河涌污水氨氮去除研究大學本科畢業(yè)論文

圖3.2生物基掛膜階段NH3-N去除效果由圖3.2中出水的NH3-N濃度曲線變化可以看出，整個階段進水的濃度有一定的波動，但大多在20～40mg/L之間。裝置剛啟動時NH3-N的去除率只有30%左右，其后一段時間內(nèi)出水NH3-N濃度并沒有很快的下降。從2007年12月16日開始出水NH3-N濃度有了明顯下降趨勢，自2007年12月22日之后，出水NH3-N濃度基本穩(wěn)定在0.5mg/L左右，已經(jīng)達到地表水的Ⅴ類水標準；去除率也保持著升高的趨勢，在啟動掛膜10多天后就達到90%以上，其后曲線3.2模擬河涌階段試驗研究3.2.實驗裝置于1月中旬已經(jīng)掛膜成熟，進水量保持在250L/h穩(wěn)定運行。但由于到1月中旬后天氣的轉(zhuǎn)冷，裝置的運行穩(wěn)定性較差，因此河涌模擬試驗在3月1日才正式開始，進水流量保持在平均400L/h左右，并根據(jù)水質(zhì)變化情況，及時調(diào)整相關的運行參數(shù)，探索生物基接觸氧化技術(shù)的調(diào)試方法，為河涌治理提供參考。3.2.2模擬河涌階段CODCr的去除模擬河涌階段CODCr濃度變化如表3.4和圖3.3所示。表3.4模擬河涌階段CODCr濃度變化及去除效果采樣日期出水CODCr(mg/L)進水CODCr(mg/L)CODCr去除率(%)2008-2-2837.23375.1786.472008-3-167.17281.4876.142008-3-337.23295.6687.412008-3-552.99367.6685.592008-3-768.75350.8280.402008-3-965.60394.9483.392008-3-1164.02347.6681.592008-3-1370.32382.3381.602008-3-1565.60385.4882.982008-3-1771.90413.8582.632008-3-1957.72464.2787.572008-3-3157.72440.6486.902008-3-2352.99160.1466.912008-3-2541.96279.9085.012008-3-2732.50249.6487.002008-3-2938.81224.7582.732008-3-3029.35223.1886.852008-4-137.23265.1885.962008-4-327.78215.3087.102008-4-434.08342.9490.062008-4-537.23284.6386.922008-4-738.81201.1180.702008-4-938.81205.8481.15圖3.3CODCr去除情況從圖3.3看出，出水的CODCr的濃度基本波動范圍不大，3月上中旬CODCr在300～400mg/L之間，由于污染負荷較高，出水的平均CODCr超過了50mg/L；3月下旬進水的CODCr降到250mg/L左右，污染負荷降低，出水的平均CODCr小于40mg/L，可以達到Ⅴ類水標準。3.2.2模擬河涌階段NH3-N的去除效果分析模擬河涌階段出水NH3-N的濃度變化如表3.5和圖3.4所示。表3.5模擬河涌階段NH3-N濃度變化及去除效果時間出水NH3-N(mg/L)進水NH3-N(mg/L)NH3-N去除率(%)20010.0267.8085.2220011.7465.8482.1720018.1971.9474.7220020.3767.4669.8020031.4977.9159.5820037.5384.8355.7620042.0881.1748.1620044.3991.3551.4120034.90100.9865.4420027.4093.3870.6620022.00127.3382.722009.1691.9690.042000.6044.1298.642000.6350.2398.752000.5934.3598.282000.5639.5198.582000.8948.1998.152000.2834.6299.192008-0.4437.6198.832008-1.5932.8695.16圖3.4模擬河涌階段NH3-N去除情況從圖3.4看出，從3月上旬到中旬，進水NH3-N濃度大于60mg/L且呈上升趨勢，污染負荷過重，硝化菌難以適應，開始階段的去除率一直維持在較低水平，并隨進水NH3-N濃度的上升而不斷降低。到3月下旬，進水NH3-N濃度逐漸降低并基本維持在40mg/L左右，出水NH3-N濃度和和去除率開始逐漸回復到原來的水平。出水NH3-N濃度回復到低于1mg/L，達到Ⅴ類水標準。4生物相分析本題目所涉及的核心技術(shù)是利用生物基上的生物膜降解水中的污染物，因此研究生物相中微生物種類、數(shù)量的變化可以反映出生物膜的生長情況及其去污能力。4.1生物膜的表觀分析4.1.1生物基掛膜過程的表觀變化分析在投加復合優(yōu)勢菌后，菌體易于吸附在本試驗所采用的白色特殊編織面料生物基表面，并能夠迅速進行生長繁殖。通過肉眼觀察即可看出，生物基表面的生物膜厚度逐日增加，且表觀顏色也呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。進水段生物基掛膜過程的表觀變化如圖4.1所示。(a)2007年12月11日(b)2007年12月17日(c)2007年12月22日(d)2008年1月5日圖4.1生物基掛膜過程的表觀變化從圖4.1(a)看出，在試驗啟動后的第三天，即2007年12月11日，生物基表面開始吸附有薄薄的灰色絮體層，表明投加的復合優(yōu)勢菌已經(jīng)有相當部分吸附于生物基表面。從圖4.1(b)看出，試驗開始后的第9天，生物基表面生長的生物絮體明顯增加，顯深褐色，但較為松散，表明在適合的溫度、DO和有足夠污染物作為營養(yǎng)的環(huán)境下，生物膜微生物的增殖速度快。從圖4.1(c)看出，經(jīng)過第2次投菌后，生物基表面大部分面積都被生物絮體包裹，呈現(xiàn)出成膜的形態(tài)，顏色也有明顯的變化，顯灰褐色。生物基頂端呈黃綠色，在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)大多都是硅藻門的小舟藻。這表明微生物較緊密的吸附在生物基表面上生長增殖，并已經(jīng)形成菌膠團，藻類的出現(xiàn)是由于頂端部位陽光充足有利于其生長。同時也表明生物基表面微型生物多樣性逐步增加，生物膜的微生態(tài)逐漸形成。從圖4.1(d)看出，試驗開始差不多一個月時間，生物基表面的生物膜明顯增厚，顏色也有很大變化，頂部呈紅褐色，下部呈灰褐色。生物膜內(nèi)部較為緊密，外部形成毛絮態(tài)，有利于截流吸附利用水中污染物。此時，生物基已具有較高的生物量。4.1.2不同段的生物膜表觀分析由于本試驗模擬污染河涌的水力條件以推流式運行，裝置中的污染物濃度沿水流方向變化，因此，各實驗段的填料掛膜情況也有一定的區(qū)別。掛膜后裝置前、中、后三段的生物膜形態(tài)如圖4.2所示。(a)(b)(c)圖4.2不同段的生物基掛膜形態(tài)從上圖可知，由于以推流式運行，前段的污染物濃度高，微生物所得到的營養(yǎng)物質(zhì)也較多，因此，前段的生物膜明顯較厚，頂部呈紅褐色，下部呈灰褐色。中間段營養(yǎng)物雖然已經(jīng)減少，但仍存在一定的生物量，生物基表面附著一層較薄的生物膜，呈黃褐色，頂端長有較多綠藻。后段由于營養(yǎng)物質(zhì)較低，掛膜生長緩慢，部分生物基表面沒有生物膜覆蓋，整體呈較淡的黃褐色，頂端長有一些綠藻。4.2生物膜的微型生物多樣性4.2.1藻類計數(shù)與多樣性分析1、藻類計數(shù)藻類含有葉綠素，能通過光合作用對水體供氧，提高污染水體的溶解氧，同時會吸收利用部分氮、磷作為維持自身生長的營養(yǎng)物質(zhì)。污染河涌大多處于富營養(yǎng)狀態(tài)，含有較高濃度的氮、磷污染物，而藻類的數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)是評價水體富營養(yǎng)化和自凈能力的一個重要指標。本試驗進程中發(fā)現(xiàn)了明顯的藻類的增長情況，因此，在掛膜成熟后，對前、中、后三段的生物膜分別采樣，統(tǒng)計不同種屬藻類的數(shù)量。計數(shù)采用0.1mL藻類計數(shù)框，對照《淡水微型生物圖譜》分辨種屬，采樣日期在2008年1月9日，計數(shù)后的統(tǒng)計結(jié)果如表4.1所示。表4.1藻類計數(shù)統(tǒng)計結(jié)果屬門前段（個/cm2）中間段（個/cm2）后段（個/cm2）舟形藻硅藻111400011700001214000小環(huán)藻硅藻200002600026000小球藻綠藻11000068000562000直鏈藻硅藻50000200000650000卵形藻硅藻3200074000488000錐囊藻金藻1920001260000空星藻綠藻1000018000300002、藻類多樣性分析采用Simpson多樣性指數(shù)評階試驗裝置前、中、后段的藻類生物多樣性。計算公式為下式：(4.1)式中P為Simpson多樣性指數(shù)，ni為種類的個體數(shù)，N總個體數(shù)計算結(jié)果為下表4.2：表4.2Simpson多樣性指數(shù)計算結(jié)果前段中間段后段P0.44580.49250.7220本試驗處理的污水雖然有足夠的氮、磷營養(yǎng)物，但藻類的種類并不多，Simpson多樣性指數(shù)也不算高，這可能與原水中本底的藻類種類較少有關，而且投加的復合優(yōu)勢菌也缺少藻類。從Simpson多樣性指數(shù)的計算結(jié)果看出，藻類生物多樣性隨水流方向增高，正好表明了隨著污染物的濃度降低，水質(zhì)的改善，有利于藻類生物多樣性的增加。4.2.2原生動物計數(shù)與多樣性分析1、原生動物計數(shù)原生動物與水體質(zhì)量關系密切，常作為判斷水質(zhì)好壞的指示性生物，同時，原生動物也是水體生態(tài)系統(tǒng)食物鏈及生物生產(chǎn)力的基本環(huán)節(jié)。原生動物以攝食藻類為主，它作為更高一級生物的大量出現(xiàn)，表明生物膜微生態(tài)系統(tǒng)的進一步完善。本試驗在掛膜成熟后，對前、中、后三段的生物膜分別采樣統(tǒng)計不同種屬原生動物的數(shù)量。計數(shù)采用0.1mL計數(shù)框，對照《淡水微型生物圖譜》分辨種屬，采樣日期在2008年1月8日，計數(shù)后的統(tǒng)計結(jié)果如表4.3所示。表4.3原生動物計數(shù)統(tǒng)計結(jié)果屬綱開始段中間段出水段鐘蟲纖毛蟲25001300700沙殼蟲肉足綱1700300200楯纖蟲纖毛蟲19003000四膜蟲纖毛蟲19001000馬氏蟲肉足綱10000單鞭毛蟲鞭毛蟲60010002、原生動物多樣性分析采用Simpson多樣性指數(shù)評階試驗裝置前、中、后段的原生動物生物多樣性。采用公式(4.1)計算。計算結(jié)果如表4.4所示。表4.4Simpson多樣性指數(shù)計算結(jié)果前段中間段后段P0.77900.57140.3457從表4.3的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，掛膜成熟后，原生動物的種類比一般的活性活泥法要少，原因在于本試驗處理的原水污染物濃度高，原生動物少，而且所投加的復合優(yōu)勢菌中基本不含有原生動物。同時，從統(tǒng)計結(jié)果中發(fā)現(xiàn)原生動物中以鐘蟲最多。鐘蟲喜好在潔凈的水體中生長，它的大量出現(xiàn)，表明試驗裝置中的污水得到很好的凈化，水質(zhì)變得較好。從表4.4的計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，原生動物前段的Simpson多樣性指數(shù)最大，沿水體流動方向逐漸減少，正好與藻類相反。原因在于前段池體中的生物量大，可供原生動物作為食物的菌體較多，后段水質(zhì)即使得到很大的改善，但食物量少，在總數(shù)上不占優(yōu)勢。5氨氮的轉(zhuǎn)化去除機理分析5.1生物相與氨氮轉(zhuǎn)換去除的關系5.1.1生物基掛膜階段的影響由圖3.1及圖4.1可以看出，在生物基掛膜階段，隨著生物基表面吸附絮體的增多以及生物膜厚度的增大，生物膜逐漸成熟，出水NH3-N濃度下降明顯，去除率保持上升趨勢。當膜層厚度達到一定限值之后，NH3-N去除率變化趨于平緩。5.1.2水力條件的影響各采樣點NH3-N濃度變化如圖5.1所示。圖5.1各樣點的NH3-N濃度變化由圖4.2和圖5.1可看出，試驗裝置穩(wěn)定運營階段，裝置內(nèi)生物膜厚度隨流向方向逐漸減小，NH3-N濃度也不斷降低。其中前段水體的NH3-N濃度最大，但較進水NH3-N濃度相比降幅較大，前段與中間段NH3-N濃度相比存在一定的濃度差，但無前段那樣降幅較大，而后段跟中段的NH3-N濃度已經(jīng)非常接近。這是由于前段水體中生物基表面的生物膜生長較成熟，硝化系統(tǒng)已經(jīng)成長得較相對完善，NH3-N去除效率也相對較高。而中間段和后段生物膜與前段相比，雖沒有前段那樣成熟，但對剩余的NH3-N仍有較強的氧化作用。5.2三態(tài)氮的轉(zhuǎn)化關系生物基掛膜階段出水三態(tài)氮和總氮濃度變化如圖5.2所示。圖5.2出水三態(tài)氮和總氮濃度從圖5.2可以看出，在試驗啟動后的前10天內(nèi)，出水NH3--N的濃度逐步下降，NO3--N和NO2--N逐步上升，這說明亞硝化菌和硝化菌都處于穩(wěn)定的增長階段。到了2007年12月19日，NO2--N濃度達到8mg/L，此時已經(jīng)存在一定的生物毒性，亞硝化細菌的生長受到抑制，NO2--N產(chǎn)生量減少。同時，在高NO2--N條件下，硝化細菌進一步增長，把亞硝化菌產(chǎn)生的NO2--N及水中的NH3--N全都氧化成NO3--N，產(chǎn)生的NO3--N濃度越來越高，出現(xiàn)NO3--N的積累。對照TN和三態(tài)氮的濃度變化曲線，發(fā)現(xiàn)三態(tài)氮的總和跟TN濃度差不多，TN去除很少，這是由于掛膜階段的生物膜還是比較薄，厭氧層還沒出現(xiàn)，反硝化作用很小。結(jié)論本試驗通過建立一個中試規(guī)模的河道模擬裝置，將“生物基+復合優(yōu)勢菌+微孔軟管曝氣”條件相結(jié)合，運用生物基接觸氧化工藝處理黑臭水溝污水，通過跟蹤監(jiān)測生物基掛膜及穩(wěn)定運行過程中水質(zhì)指標及生物相的相應變化，以及對生物基接觸氧化技術(shù)凈化黑臭污水的機理的綜合分析，探討了該工藝的技術(shù)可行性及運行過程的操控條件，得出的主要研究結(jié)論如下：（1）生物基掛膜成功后，出水的CODCr≤40mg/L，去除率達到70%以上，出水的NH3--N≤2mg/L，去除率達到90%以上，基本可達到地表水Ⅴ類水標準。（2）掛膜初期亞硝化菌快速增長，形成亞硝酸鹽積累，硝化菌在有足夠營養(yǎng)物的環(huán)境下增長加快，水體中亞硝酸鹽大部分被氧化成硝酸鹽，形成硝酸鹽積累。掛膜啟動過程的生物膜較薄，還沒形成厭氧層，反硝化作用低，TN去除很少。（3）本試驗采用的生物基對微生物有很好的截流和吸附作用。掛膜初期，細小的生物膠團零散的粘附在填料絲上膠著生長，生物膠團攝取水中污染快速增殖，在掛膜后期，形成絲狀骨架結(jié)構(gòu)菌膠團纏繞包裹在填料絲上。絲狀架結(jié)構(gòu)有利于吸附和傳遞營養(yǎng)物。（4）掛膜后期，填料絲上有一定數(shù)量的藻類和原生動物，生物多樣性增高，生物膜的微生態(tài)系統(tǒng)開始形成。（5）運行穩(wěn)定后，只要保持較高的溶解氧，CODCr、NH3-N的去除率較高，但高于60mg/L的NH3-N會對硝化細菌產(chǎn)生沖擊，必須提高曝氣量，才能有效的氧化NH3-N。隨著生物膜的增厚，厭氧層出現(xiàn)，具有一定的反硝化能力，TN去除率有30%左右。參考文獻[1]周瑛,劉潔,吳仁海.珠江三角洲水環(huán)境問題及其原因分析[J].云南地理環(huán)境研究.2003,15(4)：47－53.[2]李明光,鐘繼洪,李淑儀等.廣州市河涌底泥污染現(xiàn)狀調(diào)查與評價[J].廣州環(huán)境科學.2005,20(4)：1－5,16.[3]廣東省環(huán)境保護局.《廣東省環(huán)境狀況公報》[R]，2005.[4]鄧建綿.污染河流生物重復技術(shù)研究[J].環(huán)境科學與技術(shù)，2003，26（增刊）：55－57.[5]HoldrenCW,JonesJ.ManagingLakesandReservoirs(3rdedition)[M].byNAm.LakeManageSocandTerreneInstIncoopwithU.S.EPA.,2001.[6]楊健強.滇池污染的治理和生態(tài)保護[J].水利學報,2001,5:17－21.[7]陳荷生.蘇州河城區(qū)段底泥疏浚的研究[J].上海建設科技,2006,3:25－26.[8]李茶青,何文學.底泥疏浚方案制定的原則及重點解決的問題[J].浙江水利水電專科學校學報,2006,18(1):4－6.[9]孫從軍,張明旭.河道曝氣技術(shù)在河流污染治理中的應用[J].環(huán)境保護,2001,4:12－14.[10]MarinaCampolo,PaoloAndreusi,AlfredoSoldati.WaterqualitycontrolintheriverArno[J].WaterResearch,2002,36:2673－2680.[11]MarkMarkofsky.Onthereoxygenationefficiencyofdiffusedairaeration[J].WaterReseach,1979,13(12):1339－1346.[12]周懷東,彭文啟.水污染與水環(huán)境修復[M].北京：化學工業(yè)出版社,2005：185－191.[13]徐續(xù),操家順.河道曝氣技術(shù)在蘇州地區(qū)河流污染治理中的應用[J].水資源保護,2006,22(1):30－33.[14]孫從軍,張明旭,程曦,等.蘇州河充氧船運行方案研究[J].環(huán)境科學與技術(shù),2006,19(6):24－26.[15]鄧輔唐,孫珮石,李強等.人工濕地技術(shù)處理河道污水[J].環(huán)境工程,2006,24(3):90－92.[16]吳熊勛,陶大鈞,江耀慈.城市水環(huán)境污染控制[M].東南大學出版社，1989,9:41.[17]JosT.A.Verhoeven,BeritArheimer,ChengqingYin,etal.Regionalandglobalconcernsoverwetlandsandwaterquality[J].TrendInEcologyandEvolution,2006,21(2):96－103.[18]孫桂琴,董瑞斌,潘樂英,等.人工濕地污水處理技術(shù)及其在我國的應用[J].環(huán)境科學與技術(shù),2006,29(增刊):144－146.[19]王慶安,任勇,錢駿,等.成都市活水公園人工濕地塘床系統(tǒng)的生物群落[J].重慶環(huán)境科學,2001,23(2),52－55.[20]盛彥清,陳繁忠,秦向春,等.城市污染水體生物修復研究[J].地球化學,2005,34(6):643－649.[21]F.Kobayashi,M.Daidai,N.Suzuki,etal.DegradationofphenolinseawaterusinganovelmicroorganismisolatedfromtheintestineofAplysiakurodai[J].InternationalBiodeteriorationandBiodegradation,2007,59:252－254.[22]王瑋,盧先偉,劉圣階,等.有效微生物菌群修復污染河流的應用研究[J].浙江水利水電?？茖W校學報,2006,18(2):41－43.[23]李捍東,王慶生,張國寧等.優(yōu)勢復合菌群用于城市生活污水凈化新技術(shù)的研究[J].環(huán)境科學研究,2000,15(5)：14－16.[24]董哲仁,劉蒨，曾向輝.受污染水體的生物-生態(tài)修復技術(shù)[J].水利水電技術(shù),2002,33(2):1－3.[25]唐玉斌,劉宏偉,陸柱等.裝有填料的河水修復反應器中氧的傳遞特性[J].華東理工大學學報,2002,28(6)：625－629.[26]國家保總局.水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）[M].中國環(huán)境科學出版社,2002.[27]Dong-JinKim,Sun-HeeKim.Effectofnitriteconcentrationonthedistributionandcompetitionofnitrite-oxidizingbacteriainnitratationreactorsystemsandtheirkineticcharacteristics[J].WaterResearch,2006,40:887－894.[28]Dong-J