生物炭-磁黄铁矿-石灰石生态滤池处理溢流污水试验研究

作     者：陈柳岑 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余健;姚志强

授予年度：2023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：生态滤池 生物炭 磁黄铁矿 溢流污水 

摘      要：合流制溢流污水直接排入水体黑臭,现有的污染水处理技术虽然有效但仍存在各自的局限性。本文通过构建砾石生态滤池、生物炭-磁黄铁矿生态滤池、生物炭-磁黄铁矿-石灰石生态滤池,探究生物炭和磁黄铁矿对生态滤池处理溢流污水的效果和机理。 通过不同条件下运行,研究不同生态滤池系统对悬浮物、有机物、氮磷等污染物的长期去除效果发现:生物炭-磁黄铁矿-石灰石生态滤池对SS、COD、NH-N、NO-N和TN的去除效果最佳,对TP的去除效果略低于生物炭-磁黄铁矿生态滤池。进水流量和进水浓度对SS和TP的去除效果影响较小,对有机物和氮的去除影响明显。在进水负荷为0.151m/m.h,生物炭-磁黄铁矿-石灰石生态滤池对SS、COD、NH-N、NO-N、TN、TP的平均去除率分别为95.45%、83.99%、54.0%、68.55%、58.8%、95.35%。 通过分析沿程高度污染物的转化规律发现:生物炭-磁黄铁矿-石灰石生态滤池系统中有机物和氨氮在进水-20cm配水层被微生物快速降解,20cm-80cm添加生物炭,对悬浮物的截留效果、对有机物、氨氮和总氮降解转化效果显著优于砾石生态滤池,此时去除率分别为90.56%、81.06%、70.89%、58.17%。80cm-110cm磁黄铁矿提高了总磷和硝酸盐氮去除率,此时去除率分别达到94.98%、66.17%。 通过高通量测序比较三组生态滤池微生物多样性和群落结构分析:厚壁菌门、硫杆菌属在添加磁黄铁矿的生态滤池内丰富度更高。通过功能预测,生物炭和磁黄铁矿添加有效提高与亚硝酸盐反硝化、硝酸盐反硝化、硝酸盐呼吸作用等相关的nitrite denitrification、nitrate denitrification、nitrous oxide denitrification功能基因丰度。 对生物炭和磁黄铁矿静态吸附实验,结合扫描电镜、XRD和XPS分析得到:生物炭对氨氮、磁黄铁对磷具有良好吸附效果。XPS分析表明PO峰面积由606.97变为639.09,说明Fe与PO结合生成沉淀附着在磁黄铁矿表面。 生物炭-磁黄铁矿-石灰石生态滤池中悬浮物主要依靠填料和附着在填料的生物膜的物理截留作用去除,有机污染物主要依靠附着在填料和根系的生物膜吸附降解作用去除,磷主要依靠磁黄铁矿的吸附作用去除。氨氮主要在配水层和主体层发生硝化反应去除,硝氮主要在过渡层微生物进行自养反硝化去除。