生物脱氮修复垃圾渗滤液高氨氮污染地下水的实验研究

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非正规垃圾填埋场由于缺乏防渗系统,垃圾渗滤液泄漏导致地下水高浓度氨氮(NH4+-N)污染。NH4+-N在地下水中迁移性强,扩散范围广,可能对环境和人体健康造成严重危害。现有物理和化学去除高氨氮技术存在经济成本较高、易产生二次污染等缺点。生物脱氮技术为高氨氮污染地下水提供了绿色环保、经济高效的修复方法。其中异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)菌能在好氧和厌氧环境中良好生长,能同步进行硝化和反硝化作用,是目前研究的热点。研究以某垃圾渗滤液高氨氮污染的地下水为研究对象,筛选了三株土著兼性HN-AD菌,对其脱氮效果及环境影响因素进行分析,并构建了复合菌剂,考察了不同氨氮浓度对复合菌脱氮性能的影响。最后通过砂柱实验模拟复合菌修复垃圾渗滤液高氨氮污染的地下水,初步探究了温度和水力停留时间对脱氮效果的影响。研究为生物脱氮修复高氨氮污染的地下水提供了新功能菌株和数据支撑。取得的主要研究结果如下:(1)通过富集、筛选、初步鉴定等实验分离出9株具有脱氮效果的土著兼性HN-AD菌。经过16S r DNA、电镜扫描、细菌形态和生理生化鉴定,确定其中三株脱氮效果较好的HN-AD菌分别为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)H-6、绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)H-8与弗里德里克斯堡假单胞菌(Pseudomonas frederiksbergensis)H-9。(2)通过单因素实验考察单菌在不同碳源条件下,菌株的生长情况、NH4+-N和TN去除效果,发现三株细菌的最佳脱氮碳源均为丁二酸钠。采用响应曲面法中的Box-Behnken法以C/N、p H值、温度和摇床转速为影响因素设计实验。在最佳条件下,菌株H-6、H-8和H-9的NH4+-N去除率分别为95.14%、95.48%和95.64%,TN去除率分别为87.26%、84.37%和88.3%。在最佳条件下设置不同梯度初始氨氮浓度分别进行实验,发现200 mg/L条件下脱氮效果较好,NH4+-N和TN去除率分别均在87%、77%以上,初始氨氮浓度超过400mg/L时,脱氮效果不太理想,NH4+-N和TN去除率分别均低于50%、42%。进一步说明三种菌株均有较好的耐高氨氮能力,但是过高的氨氮浓度对菌株的生长和脱氮效果有抑制作用。实验过程中通过对中间产物(NO3--N和NO2--N)浓度的测定,验证了三株细菌在进行异养硝化作用时,能同时进行反硝化作用。(3)通过拮抗实验发现三种单菌不存在拮抗反应,将三株单菌进行不同组合方式的等比复合得到的复合菌。对所有复合菌进行不同氨氮浓度条件下的脱氮实验研究,发现同等条件下复合菌D(H-6+H-8+H-9)的脱氮效率最好,特别是初始氨氮浓度分别为400和800 mg/L时,NH4+-N去除率分别为80.12和67.96%,比脱氨氮效果最好的单菌分别提高31.03%和42.56%,TN去除率分别为73.64%和60.71%,比脱总氮效果最好的单菌分别提高了26.73%和48.07%。(4)通过砂柱实验模拟某垃圾渗滤液高氨氮污染的地下水,考察复合菌D在不同温度、水力停留时间(HRT)条件下的脱氮效果研究。研究发现,复合菌D在流速为0.03 m L/min时,NH4+-N去除率为25℃(60%)>35℃(53%)>15℃(33%),TN的去除率为25℃(53%)>35℃(48%)>15℃(42%);在温度15℃时,NH4+-N去除率为72 h(40%)>48 h(29%)>24 h(18%),TN的去除率为72 h(35%)>48 h(22.5%)>24 h(12.5%)。
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