蚯蚓生态滤池优化及其对生活污水脱氮机理研究

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1、ADissertationPresentedtotheAcademicDegreeCommitteeofNanjingUniversityforApplyingthePh．D．DegreeinEnvironmentalEngineeringOptimizationofearthwormecofilteranditsmechanismfornitrogenremovalindomesticwastewaterByLongmianWangSpecialty：EnvironmentalEngineeringSupervisor：ProfessorZhengAssociateProfessorXing

2、zhangLuoDepartmentofEnvironmentalEngineering，SchooloftheEnvironment，NanjingUniversityNanjing，ER．ChinaMay,2011南京大学博士学位论文中文摘要毕业论文题目：堑塑I生查遗渔笾丝厘墓过生适透盔腹氢扭理堡窒巫缝工猩专业韭级博士生姓名：湮蕉眍指导教师(姓名、职称)：塑正数握矍送童副教援一摘要农村生活污水未处理或不达标排放是太湖流域污染和水体富营养化的主要因素，因此有效处理农村生活污水是控制太湖流域污染、减轻氮、磷污染及富营养化压力；、改善农村人居环境的必要前提。而传统城市生活污水技术投资高、运行费甩

3、多、管理不方便，不适宜作为农村污水处理方法，所以蚯蚓生态滤池就是在解决上述问题的基础上提出，并实际应用于太湖流域分散式农村生活污水处理中。本文首先研究了滤料和蚓粪的结构特征，分析滤料化学组成在反应前后的变化，其次以蚯蚓生态滤池为主要研究对象，模拟生活污水，比较了不同水力负荷和二次布水方式对污染物去除的影响和水质参数沿程变化情况，探讨污染物降解去除机理；在此基础上，重点以PCR-DGGE(聚合酶链式反应．变形梯度凝胶电泳)技术为基础对不同季节，蚯蚓生态滤池系统内硝化、反硝化菌菌落分布特征进行研究，并分析菌落结构及多样性与氮迁移转化的关系，深入了解污水氮去除机理：最后采用塔式蚯蚓生态滤池处理生活污

4、水并初步探讨污染物去除效果。滤料运行前后的物理化学特征表明滤料中有机质的含量相比初始都有提升，土壤中增加最为明显，Si02、A1203和Fe203构成滤料主体，并且反应前后变化：很小，同时蚓粪成分也基本无变化，而土壤中CaO和P205分别增加2．31．2．79和2．68-5．32倍；土壤组分中TOC含量也增加较多，氨氮明显上升，有机氮厂rN的比例随壤层增加略有下降，N03．N含量沿程提高很小，以上说明土壤不仅对滤池中有机物和氨氮去除发挥主要作用，同时对磷的沉积作用也有一定效果，但对南京大学博士学位论文中文摘要N03．N的吸附作用一般。滤料表面结构分析显示，微孔结构存在于所有滤料和蚓粪表面，同时

5、土壤表面微孔数量较多、孔径较大，表明土壤相对黄沙和青石较强的吸附作用，蚓粪的结构特征也利于有机物和氨氮的去除：此外反应前后滤料中官能团的变化也说明，土壤层是有机物发生反应和氮循环的主要区域。在水力负荷为0．2和1m3／m2d条件下，负荷变化对化学需氧量(CODcr)、氨氮(NH3．N)和总磷(TP)的浓度和去除率无明显影响并且去除率均较高，而硝态氮(N03．Nl浓度、总氮(Tm浓度及去除率受水力负荷变化的影响显著，其中总氮(TN)平均去除率在低、高水力负荷情况下分别为909(,和72％，硝态氮在系统内发生积累，亚硝态氮(NOz-N)浓度沿程都很低且基本不随水力负荷变化；氧化还原电位、pH值和温

6、度在不同负荷下波动很小，溶解氧(DO)浓度只在45cm出水处有变化，沿程测量显示上述水质参数在不同位置高低起伏；COD、NH，．N、TP秘TN浓度在经历土壤层后急剧下降，后续黄沙和青石层下降不明显，说明土壤层作为滤池去除污染物的主要介质，下层介质起到进一步去除作用。运行一段时间后，滤料中层土壤的硝化强度最高，下层黄沙最低，同时土壤普遍高于黄沙和青石；在C／N=7时反硝化效果最好，在相同基质条件下，反硝化强度的比较是：底层土>中层土>黄沙和青石层，表明系统不同深度滤料对硝化反硝化贡献程度存在差异，这与滤池内DO的分布曲线一致。二次布水条件的变化对污染物特别是氮的去除效果影响明显。COD和TN去除

7、率在土壤下层二次布水方式下去除率最高，表明二次布水可有效提高C／N比，增加系统中有效碳含量的同时增强了TN的去除效果；N03-N占TN的比例在土壤上层二次布水情况下最低，其余参数基本不受布水方式变化的影响。不同季节氮的转化去除及菌属的结构特征表明，蚯蚓生态滤池在夏、秋两季对污水中氨氮去除率最高，土壤层处理后NH3-N浓度下降明显，同时季节变化对N03-N和N02-N浓度影响很小；氨氧化菌(AOB)