改性絮凝覆盖技术强化富营养化浅水湖泊氮去除能力的研究

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本研究通过室内模拟实验,研究了沉降蓝藻在厌氧条件下作为碳源对底泥微生物反硝化脱氮的促进作用,并深入揭示了沉降蓝藻作为碳源促进底泥反硝化过程的机理;探讨了氧和微生物改性的絮凝覆盖技术对于模拟体系中氮素转化能力和内源氮负荷的削减作用,分析了改性的絮凝覆盖技术对溶解氧环境和微生物群落结构的影响;考察了天然沸石和粉末活性炭实施改性的絮凝覆盖技术对于氧环境的改善情况,氮素去除的影响。本文旨在探索絮凝除藻后控制内源氮素的途径和机理,为富营养化浅水湖泊的治理提供理论和技术支撑。  主要结果如下:  1.在厌氧、黑暗条件下6-8天后,沉降藻体死亡降解,产生大量的可以为反硝化菌直接利用的挥发性脂肪酸,添加藻的处理组中TN去除率高于对照,最高可达42.1%,为对照(不添加蓝藻)的2.43倍。但沉降蓝藻促进脱氮的效率受到氧环境、微生物作用强度和降解时间等的限制,对底泥土著反硝化菌的促进作用不足以全部去除蓝藻自身给沉积物带来的氮负荷。沉降的蓝藻可能会使得底泥氨氮、COD浓度增加。这为揭示因自然或人工沉降至底泥中的蓝藻对于底泥C、N的影响提供了理论基础,也为进一步原位提高沉积物脱氮速率提供了思路。  2.实施氧和微生物改性的絮凝覆盖技术后,氮素气体的最大排放量(1806μmolN2和0.45μmolN2O)是对照组(361μmolN2and0.48μmolN2O)的5倍。TN去除率为78.9%,底泥向上覆水的硝态氮、亚硝态氮的通量降低97.7%和10.24%,氨氮通量与对照相比甚至发生逆转。改性的絮凝覆盖技术为大面积、原位去除天然富营养湖泊中的藻华和高负荷氮素提供了一个新的思路和理论基础。  3.氧和微生物改性的絮凝覆盖不仅可以同时去除藻华和内源氮负荷,与传统的曝氧技术相比,这是一个能量节约型的氮去除技术,氧改性的沸石可以将大量表面形成的界面氧气泡运送到沉积物表面,而无需过多消耗能量。实验开始12小时后,水体中溶解氧浓度从对照的6.41mg/L最高增加到10.88mg/L,沉积物中氧剖面深度最高增加到对照的2.85倍。作为一种有效改善湖泊底质溶解氧状况的技术,氧和微生物改性的絮凝覆盖技术也为沉水植被的恢复提供了条件。沉降蓝藻缓解了微生物的碳源压力,微生物改性后提高了藻体的分解利用效率,氧环境的提高增强了硝化作用,为反硝化提供了碳源和硝态氮。  4.采用沸石实施改性的絮凝覆盖技术的脱氮效果好于活性炭的处理,将氮素转化为气体的量至少是活性炭处理中转化量的1.87倍,最大的是氧和微生物改性的沸石絮凝覆盖组(8.92g-N/m2,水体中TN去除率为78.88%),最差的是氧改性的活性炭絮凝覆盖组(3.36g-N/m2,水体中TN去除率为48.60%)。活性炭处理体系中释放的N2O是沸石处理的115倍以上。在水体和沉积物溶解氧的调控效果上,活性炭处理组中沉积物的溶解氧剖面深度至少是沸石处理组中深度的1.23倍。这为实施改性的絮凝覆盖技术选用合适的负载材料提供了理论基础。
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