TP的去除率分別為85.7%、94.2%、82.9%和96.1%,分別穩(wěn)定于13.68±1.81 mg/L、1.41±0.75 mg/L、5.02±0.28 mg/L和0.21±0.05 mg/L,COD、NH_4~+-N、TP達到地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。耦合組對COD降解、TP去除均符合表觀二級動力學(xué)方程,TN去除符合表觀一級動力學(xué)方程。耦合組處理黑臭水體20 d后,微生物豐度和多樣性有了顯著提高,耦合體系水樣及根系優(yōu)勢菌門是Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria和Firmicutes,優(yōu)勢菌屬為Sediminibacterium、Acidovorax、Flavobacterium、Mycobacterium、Pseudomonas和Candidatus Nitrotoga。耦合體系中與有機質(zhì)降解、脫氮除磷等過程相關(guān)的微生物群落相對豐度呈增加趨勢�？嗖莺丸F碳填料能促進微生物群落演替,鐵碳填料能影響微生物群落分布。耦合體系對黑臭水的協(xié)同凈化作用包括:鐵碳微電解電極產(chǎn)物氧化還原降解COD,陽極Fe~(3+)生成FePO_4沉淀,[H]和Fe~(2+)為自養(yǎng)反硝化提供電子供體;陶粒吸附氮、磷、有機物,苦草光合產(chǎn)氧及根際泌氧促進陶粒生物膜和根際微生物降解有機物和硝化反硝化脫氮。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X52
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 黑臭河道污染現(xiàn)狀及治理方法
        1.1.1 河道黑臭的成因及危害
        1.1.2 黑臭水體的治理方法及存在的主要問題
    1.2 以沉水植物為主體的生態(tài)凈化技術(shù)的研究進展
        1.2.1 沉水植物凈化污染水體的機理
        1.2.2 沉水植物凈化污染水體的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 以沉水植物為主體的生態(tài)凈化技術(shù)的研究現(xiàn)狀
    1.3 鐵碳微電解凈化污染水體的研究進展
        1.3.1 鐵碳微電解凈化污染水體的作用原理
        1.3.2 鐵碳微電解凈化污染水體的研究現(xiàn)狀
    1.4 研究目的及內(nèi)容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 主要研究內(nèi)容
        1.4.3 研究技術(shù)路線
        1.4.4 課題來源
第二章 材料與方法
    2.1 試劑和儀器設(shè)備
        2.1.1 試劑
        2.1.2 儀器設(shè)備
    2.2 實驗材料
        2.2.1 供試水樣及水質(zhì)
        2.2.2 鐵碳填料、苦草、陶粒
    2.3 實驗方法
        2.3.1 實驗裝置及操作方法
        2.3.2 單因素實驗方法
        2.3.3 對比研究實驗方法
    2.4 分析方法
        2.4.1 水質(zhì)指標(biāo)及測試方法
        2.4.2 陶粒生物膜SEM樣品制備方法
        2.4.3 微生物多樣性分析方法
        2.4.4 數(shù)據(jù)處理方法
第三章 耦合體系凈化黑臭水體的主要影響因素
    3.1 鐵碳用量的影響
        3.1.1 對理化指標(biāo)的影響
        3.1.2 對COD去除的影響
        3.1.3 對TP去除的影響
        3.1.4 對氮素去除的影響
    3.2 苦草密度的影響
        3.2.1 對理化指標(biāo)的影響
        3.2.2 對COD去除的影響
        3.2.3 對TP去除的影響
        3.2.4 對氮素去除的影響
    3.3 本章小結(jié)
第四章 耦合體系凈化黑臭水體的作用機理
    4.1 鐵碳微電解、苦草、耦合組凈化效果的比較
        4.1.1 理化指標(biāo)的變化
        4.1.2 COD降解效果
        4.1.3 TP去除效果
        4.1.4 氮素去除效果
    4.2 鐵碳微電解促進自養(yǎng)反硝化脫氮的機制
    4.3 COD、TN及 TP的表觀降解動力學(xué)
    4.4 苦草生長指標(biāo)的變化
    4.5 陶粒生物膜電鏡觀察
    4.6 微生物的群落演變
        4.6.1 微生物群落豐富度和多樣性分析
        4.6.2 微生物群落結(jié)構(gòu)變化
    4.7 鐵碳微電解耦合苦草凈化水質(zhì)的協(xié)同作用機理
        4.7.1 各組分的作用機理
        4.7.2 耦合體系協(xié)同作用機理
    4.8 鐵碳微電解耦合苦草體系凈化黑臭水的調(diào)控策略
    4.9 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
    結(jié)論
    展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件

【參考文獻】

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本文編號：2839082