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文檔簡介
1、目前,地下水硝酸鹽氮的污染已嚴重影響到世界上眾多國家和地區(qū)人們的生活,我國是工農業(yè)大國,且正處在快速發(fā)展的發(fā)展中國家階段,我國的硝酸鹽污染尤其嚴重,受硝酸鹽污染的水體不僅會危害人類的健康,誘發(fā)癌癥,同時制約著我國工農業(yè)的發(fā)展。生物反硝化法是相比物理化學法更加經濟、實用的方法,但是,不足的有機碳源一直是限制我國異養(yǎng)反硝化的脫氮效果的。針對此問題,本研究從以下兩方面解決:一是利用秸稈、聚乙烯醇(PVA)、纖維素酶等原材料制備出一種具有緩釋功
2、能的新型碳材料,并研究了其抗壓性能、結構性能和釋碳性能;二是建立了電極生物膜反應器,并向反應器中投加上述釋碳材料,使其形成自養(yǎng)異養(yǎng)協(xié)同修復受硝酸鹽污染的地下水。
本研究以秸稈、聚乙烯醇(PVA)、五種淀粉酶為原料,按正交試驗把原材料按不同配比分為5組,采用凝膠成型法工藝,經過預處理、溶液共混、注入模具、冷凍成型四個階段,共制備出了5組28種釋碳材料。使用微機控制電子萬能試驗機對材料進行力學測試,結果表明釋碳材料中秸稈與PVA能
3、夠較好的混合,抗壓性能約為1066.67KN/m2,能夠滿足地下水中對材料的壓力,且PVA含量越高,抗壓性越強;以掃描電子顯微鏡(SEM)對材料表面結構進行分析,結果表明PVA作為骨架材料把秸稈包裹成固定的形狀,兩種物質的相容性良好,并且隨著兩種物質含量的變化,材料的表面結構也表現(xiàn)出一種逐漸變化的趨勢;秸稈含量越高,材料的釋碳量越高,且當材料添加劑為纖維素酶時,材料釋碳性能最好。通過材料配比的正交試驗表得出在制備釋碳材料過程中,對釋碳量
4、的影響程度為秸稈:PVA>添加劑>添加劑量;通過對常溫下釋碳材料的靜態(tài)釋放數(shù)據進行擬合,最終得到該材料釋碳的動力學公式為(此處公式省略),k值越高,M材料釋碳性能越好。
本研究的自養(yǎng)反應階段結果表明:NO3ˉ-N去除率隨著電流強度增大是先升高后降低。當電流在150mA時,NO3ˉ-N去除率達到最大,去除率為27.5%,脫氮效果最佳;不同進水濃度對反硝化脫氮效果有一定的影響,試驗過程中,隨著進水NO3ˉ-N濃度的提高,NO3ˉ-
5、N去除率下降,且NO2ˉ-N濃度也相應增加。當進水濃度超過30mg/L時,脫氮率迅速下降;水力停留時間對反硝化影響明顯,在一定范圍內,HRT越長,NO3ˉ-N去除率越高,NO2ˉ-N積累減少。但是從經濟方面考慮,確定12h為自養(yǎng)階段最佳水力停留時間。
自養(yǎng)異養(yǎng)協(xié)同反應階段結果如下:水力停留時間過短或過長都會限制反應器NO3ˉ-N的去除效果,且水力停留時間過長會造成NO2ˉ-N的積累。在HRT為8h時,NO3ˉ-N的去除率最高,
6、可達98.8%;由于受到產氫不足或“氫抑制現(xiàn)象”的作用,電流過大或過小都會使NO3ˉ-N的去除效果不佳和產生NO2ˉ-N的積累現(xiàn)象。在處理模擬地下水試驗時,50mA的電流強度是最理想,此時的NO3ˉ-N去除率為90%,且無明顯NO2ˉ-N的積累現(xiàn)象;溫度是通過影響反應器中反硝化菌來影響反硝化效果的,溫度過高或過低都會影響菌內酶的活性,繼而影響NO3ˉ-N的去除率以及NO2ˉ-N的積累,考慮到經濟成本及出水質量,本試驗將溫度設為30℃,此
7、時的去除率為84.3%;隨著進水濃度的增大NO3ˉ-N的去除率緩慢減小,且逐漸產生NO2ˉ-N的積累現(xiàn)象,試驗NO3ˉ-N初始濃度為30mg/L。
對取自復合系統(tǒng)的兩個樣品進行高通量測序,發(fā)現(xiàn)兩個樣品測序結果中的Coverage指數(shù)都在0.999以上,測序結果真實。由Shannon和Simpson指數(shù)值可知自養(yǎng)異養(yǎng)的反硝化菌種沒有單純的異養(yǎng)反硝化菌種多樣性豐富。自養(yǎng)異養(yǎng)接觸面的碳材料樣品中檢測到12個菌門,其中變形菌門(Pro
8、teobacteria)所占比重最大,在樣品中的豐度為98%,樣品中的第二大優(yōu)勢菌門是擬桿菌門(Bacteroidetes),在樣品中所占比例為1.06%。樣品中假單胞菌科(Pseudomonadaceae)和鞘脂單胞菌科(Sphingomonadaceae)為主要優(yōu)勢菌科,所占比重分別為48.08%和22.7%。假單胞菌屬(Pseudomonas)在屬類中的豐度值最大,可達37.4%,其是比較普遍的一種反硝化菌屬。樣品中的第二大菌屬為
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