关键词:
农田排水
人工快速渗滤系统
填料组合
运行管理
净化机制
摘要:
【目的】通过研究不同填料组合人工快速渗滤系统(CRI)对高排水强度、低污染浓度农田排水的净化效果,优选出适宜的填料组合及运行条件,为实际工程提供理论支持。【方法】试验设置5个污染负荷水平(即不同氮磷浓度和泥沙量),3个水力负荷水平;在每个污染负荷水平下,通过控制渗滤柱进出水量来控制不同水力负荷;并采用高通量测序分子生物学技术手段,考察系统中微生物群落结构与功能的关系,进而分析系统中不同填料组合下生物脱氮除磷效能与机制。【结果】①不同填料填装高度对各污染物的净化效果总体表现为80 cm>60 cm>40 cm;各填料组合对各污染物净化效果以粗沙、活性炭、黏土陶粒体积比为3∶2∶2、分层填装、填装高度80 cm组合(S3)最好,对总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(AN)、泥沙的净化率分别达到53.26%、82.51%、68.18%和78.43%。②不同污染负荷下,TN净化效果以污染负荷水平2 mg/L(W1)最好,与其他污染负荷水平呈极显著差异,其次为污染负荷水平4 mg/L(W2),净化率分别达56.70%和42.78%;AN、泥沙净化效果均以污染负荷水平W2(AN 4 mg/L、泥沙0.2 g/L)最好,净化率分别达到48.46%和81.61%,但TP净化效果各污染负荷水平间无明显差异。③随着水力负荷增大,渗滤柱对TN、TP、AN和泥沙去除率逐渐下降;在水力负荷28 L/(m^(2)·min)(T1)水平下,渗滤柱对TN、TP、AN、泥沙等各污染物的净化效果均最好,净化率分别达到48.80%、78.51%、54.88%和79.77%。④渗滤柱不同位置菌群物种数下部更多,而菌群多样性上部更高;相似填料组合其微生物群落结构具有较高的相似性;Proteobacteria(变形菌门)丰度最高,其次是Actinobacteria(放线菌门)、Firmicutes(厚壁菌门),对氮的去除起到了关键作用。【结论】人工快速渗滤系统填料填装高度80 cm,分层填装,粗沙、活性炭、黏土陶粒填料比例为3∶2∶2,适用于处理高强度农田排水,表现出较好的净化效果,对污染负荷TN为2 mg/L,AN为4 mg/L,泥沙为0.1~0.3g/L,水力负荷为28 L/(m^(2)·min)净化效果最佳,并可承受较大变幅的TP污染负荷。