分流兩段式土壤滲濾系統(tǒng)脫氮效果及機(jī)理研究

李 丹,王欣澤*,沈 劍,封吉猛,仝欣楠,劉德才,楊 明,字建婷

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分流兩段式土壤滲濾系統(tǒng)脫氮效果及機(jī)理研究

李 丹1,王欣澤1*,沈 劍1,封吉猛2,仝欣楠1,劉德才3,楊 明3,字建婷3

(1.上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200240；2.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院,上海 200240；3.上海交通大學(xué)云南(大理)研究院,云南 大理 671000)

為解決傳統(tǒng)土壤滲濾系統(tǒng)占地面積過(guò)大的問(wèn)題,采用多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)和地下滲濾系統(tǒng)組合的新型兩段式污水處理工藝,研究了在高水力負(fù)荷0.3m/d條件下分流比對(duì)其脫氮效果的影響,并通過(guò)實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)對(duì)不同層級(jí)的脫氮功能基因數(shù)量進(jìn)行檢測(cè),進(jìn)一步探究該系統(tǒng)中微生物脫氮機(jī)理.水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,分流措施可以顯著提高兩段式土壤滲濾系統(tǒng)在高負(fù)荷下的脫氮能力,當(dāng)分流比為1:2時(shí)系統(tǒng)污染物去除能力最佳,對(duì)化學(xué)需氧量(COD)、總磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、總氮(TN)的平均去除率分別達(dá)到91.16%、96.91%、72.11%和72.27%.脫氮功能基因豐度分析結(jié)果表明,多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)中的硝化及厭氧氨氧化和地下滲濾系統(tǒng)中的硝化反硝化的耦合作用是該工藝微生物脫氮的主要途徑.

兩段式土壤滲濾系統(tǒng)；多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)；地下滲濾系統(tǒng)；分流污水；脫氮

由于污水管網(wǎng)及集中式污水系統(tǒng)建設(shè)難度大,我國(guó)大部分農(nóng)村地區(qū)的生活污水未經(jīng)規(guī)范處理排入天然水體,造成嚴(yán)重的水環(huán)境污染[1].地下滲濾系統(tǒng)(SWI system)作為原位分散式污水處理工藝,利用土壤作為主要基質(zhì),通過(guò)填料吸附、截留過(guò)濾、微生物降解和植物吸收等作用對(duì)污水中的污染物進(jìn)行凈化,因其運(yùn)行成本低、易建設(shè)維護(hù)等特點(diǎn)在世界范圍內(nèi)應(yīng)用[2-3].分流進(jìn)水是地下滲濾系統(tǒng)常用的一種布水方式,能夠利用污水中的有機(jī)物作為反硝化反應(yīng)的碳源,使系統(tǒng)具有較高的脫氮性能[4-5].然而地下滲濾系統(tǒng)的水力負(fù)荷較低,一般在0.01~0.1m/d之間,嚴(yán)重限制了其在土地資源緊缺地區(qū)的推廣應(yīng)用[6].有氧環(huán)境的惡化和過(guò)量的污染負(fù)荷是地下土壤滲濾系統(tǒng)不能適應(yīng)高水力負(fù)荷的主要原因[7].

多級(jí)土壤滲濾處理系統(tǒng)[8](MSL system)是將土壤模塊化,采用滲濾層和土壤磚塊層交錯(cuò)相間的特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)建系統(tǒng)的主體部分的新型土地處理工藝.其中滲濾層材料一般由沸石、珍珠巖或礫石等大顆粒材料組成,土壤磚塊則通常由土壤、鐵屑、木炭等多種粒徑相對(duì)較小的材料組成.這種構(gòu)造很大程度上增強(qiáng)了水分的分散性,減少堵塞的風(fēng)險(xiǎn),并在滲濾層和土壤磚塊層之間形成多個(gè)微“好氧-厭氧”區(qū)域,滿足污染物去除所需環(huán)境[9-10].研究表明,多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)在水力負(fù)荷超過(guò)1m/d的情況下依舊可以正常運(yùn)行,沒(méi)有堵塞等問(wèn)題的發(fā)生[11].但是水力負(fù)荷較高時(shí),由于停留時(shí)間過(guò)短,多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)的脫氮以NH4+-N的吸附及硝化作用為主,TN去除效率偏低,脫氮不徹底[11].

基于以上背景,本研究采用多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)和地下滲濾系統(tǒng)組合的新型兩段式土壤滲濾系統(tǒng),應(yīng)用分流措施強(qiáng)化脫氮,在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件下,針對(duì)某污水處理廠收集的農(nóng)村生活污水,開展在高水力負(fù)荷條件下不同分流比對(duì)該工藝污染物去除效果的影響研究,并通過(guò)熒光定量PCR技術(shù)對(duì)系統(tǒng)不同層次基質(zhì)中脫氮功能基因豐度進(jìn)行檢測(cè),探究脫氮機(jī)理,以期克服土壤滲濾系統(tǒng)研究中高負(fù)荷與高污染物去除效率不能共存的瓶頸,為實(shí)際工程應(yīng)用提供一定的數(shù)據(jù)支持及科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.1.1 多級(jí)土壤滲濾裝置 如圖1a所示,多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)采用不銹鋼板制成,長(zhǎng)50cm,寬50cm,高70cm.裝置的進(jìn)水管為PVC材質(zhì)的穿孔管,置于頂層,出水口位于裝置底部.在反應(yīng)器的表層鋪設(shè)5cm厚的礫石(粒徑1~3cm)作為過(guò)濾層,起到均勻布水、截留懸浮物的作用.底部同樣鋪設(shè)5cm厚的礫石作為承托層及出水緩沖區(qū).中間部分由55cm厚的土壤磚塊層和滲濾層交替填充.土壤磚塊由生態(tài)袋縫制的方形口袋裝填混合土壤介質(zhì)制作而成,如圖1a所示,有長(zhǎng)′寬′高分別為15cm′50cm′5cm和12.5cm′50cm′5cm的兩種尺寸,基質(zhì)由紅黏土、煤渣(過(guò)2mm篩)、生物陶粒(過(guò)2mm篩)按6:3:1的質(zhì)量比均勻混合.滲濾層由沸石(粒徑1~3mm)組成.滲濾層和土壤磚塊的水平及垂直間隔均為5cm.

紅黏土取自大理海東鎮(zhèn),煤渣取自彌渡某工程建設(shè)有限公司燃煤渣,生物陶粒及沸石均為網(wǎng)上郵購(gòu).

1.1.2 地下滲濾裝置 如圖1b所示,地下滲濾系統(tǒng)采用不銹鋼板制成,長(zhǎng)50cm,寬50cm,高70cm.地下滲濾裝置采用穿孔管進(jìn)水,出水口位于裝置表面下方10cm處.在反應(yīng)器的底部鋪設(shè)10cm厚的礫石(粒徑10~30mm)作為過(guò)濾層,防止出水孔堵塞.過(guò)濾層上部填充50cm厚的混合土壤基質(zhì),由紅黏土、煤渣(過(guò)2mm篩)、生物陶粒(過(guò)2mm篩)按7:2:1的質(zhì)量比均勻混合而成.

圖1 兩段式土壤滲濾系統(tǒng)構(gòu)造

a.多級(jí)土壤滲濾裝置;b.地下滲濾裝置;c.兩段式土壤滲濾裝置(cm)

1.1.3 工藝流程 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的工藝流程如圖1c所示,污水由蠕動(dòng)泵泵入多級(jí)土壤滲濾裝置,經(jīng)多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)處理后進(jìn)入均勻混合基質(zhì)的地下滲濾系統(tǒng).分流管道與多級(jí)土壤滲濾裝置的出水管相連,上層出水與分流污水混合后進(jìn)入下層傳統(tǒng)土壤滲濾裝置.

參考相關(guān)資料及工程經(jīng)驗(yàn),結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)裝置及基質(zhì)性質(zhì),實(shí)驗(yàn)水力負(fù)荷為0.3m/d,系統(tǒng)采用干濕交替的運(yùn)行方式,控制落干和配水時(shí)間為12h:12h,4套兩段式土壤滲濾裝置分別設(shè)置分流比0:1、1:3、1:2、1:1,探究不同分流比對(duì)系統(tǒng)出水的影響[7,11-12].

1.2 采樣方法

裝置位于大理海東鎮(zhèn)污水處理廠室外,污水取自曝氣沉砂池.水質(zhì)類型為生活污水,水質(zhì)波動(dòng)較大,進(jìn)水水質(zhì)如表1所示.實(shí)驗(yàn)于2018年2月8日啟動(dòng),系統(tǒng)預(yù)運(yùn)行20d供裝置內(nèi)微生物群落穩(wěn)定,3月1日開始每5d采一次樣,對(duì)進(jìn)水(曝氣沉砂池污水)、中間出水(上層多級(jí)土壤滲濾裝置出水)及最終出水(下層地下滲濾裝置出水)的COD、TP、NH4+-N、硝酸鹽氮(NO3--N)、亞硝酸鹽氮(NO2--N)及TN進(jìn)行監(jiān)測(cè)[13],采樣至6月8日結(jié)束,共運(yùn)行120d,采樣20次.

1.3 脫氮功能基因豐度

水質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后分別對(duì)4套裝置的滲濾層、土壤磚塊層及下層地下滲濾層進(jìn)行填料樣品的采集.提取樣品DNA,對(duì)樣品中脫氮功能性相關(guān)的氨單加氧酶基因、亞硝酸鹽還原酶關(guān)鍵功能基因及、一氧化氮還原酶功能基因以及厭氧氨氧化基因片段AMX的豐度進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR測(cè)定[14].

1.4 氮轉(zhuǎn)化速率與脫氮微生物關(guān)系分析

采用SPSS20對(duì)氮污染物轉(zhuǎn)化速率與脫氮功能性基因豐度進(jìn)行相關(guān)分析.其中除對(duì)照組外,分流系統(tǒng)下層地下滲濾裝置的污染物去除速率還需考慮分流配水的額外補(bǔ)給污染.

1.4.1 氮污染物轉(zhuǎn)化速率 氮轉(zhuǎn)化速率是指在單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)單位體積某一形態(tài)的氮污染物發(fā)生轉(zhuǎn)化而被去除的濃度,其中分流系統(tǒng)二級(jí)裝置的污染物轉(zhuǎn)化速率還需考慮分流配水的額外補(bǔ)給污染.其公式表示如下:

式中:為污染物轉(zhuǎn)化速率;0,1,2分別為出水濃度、進(jìn)水濃度和分流污水濃度;1和2分別為進(jìn)水水量和分流污水水量;為時(shí)間.

1.4.2 Pearson相關(guān)性分析 Pearson相關(guān)系數(shù)是反映參數(shù)之間協(xié)變線性關(guān)系的統(tǒng)計(jì)量,計(jì)算表達(dá)式如下:

2 結(jié)果與分析

2.1 分流比對(duì)出水水質(zhì)的影響

由圖2可知,系統(tǒng)自采樣開始(預(yù)運(yùn)行20d后)出水的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),且在高水力負(fù)荷條件下的后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中未發(fā)生堵塞現(xiàn)象.

2.1.1 分流比對(duì)COD和TP去除性能的影響 由圖2a可知,進(jìn)水COD濃度波動(dòng)較大(118.78~ 279.05mg/L),但出水濃度相對(duì)穩(wěn)定.當(dāng)分流比為0:1、1:3、1:2時(shí)最終出水COD的濃度較低,平均去除率均為90%以上,當(dāng)分流比增大至1:1時(shí),COD的去除率下降至86.67%.土壤滲濾系統(tǒng)中有機(jī)物的去除主要依靠物理攔截、化學(xué)吸附和微生物的降解等作用[5,15].因此,當(dāng)分流比過(guò)大時(shí),分流污水在下層傳統(tǒng)土壤滲濾裝置中的停留時(shí)間大幅降低,導(dǎo)致COD未被完全降解,出水含量較高.由表1可知,4套裝置COD的中間出水水質(zhì)差異不大,平均去除率均在80%以上.Vymazal等[16]曾指出土壤滲濾系統(tǒng)的COD去除效率在很大程度上取決于溶解氧濃度.多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)的土壤磚塊和滲濾層交錯(cuò)相間的結(jié)構(gòu)保證了裝置良好的有氧環(huán)境,使得在高水力負(fù)荷下依舊有較高的COD去除效率,且受水力負(fù)荷影響波動(dòng)較小[11].

從圖2b可見,系統(tǒng)進(jìn)水TP濃度(2.11~5.98mg/L)波動(dòng)較大,但出水濃度穩(wěn)定.如表1所示,中間出水平均TP濃度隨著分流比的增大而減小,但中間出水混合分流污水在地下土壤滲濾系統(tǒng)中進(jìn)一步凈化后,最終出水TP去除率均達(dá)到90%以上,濃度在0.07~ 0.33mg/L范圍內(nèi).生活污水中的磷主要以磷酸鹽的形式存在,且90%的磷進(jìn)入系統(tǒng)后被土壤顆粒迅速吸附,被吸附的磷和土壤中的鐵離子、鋁離子等反應(yīng)生成不溶物質(zhì)從而被去除[17].兩段式土壤滲濾系統(tǒng)基質(zhì)材料中的紅黏土含有大量的游離鐵鋁氧化物,對(duì)磷有高效的去除能力,因此磷的去除主要發(fā)生在土壤磚塊及下層地下滲濾系統(tǒng)中[18].

2.1.2 分流比對(duì)脫氮的影響 研究表明,氮素是土壤滲濾系統(tǒng)最難去除的污染物[19].由圖2f可知,在分流比0:1、1:3及1:1裝置中TN的去除率分別為40.18%、61.37%和51.22%,最高去除率72.27%出現(xiàn)在分流比為1:2的兩段式土壤滲濾系統(tǒng)中,出水水質(zhì)較為穩(wěn)定.而最終出水中的NH4+-N濃度隨分流比的增加而增加(圖2c),NO3--N反之(圖2d).土壤滲濾系統(tǒng)的脫氮途徑包括基質(zhì)吸附、離子交換、氨揮發(fā)、生物降解及植物吸收等,但通常認(rèn)為硝化及反硝化作用耦合的生物脫氮是其最主要的脫氮方式[20-22].因此,基質(zhì)內(nèi)的氧氣狀況和碳源含量分別是土壤滲濾系統(tǒng)中硝化和反硝化反應(yīng)最主要的限制性因素[7,23].

表1數(shù)據(jù)顯示,4套兩段式土壤滲濾系統(tǒng)中間出水的NH4+-N含量均低于0.1mg/L,超過(guò)99%的NH4+-N在多級(jí)土壤滲濾裝置中被去除,且不同分流比條件下的去除效率無(wú)顯著性差異(>0.05).不同于NH4+-N,系統(tǒng)中間出水的NO3--N含量顯著提高,分流比0:1、1:3、1:2和1:1條件下NO3--N平均濃度分別為22.65、21.74、24.07和24.73mg/L,占出水TN的90%以上.不同分流比下系統(tǒng)中間出水TN去除率在18.27%~30.88%之間,TN的去除率普遍偏低.多級(jí)土壤滲濾裝置中滲濾層材料沸石對(duì)NH4+-N的強(qiáng)化學(xué)吸附和離子交換能力是系統(tǒng)高NH4+-N去除效率的主要原因.而充分的硝化作用主要得益于多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)的“磚砌”式結(jié)構(gòu),大孔隙的滲濾層保證了裝置內(nèi)部良好的有氧環(huán)境,使硝化結(jié)果受水力負(fù)荷的影響較小[11].通常來(lái)說(shuō),吸附于沸石的NH4+-N可以在硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為NO3--N隨水滲流遷移,在相對(duì)處于缺氧環(huán)境的土壤磚塊層被反硝化細(xì)菌還原去除.但相關(guān)研究表明,由于80%以上COD在土壤滲濾系統(tǒng)距表層10~15cm處被去除,中下層基質(zhì)內(nèi)碳源的缺乏是多級(jí)土壤滲濾裝置TN去除率偏低的主要原因[24].

多級(jí)土壤滲濾裝置出水混合分流污水共同進(jìn)入下級(jí)混合土壤地下滲濾系統(tǒng)中進(jìn)行深度處理.由表1數(shù)據(jù)可知,最終出水的脫氮效果均優(yōu)于中間出水,但不同分流比條件下系統(tǒng)的脫氮效果差異較大.對(duì)照組的下層系統(tǒng)由于沒(méi)有污水補(bǔ)給,NH4+-N去除率仍保持在高水平,然而NO3--N平均濃度相比中間出水僅下降5.15mg/L,TN去除率(40.18%)較低且出水氮素以NO3--N為主.由圖2可見,隨著分流比的增加,最終出水中的NH4+-N濃度不斷增加,NO3--N濃度則不斷減少.分流比1:1時(shí)的最終出水NO2--N濃度明顯高于其他分流比條件下的出水濃度(圖2e).TN去除率則隨分流比的增加先增加后降低,最佳去除率72.27%出現(xiàn)在分流比1:2條件下.以上結(jié)果表明,分流污水中的碳源補(bǔ)給顯著強(qiáng)化了反硝化效果,提高整體的脫氮效率.但由于污水本身還含有氮污染物,在下層系統(tǒng)內(nèi)部處于淹水狀態(tài)的情況下,土壤基質(zhì)內(nèi)的厭氧環(huán)境不利于有機(jī)氮水解及硝化作用的進(jìn)行,使得出水NH4+-N含量較高.分流污水量過(guò)大還會(huì)造成不徹底的生物脫氮反應(yīng),導(dǎo)致硝化、反硝化中間產(chǎn)物NO2--N濃度的增高.因此當(dāng)分流比過(guò)高時(shí),TN去除率反而下降.

表1 不同分流比下兩段式土壤滲濾系統(tǒng)的處理效果

注:a平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(mg/L);b括號(hào)內(nèi)數(shù)值代表對(duì)應(yīng)污染物的平均去除率(%).

2.2 微生物脫氮機(jī)理

不同分流比下兩段式土壤滲濾系統(tǒng)滲濾層、土壤磚塊層及地下滲濾層脫氮功能基因絕對(duì)豐度見圖3所示.由圖3可知,、及基因的豐度在滲濾層、土壤磚塊層及地下滲濾層中依次下降.AMX基因的豐度在對(duì)照系統(tǒng)中與上述基因豐度變化規(guī)律相同,而在各分流系統(tǒng)中,上述三層中的基因豐度出現(xiàn)先降后升的現(xiàn)象.不同于以上幾種基因,反硝化基因的豐度變化無(wú)明顯規(guī)律,整體滲濾層及土壤磚塊層的豐度高于地下滲濾層基質(zhì)內(nèi)的基因豐度.由于隨深度的增加,污水逐步得到凈化,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏導(dǎo)致微生物數(shù)量降低是大部分基因豐度隨不同層次取樣深度增加而降低的主要原因[25-26].滲濾層由于其大孔隙結(jié)構(gòu)具有良好的透氣性,通常被認(rèn)為是好氧區(qū)域,但微生物呼吸依然會(huì)引起局部的缺氧、厭氧條件,適合各種氧氣環(huán)境需求的微生物的生長(zhǎng)[27].滲濾層填料沸石上吸附的大量NH4+-N以及該層良好硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸鹽、亞硝酸鹽均為脫氮微生物提供了充足的底物.因此,除外的功能性基因均在滲濾層豐度最高.反硝化功能基因及能夠編碼兩種結(jié)構(gòu)不同但功能相同的亞硝酸鹽還原酶,其中對(duì)缺氧厭氧環(huán)境的要求更為嚴(yán)格,而基因在好氧環(huán)境中依然可以表達(dá)[28-29].因此,在分流比0:1、1:3、1:1系統(tǒng)中,土壤磚塊層中的基因豐度均高于滲濾層,分流比1:2系統(tǒng)中土壤磚塊層基因豐度略低于滲濾層,但高于分流比1:1系統(tǒng)土壤磚塊層豐度.

為探究?jī)啥问酵寥罎B濾系統(tǒng)中的微生物脫氮機(jī)理,對(duì)系統(tǒng)不同層次的脫氮速率與脫氮功能基因進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果如表2所示.在滲濾層中,基因的豐度與NH4+-N的去除速率呈顯著正相關(guān)(<0.05),與NO3--N的去除速率呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01),基因豐度與TN去除速率呈顯著正相關(guān)(<0.05).基因作為氨單加氧酶的活性位點(diǎn),被認(rèn)為是硝化反應(yīng)的關(guān)鍵性基因[30-31].含AMX基因的厭氧氨氧化細(xì)菌可在缺氧條件下以NO2--N為電子供體將NH4+-N還原為氮?dú)?完成徹底的脫氮反應(yīng)[32-33].因此兩段式土壤滲濾系統(tǒng)中滲濾層主要的脫氮方式是硝化及厭氧氨氧化.在土壤磚塊層中, NH4+-N及TN的去除速率與AMX基因豐度呈顯著正相關(guān)(<0.05),NO2--N的去除速率與AMX基因豐度呈極顯著正相關(guān)(<0.01),證明了在土壤磚塊層主要的脫氮途徑是厭氧氨氧化作用.該結(jié)果與之前研究中認(rèn)為的反硝化脫氮方式不符,可能是由于取樣位置偏下,在此深度處缺少碳源抑制反硝化作用,使得厭氧氨氧化作用成為脫氮的主要途徑[34,14].在地下滲濾層中,NH4+-N的去除速率與A基因的豐度呈正相關(guān)(<0.05),TN的去除速率與S基因豐度呈顯著正相關(guān)(<0.05),表明了系統(tǒng)下層主要通過(guò)生物硝化反硝化作用脫氮,與水質(zhì)分析結(jié)果相符.

表2 不同層次脫氮速率與功能基因的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

注:**極顯著性相關(guān)(<0.01,雙側(cè)檢驗(yàn));*顯著性相關(guān)(<0.05,雙側(cè)檢驗(yàn)).

圖3 不同分流比下兩段式土壤滲濾系統(tǒng)各層脫氮功能基因絕對(duì)豐度

3 結(jié)論

3.1 兩段式土壤滲濾系統(tǒng)在水力負(fù)荷0.3m/d下運(yùn)行狀況良好,未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象.分流比為1:2時(shí),系統(tǒng)達(dá)到最佳的脫氮效果,COD、TP、NH4+-N及TN的去除率分別達(dá)到91.16%、96.91%、72.11%及72.27%.

3.2 上層多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)的“磚砌”結(jié)構(gòu)提供了良好的好氧環(huán)境,去除易堵塞污染物和保證硝化作用的進(jìn)行,受分流比影響較小.下層地下滲濾系統(tǒng)對(duì)中間出水進(jìn)一步凈化,分流污水顯著強(qiáng)化脫氮,受分流比影響大.

3.3 上層多級(jí)土壤滲濾反應(yīng)器中滲濾層及土壤磚塊層中的硝化、厭氧氨氧化作用及地下滲濾層中的硝化、反硝化作用的耦合是兩段式土壤滲濾系統(tǒng)主要的脫氮機(jī)理.

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致謝：云南大理海東鎮(zhèn)污水處理廠對(duì)本研究中的資料的收集與裝置的搭建給予了大力的支持和幫助,在此表示感謝.

Nitrogen removal performances and mechanisms in a two-stage soil infiltration system by shunt distributing wastewater.

LI Dan1, WANG Xin-ze1*, SHEN Jian1, FENG Ji-meng2, TONG Xin-nan1, LIU De-cai3, YANG Ming3, ZI Jian-ting3

(1.School of Environmental Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China；2.School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China；3.Yunnan Dali Research Institute of Shanghai Jiao Tong University, Dali 671000, China)., 2019,39(2)：666~673

In order to solve the problem of large footprints of traditional soil infiltration systems, a two-stage soil infiltration system consisting of a multi-soil-layering (MSL) system and a subsurface wastewater infiltration (SWI) system was developed. The influences of different shunt ratios on nitrogen removal performances were investigated under a high hydraulic loading rate (HLR) of 0.3m/d. And the abundances of nitrogen functional genes in different layers were also analysed by real-time quantitative PCR for further disclosing the nitrogen removal mechanisms. The results showed that the shunt distributing wastewater certainly improved the nitrogen removal under high HLRs. The optimal removal efficiencies of 91.16% for COD, 96.91% for TP, 72.11% for NH4+-N and 72.27% for TN were obtained in the system with shunt ratio of 1:2. Furthermore, the study on nitrogen functional genes indicated that nitrification and anammox in the MSL system coupled with nitrification and denitrification in the SWI system were the main nitrogen removal pathway in the two-stage soil infiltration system.

two-stage soil infiltration system；multi-soil-layering system；subsurface wastewater infiltration system；shunt distributing wastewater；nitrogen removal

X703.5

A

1000-6923(2019)02-0666-08

李 丹(1994-),女,河南漯河人,上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生,主要從事水體污染治理與控制研究.發(fā)表論文2篇.

2018-07-11

國(guó)家重大科技專項(xiàng)(2014ZX07303003,2012ZX07105003)

* 責(zé)任作者, 研究員, xinzewang@sjtu.edu.cn