《人工濕地污水處理潮汐運行強化總氮脫除機理研究》是依託中國農業大學，由吳樹彪擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：人工濕地污水處理潮汐運行強化總氮脫除機理研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：吳樹彪
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
硝化過程往往是氧環境較差的傳統人工濕地處理系統總氮脫除的限速步驟，這使得合理改善濕地床氧環境對強化濕地系統總氮脫除效果至關重要。前期研究證明人工濕地在潮汐運行方式下具有較強的復氧效果和氨氮去除效率，但反硝化能力較弱進而限制了脫氮效率。本課題擬針對人工濕地污水處理系統，通過實驗手段分析氮素污染物在潮汐運行過程中的遷移轉化規律和微生物菌群回響，深入探討人工濕地在潮汐運行方式下的強化總氮脫除規律。對比不同淹沒排空時間比、基質氨氮吸附性能、復氧調控方式等因素下的總氮脫除效果、硝化反硝化強度以及脫氮菌群變化，完善潮汐濕地床在周期性淹沒排空下的強化脫氮機理，力求在維持潮汐人工濕地強硝化能力的基礎上協同強化反硝化能力，提高總氮脫除率。根據潮汐濕地脫氮能力與不同運行條件之間關係構建耦合多因素潮汐流濕地脫氮模型。研究成果將是對潮汐人工濕地污水強化處理的重要補充，對推動濕地污水處理技術發展具有重要的理論意義。
結題摘要
傳統人工濕地有限的復氧能力和較差的氧環境使得氨氮的硝化過程往往成為濕地污水處理系統脫氮的限速步驟。合理提高人工濕地復氧能力和改善濕地中的氧環境對提高氨氮氧化能力進而提高濕地總氮脫除效果至關重要。潮汐流濕地床的強復氧能力可以強化氨氮氧化效率，但如何在維持潮汐流人工濕地強硝化能力的基礎上最佳化系統反硝化能力，提高總氮去除率將成為潮汐流人工濕地技術脫氮發展的新挑戰。本課題通過分析氮素污染物在潮汐運行過程中的遷移轉化規律，探討了潮汐流人工濕地脫氮機理。針對淹沒排空時間比、基質氨氮吸附性能、復氧調控方式等因素，探究了潮汐流濕地床的脫氮最佳化機制，揭示潮汐流濕地脫氮能力與不同運行工藝之間的關係。同時基於污染物傳質及微生物降解動力學的關係，初步建立了潮汐流人工濕地氨氮及總氮脫除效率預測模型。結果為有效地提高潮汐流濕地床脫氮效果拓展新思路，對進一步推動潮汐流人工濕地污水處理技術的發展具有重要的理論意義和工程套用價值。主要結論如下：（1）通過研究淹沒排空時間和排空速率對潮汐流人工濕地總氮強化脫除的影響，發現淹沒排空時間3 h:3 h更有利於系統硝化和反硝化反應的協同交替進行，相對較慢的排空速率有利於提高銨根離子與濕地基質的接觸時間，增大基質的吸附量，也更有利於氧氣在基質層間隙中的均勻分布，使濕地床的硝化能力大幅提高。（2）利用分別裝有沸石、石英砂、生物陶粒、火山岩的潮汐流人工濕地，通過進出水氨氮和總氮的降解效率以及基質的比表面積、陽離子交換能力、電鏡掃面及微生物菌群豐度和結構等表征指標，證明了基質類型對潮汐流人工濕地強化脫氮效率的影響機制。（3）通過分別模擬脈衝式氨氮進水濃度和有機物COD進水濃度以及監測潮汐流人工濕地污染物去除對脈衝負荷的回響，證明了人工濕地潮汐運行可以顯著提高濕地系統對較高污染負荷的抗衝擊能力。（4）探討了潮汐流濕地耦合電化學強化脫氮除磷規律。結果表明耦合電化學的潮汐流人工濕地組合系統將潮汐流人工濕地強硝化能力與電化學強硝酸鹽和磷酸鹽脫除能力進行了優勢互補，在潮汐過程中氨氮氧化去除效率維持在90%以上，電化學過程產生的氫離子作為點子供體推動了硝酸鹽的異化還原過程，犧牲鐵電極產生的絮凝劑不僅提高了磷酸鹽的吸附沉澱，同時絡合沉澱了硫酸鹽異化還原過程中產生的硫化氫，不僅實現了污染物的高效去除，同時實現了污水的無味處理。
