基质配置对人工湿地性能及温室气体通量的影响研究

作     者：许光明 

作者单位：青岛大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔范龙;王森

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：人工湿地 温室气体 基质 微生物群落 

摘      要：人工湿地作为一种新型的生态污水处理技术,具有成本低、能耗小、操作简单、运行维护方便等优点,已在生活污水、工业废水、农业废水等污水处理领域得到广泛应用。然而,人工湿地处理污水过程中,二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)等温室气体的大量排放成为全球性问题,受到社会各界的普遍关注。在保持人工湿地污染去除效率的同时,寻找一种绿色高效的方法来减缓其全球增温潜势成为当前亟待解决的首要任务。本文以垂直潜流人工湿地为研究对象,设置了不同基质类型(普通砾石、核桃壳、锰矿石和活性氧化铝)及其组合,研究了基质特性对CO2、CH4、N2O三种主要温室气体排放通量的影响,并结合湿地内微生物群落结构和多样性的变化,分析基质特性与微生物群落相关关系,揭示了基质配置影响温室气体通量的作用机理,为强化人工湿地性能同时减缓增温潜能提供新的方案和理论依据。主要研究结论如下:(1)不同基质类型人工湿地污染物去除效果差异显著,其中锰矿石人工湿地污水净化性能最好,COD、NH-N、TN和TP的去除率分别为90.1±4.3%、84.1±3.7%、65.1±4.0%和97.1±2.2%。(2)相比于单一基质人工湿地,组合基质人工湿地具有其独特优势。其中核桃壳和锰矿石基质组合人工湿地充分解决了反硝化抑制问题,虽然也导致了COD和TP去除率的下降。(3)不同基质类型人工湿地温室气体排放通量差异显著,其中,核桃壳基质人工湿地尽管N2O排放通量明显降低,但CH4排放通量显著增加,极大促进湿地系统的全球增温潜能。相反,锰矿石人工湿地平均CH4排放通量仅为2.00 mg m-2 h-1,对人工湿地温室效应减缓具有突出贡献。(4)基质组合显著影响N2O和CH4排放通量。当核桃壳基质与锰矿石或活性氧化铝基质组合时,人工湿地CH4排放通量明显降低,且核桃壳与锰矿石基质人工湿地N2O排放通量最低。(5)微生物分析结果表明,基质配置主要通对微生物群落结构的影响实现良好的污水净化效果和较低的温室气体排放通量。