收藏本站
《南京大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电解强化人工湿地脱氮除磷过程与机理研究

高燕  
【摘要】:本文基于电化学反应稳定高效的特点,开展了电化学与人工湿地联合脱氮除磷过程与机理研究。构建电解-生物滤床\人工湿地室内小试装置,研究不同人工湿地基质、电极布置方式、电解时间、电流密度、水力停留时间(Hydraulic retention time,HRT)等电解设备和工艺参数对硝态氮(NO_3~--N)和磷酸盐-磷(PO_4~(3-)-P)去除效果的影响,并分析电解对湿地植物和基质生物膜细菌群落结构的影响。开发了一种新型的光伏电解人工湿地技术,应用于污水处理厂尾水的深度净化处理。获得的主要结论如下:电解-生物滤床(Electrolysis-integrated biofilter, E-BF)将电解引入生物滤床处理工艺中,E-BF以沸石作为基质,有利于模拟废水中氨氮(NH_~(3-)-N)的去除;铁电极作为电解反应的阳极,电解后产生Fe~(2+), Fe~(2+)进一步氧化成Fe~(3+), Fe~(3+)与水体中OH-生成Fe(OH)_3絮凝剂,铁离子与磷酸盐的化学反应以及Fe(OH)_3的絮凝沉淀作用有利于PO_4~(3-)-P的去除。基质吸附的氨氮在微生物作用下转化为亚硝态氮(NO_2~--N)和NO_3~--N, E-BF中N02-N和NO_3~--N的积累较对照组(Biofilter, BF)少。在不同的电解条件和PO_4~(3-)-P的进水浓度下,去除PO43--P的最低电耗为1.1kW·h/g。16S rDNA测序结果表明E-BF基质中有一定含量的铁硫细菌,在铁的生物化学转化过程中发生作用。电解-水平潜流人工湿地(Electrolysis-integrated horizontal subsurface-flow constructed wetland system, E-HFCWs)处理模拟废水的研究结果表明电极的布置方式会影响氮磷去除效果,采用双阴极的电极布置方式有利于NO_3~--N和PO43--P的去除;最适宜的电流密度、电解时间和HRT分别为0.07mA/cm2、8h和8h;同时电解会导致电极周围的湿地床体形成一个相对碱性的、温度略高和氧化还原电位(Oxidation-reduction potential, ORP)较低的微环境,有利于NH_3~--N和NO_3~--N的同步微生物转化;对不同HRT条件下E-HFCWs对氮磷去除电耗结果分析表明:去除单位总氮最低电耗为0.026 kW·h/g (HRT=4h),去除单位PO_4~(3-)-P电耗最低为0.112kW·h/g(HRT=2h); 16S rDNA结果表明,E-HFCWs基质表面生物膜的细菌主要属于β-proteobacteria,与对照组(Horizontal subsurface-flow constructed wetland system, HFCWs)相比,电解导致其门和属类数量相对减少,但是其中的Hydrogenophaga属的细菌和Xanthomonadaceae科的细菌含量有所增加,它们分别是以氢和亚铁离子作为电子供体的自养反硝化微生物,在电解-人工湿地脱氮过程中发挥作用。电解-生物质炭水平潜流人工湿地(Electrolysis-integrated biochar horizontal subsurface-flow constructed wetland system, E-B-HFCWs)以生物质炭作为湿地基质,同时添加铁电极构成电化学反应体系,不仅在较低的电耗条件下具有较高的脱氮除磷效果,而且实现了生物质炭的原位电化学改性,提高了生物质炭对NO_3~--N的吸附能力,而且出水中铁离子含量较低,出水色度大大降低。E-B-HFCWs对COD也具有一定的去除效果。对湿地植物生长和生理生化指标的结果分析表明电解对湿地植物生长影响较小。B-HFCWs基质生物膜主要以Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria门细菌为主。光伏电解人工湿地将电解引入人工湿地处理过程中,同时以光伏太阳能作为电解反应的能源,该湿地处理污水处理厂尾水的年运行结果表明,光伏电解人工湿地有利于降低电解反应所需电耗;以吸附材料生物质炭作为湿地基质有利于污染物的原位浓缩;湿地植物的根区微环境有利于牺牲阳极法对PO_4~(3-)-P的絮凝沉淀作用和湿地基质表面微生物的生长;光伏电解人工湿地较传统人工湿地强化了高浓度NO_3~--N和低浓度PO_4~(3-)-P的同步去除,有利于污水处理厂尾水的深度净化,具有良好的应用前景。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X703

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪锋;钱庄;张周;张雅晶;缪恒锋;;污水处理厂尾水对排放河道水质的影响[J];安徽农业科学;2016年14期
2 董颖博;林海;;Ammonia nitrogen removal from aqueous solution using zeolite modified by microwave-sodium acetate[J];Journal of Central South University;2016年06期
3 李崇梅;傅崇辉;;人口规模与废污水排放量关系的动态稳定性研究[J];资源科学;2016年06期
4 张尊举;张仁志;董亚荣;金泥沙;王晓娜;;污水处理厂尾水资源化利用[J];中国环境管理干部学院学报;2016年01期
5 李熔;宋长忠;赵旭;冒冉;;Pd/rGO/C电极催化还原硝酸盐[J];环境工程学报;2016年02期
6 张千;范皓翔;张逸洲;徐钰焱;吉芳英;;固体碳源生物膜反应器的脱氮性能及机理研究[J];中国给水排水;2015年19期
7 舒柳;;不同类型人工湿地净化水质季节变化分析[J];江苏农业科学;2015年09期
8 张华;孙盛;;我国表面流人工湿地系统对污染物去除效果研究现状[J];广东林业科技;2015年04期
9 左倬;陈煜权;成必新;胡伟;朱雪诞;仓基俊;王鹏;;不同植物配置下人工湿地大型底栖动物群落特征及其与环境因子的关系[J];生态学报;2016年04期
10 王文林;韩睿明;王国祥;唐晓燕;梁斌;;湿地植物根系泌氧及其在自然基质中的扩散效应研究进展[J];生态学报;2015年22期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周恩慧;侯泽英;冯可心;储昭升;杨永哲;;硝酸盐氮对海菜花湿地处理低污染水的影响[J];环境科学研究;2017年08期
2 冯颖;屈国俊;李晟;;基于空间面板数据模型的人口聚集与环境污染的关系研究[J];经济问题;2017年07期
3 叶欣;徐润林;;珠江河口不同类型湿地底栖肉足虫群落的初步研究[J];水生态学杂志;2017年04期
4 丁海涛;钟伦锁;卢文;陈俊;金杰;;人工湿地植物的净化效果研究进展[J];安徽农学通报;2017年12期
5 陈志远;种云霄;程冰冰;张美玲;吴学深;林硕;;香蒲浮床有机物去除能力及根表微生物群落结构[J];环境科学研究;2017年06期
6 程丽芬;张欣;樊兰英;韩莉春;冯丽娟;;人工湿地水生植物根系研究进展[J];山西林业科技;2017年02期
7 李鑫;孙小霞;苏时鹏;;基于DEA-Tobit模型的中国县域污水处理服务减排效率测评[J];资源科学;2017年03期
8 陈锦平;曾成城;魏虹;刘媛;王振夏;贾中民;;不同水淹下狗牙根-牛鞭草混作对植株生物量的影响[J];生态学报;2017年04期
9 文菲;毕学军;;生活污水资源化利用的调查研究[J];中国环境管理干部学院学报;2016年05期
10 蒙文萍;冉景丞;;人工湿地参与污水治理研究进展[J];环保科技;2016年05期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 易建婷;张成;徐凤;罗程钟;陈宏;赵秀兰;;全国投运城镇污水处理设施现状与发展趋势分析[J];环境化学;2015年09期
2 李贵宝;;中国水管理问题的一些思考[J];中国环境管理干部学院学报;2015年03期
3 赵联芳;黄靖宇;;苏州太仓市污水处理厂尾水排放河道的治理[J];水资源保护;2015年01期
4 傅崇辉;王文军;汤健;曾序春;冯瑶;;PM2.5健康风险的空间人口分布研究——以深圳为例[J];中国软科学;2014年09期
5 田涛;赵坤;布旻晟;田威;;城市污水处理厂尾水排放对水环境质量影响定量评估[J];环境工程;2014年06期
6 周林飞;邹飞;李颖卓;;石佛寺表面流人工湿地对辽河水质净化效果研究[J];中国农村水利水电;2014年02期
7 谢希;何圣兵;崔洪升;王虹;刘佃娜;陈雪初;;固体缓释碳源强化污水土地处理系统的反硝化效能[J];中国给水排水;2014年03期
8 秦晶;高甫威;谢慧君;;表面流人工湿地中硫丹的去除规律研究[J];环境科学;2013年11期
9 傅崇辉;王文军;曾序春;张玲华;雷光和;;生活能源消费的人口敏感性分析——以中国城镇家庭户为例[J];资源科学;2013年10期
10 张皓;沈丽娟;张红高;张翔;;不同类型城市人工湿地底栖动物多样性的比较研究[J];环境科学与管理;2013年10期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 阎友华;既改善生态 又节省资金 我国利用人工湿地治污取得成功[J];质量天地;2001年11期
2 陈长太 ,阮晓红 ,王雪;人工湿地植物的选择原则[J];中国给水排水;2003年03期
3 张军,周琪;人工湿地的生态休闲利用与设计[J];四川环境;2004年03期
4 邹友琴;人工湿地及其构建方法研究[J];科技广场;2004年10期
5 杨志焕,葛滢,沈琪,蒋跃平,唐宇力,王华胜,常杰;亚热带人工湿地中配置植物与迁入植物多样性的季节变化[J];生物多样性;2005年06期
6 于涛;吴振斌;徐栋;詹德昊;;潜流型人工湿地堵塞机制及其模型化[J];环境科学与技术;2006年06期
7 崔卫华;卢少勇;陈亮;唐海;;人工湿地中植物的作用与选择原则[J];化工之友;2006年06期
8 艾芸;;生态治污系统——人工湿地[J];湿地科学与管理;2006年03期
9 刘媛;;对城市人工湿地景观的生态性及其设计的探讨[J];江西农业大学学报(社会科学版);2006年04期
10 盖静;尚文平;郭汉全;;人工湿地的研究进展[J];中国农学通报;2007年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘晓涛;郭宗楼;陆琦;邓莉;;人工湿地的多重效益浅析[A];上海市湿地利用和保护研讨会论文集[C];2002年
2 方志坚;张晓峰;吴燕;徐庆贤;;保护城市人工湿地 建设绿色家园[A];福建省农业工程学会2007年学术年会论文集[C];2007年
3 张哲维;张政权;;人工湿地砌体砖研究与利用[A];四川省水污染控制工程学术交流会论文集[C];2009年
4 李谷;吴恢碧;姚雁鸿;陶玲;曾梦兆;;人工湿地在池塘循环水养殖系统中的应用与研究[A];全国畜禽和水产养殖污染监测与控制治理技术交流研讨会论文集[C];2008年
5 李錦育;;人工湿地对水土保持效益之探讨[A];第八届海峡两岸山地灾害与环境保育学术研讨会论文集[C];2011年
6 侯银矿;;人工湿地中植物净化作用及其影响因素[A];中国植物园(第十四期)[C];2011年
7 蔡明;宗志坚;史志平;黄晓荣;;人工湿地降解湖水有机物和氮效果研究[A];第三届全国水力学与水利信息学大会论文集[C];2007年
8 王晓;时应征;赵钰;;耐寒人工湿地植物筛选与应用研究[A];农村污水处理及资源化利用学术研讨会论文集[C];2008年
9 郑国臣;金春久;李青山;李环;金羽;刘崇;;我国人工湿地研究进展及在北方寒冷地区的应用[A];中国水文科技新发展——2012中国水文学术讨论会论文集[C];2012年
10 赵文喜;陶磊;乔婧;;基于层次分析法的人工湿地减排绩效评估指标体系研究[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 蒋贵有 通讯员 夏德喜;玉溪人工湿地建设全国领先[N];云南日报;2004年
2 ;人工湿地:生态治污的新举措[N];中国水利报;2007年
3 记者 曹丽娟;省会人工湿地年内建成[N];河北日报;2006年
4 记者 何屹;英国创造出最大人工湿地[N];科技日报;2006年
5 张元忠 实习生 胡炼;首建人工湿地治污[N];四川日报;2006年
6 本报记者 温禾;人工湿地走进城区[N];中国建设报;2008年
7 本报特约记者 苏雪;人工湿地扩容园林景观市场[N];中国花卉报;2009年
8 郑渊 张永祥 张枥 记者 陈勇;南部人工湿地日净污水2000吨[N];四川日报;2009年
9 王威克;经营管理及生态系恢复成交流重点[N];中国渔业报;2009年
10 张永祥 张枥 记者 郑渊;人工湿地每天处理污水2000吨[N];南充日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杜远达;南四湖流域典型人工湿地植物资源化研究[D];山东大学;2015年
2 王倩;人工湿地植物根系泌氧影响污染物去除的机制研究[D];山东大学;2015年
3 孟盼盼;陶粒基人工湿地处理生活污水及新型陶粒的开发研究[D];山东大学;2015年
4 李东亚;工业聚集区面源污染特征及人工湿地控制机理研究[D];华南理工大学;2015年
5 任丽君;多级耦联人工湿地净污效能及其在水生态净化中的应用研究[D];南京大学;2013年
6 郑于聪;污染河水的人工湿地净化特性及植物作用原理研究[D];西安建筑科技大学;2016年
7 高燕;电解强化人工湿地脱氮除磷过程与机理研究[D];南京大学;2017年
8 王玮;水平潜流人工湿地强化脱氮的技术及其机制研究[D];东华大学;2017年
9 杨旭;微污染饮用水源人工湿地预处理效能与作用机理研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
10 修春海;人工湿地预处理引黄水库水的试验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 丁厚胜;山东省典型人工湿地的调查与分析[D];中国海洋大学;2011年
2 史敏;图们江流域人工湿地生态系统服务价值研究[D];延边大学;2015年
3 张欢;人工湿地对生活污水的净化研究及影响因素分析[D];河北工程大学;2015年
4 陈珊;小规模污水净化型人工湿地水景营造研究[D];西南交通大学;2015年
5 宋爱红;强化脱氮人工湿地处理分散养猪冲洗水特性研究[D];长安大学;2015年
6 苗莹;ABR-功能分区型人工湿地强化TN去除区处理分散养猪废水试验研究[D];长安大学;2015年
7 曹婷婷;人工湿地不同工艺对重金属的去除研究[D];长安大学;2015年
8 刘凡;以削减城市径流负荷为目标的人工湿地系统设计与研究[D];西南交通大学;2015年
9 杜晨;表流-水平流复合人工湿地对高污染河水的净化[D];西安建筑科技大学;2015年
10 许鹏;人工湿地模拟系统磷去除条件及效果研究[D];华中农业大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026