文档介绍：摘要
摘要
随着城市发展和人口增加,城市内河污染日趋严重。研发适宜的水体净化
技术是恢复河流生态系统健康并实现可持续发展的重要途径之一。本文以我国
南方典型的重污染城市内河——深圳布吉河河水为研究对象,贯彻以河流为主
体的流域治理理念,以研发高效、经济、可持续、占地面积小的水质净化技术
为目的,运用原位-异位联合生物处理技术,结合微生物和水生植物的各自优
势处理重污染河水,以期为我国污染水体的生物修复计划提供借鉴。
布吉河水质污染状况及微生物群落结构分析表明,布吉河属于典型的耗氧
性有机污染,氮素污染是布吉河水质最突出的问题。水体中平均COD和BOD
浓度分别为211± mg/L和117± mg/L,±
mg/± mg/L。氮循环菌群落分布及其功能研究表明,快速的生长能
力和较强的活性,使氨化菌和反硝化菌在河流中广泛分布,分别为1012
MPN/ml和106MPN/ml。硝化细菌在水体和底泥中分别仅约102 MPN/ml和104
MPN/g。相关性分析表明,非点源污染的存在,是河流污染严重的原因之一。
此外,河流生态系统中氮素循环相关菌群的数量分布严重失衡,使氮素的转化
和去除途径受阻,导致大量的氮素以氨氮的形式滞留于水体,加重了河流的氮
素污染。因此,采取一些行之有效的生物治理措施迫在眉睫。
采用新型的强化生物膜-活性污泥复合工艺(EHYBFAS)对上游高污染河
水进行异位处理。复合工艺能够在短停留时间(HRT=)内有效去除有机污染
物,当进水负荷为 ~ kg BOD/(m3·d)和 ~ kg COD/(m3·d)时,
BOD和 COD的平均去除率分别为 ±%和 ±%。当进水负荷为
3 + 3
~ kg TN/(m ·d)和 ~ kg NH4 -N/(m ·d)时,总氮和氨氮的去除率
分别为 ±% 和 ±%。MPN-Griess检测结果表明,硝化菌占总菌
量的比例在混合液中为 %~%之间,在生物膜载体上为 %~%之
间。自养菌比例过低,削弱了硝化反应,是导致氮素去除率低的主要原因。采
用PCR-DGGE对不同生物反应池中的氨氧化细菌(AOB)进行检测,结果显
示EHYBFAS工艺完成了AOB的自然选择,与缺氧池相比,好氧池内的AOB菌
数量差异不显著,表明好氧池内亚硝化速率较慢。对主要条带进行克隆测序共
获得 9 种不同的 16s rDNA序列,其GenBank登陆号为GU073369-GU073378,
BLAST结果表明,其中 5 个序列与已知的Nitrosomonas
98%的相似性。此外,在活性污泥 1 号数学模型与生物膜上碳氧化和硝化的经
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哈尔滨工业大学工学博士学位论文
验公式相结合的基础上,建立了生物膜-活性污泥全耦合数学模型,且能够较
好的反映出水水质的变化。
为配合 EHYBFAS 工艺对污染河水的异位处理,尝试以河道空间作为处理
场所,采用生物接触氧化工艺进一步净化河流水质。以布吉河水质净化厂出水
口下游 600 m 处河水作为试验进水,模拟河道状况设计动态小试试验装置,
通过添加微生物功能菌剂构建生物强化系统。生物接触氧化技术能有效去除氮
素。平均出水总氮和氨氮浓度分别为 ± mg/L 和 ± mg/L。投
加高效菌剂后,TN 去除率为 %,比投菌前高 %,氨氮去除率为
%,比投菌前高 %。此外,生物膜载体有效增加了微生物生物量,特
别是投加高效菌剂后,硝化细菌数量明显增加,占细菌总数的 %。微生物
群落的 DGGE 图谱和数量分析也表明,投加的高效菌剂,增加了微生物的群
落多样性和种群数量,特别是硝化细菌的数量,优化了氮素循环相关菌群的结
构分布。
为了再现城市内河的生态景观功能,在生物接触氧化技术处理污染河水的
基础上,探讨生物接触氧化工艺结合水生植物处理河水的效果,研究适合河流
生态系统恢复的原位生物处理技术。结果表明,水生植物-生物接触氧化工艺
能够有效去除氮素,平均出水总氮和氨氮浓度分别为 ± mg/L 和
± mg/L。种植植物后,TN 去除率为 %,比种植植物前提高
%,氨氮去除率为 %,比种植植物前提高 %。水生植物增加了水
体中微生物的生物量,特别是硝化细菌,其占总