农村灰水污染特性及吸附-生物处理系统对其净化效能研究

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近年来,随着厕所革命的提出,对乡村厕所系统节水与回用关键技术研究也愈发火热。农村灰水的特点之一是污染程度低,有望通过简易、高效、低能耗的技术,使出水满足冲厕等标准,实现灰水回用目的。吸附-生物处理技术是基于生态墙设想的一项技术,可以通过基质、微生物的共同作用对灰水进行净化,同时具有占地面积小、低能耗、低维护的特点。然而,由于需要设立垂直墙面,生态墙对基质的性质有着一定要求,目前还没有明确的研究表明在灰水处理生态墙中合适的有效轻质基质;同时,对于灰水中含有的特征污染物阴离子表面活性剂(LAS),目前很少有研究其对生物处理系统的影响。基于此,本文以重庆市潼南区小岭村为典型集约化乡村代表,分析灰水水质特性和水量平衡,明确灰水回用冲厕的可行性;同时,设置了一套吸附-生物处理技术,以沸石、砾石、珍珠岩、牡蛎壳、椰壳活性炭、泥炭为填充介质,研究其在自然运行条件下对灰水的净化效果,并筛选出合适的填料,进一步优化实验条件,研究LAS的存在和运行条件对灰水处理系统净化效能的影响;最后,借助高通量测序技术,研究加入LAS前后填料上微生物群落的变化。得出主要结论如下:(1)通过对典型代表农村灰水的水质进行监测,明确了灰水中的主要水质指标范围,分别是:p H 6-7.5,CODCr39-251mg/L,LAS 5.7-44mg/L,TN 3.4-23.2 mg/L,NH3-N 2.8-16.8 mg/L,TP 0.3-3.8 mg/L,污染程度较轻,有望通过简单处理满足回用标准;同时,根据对水量进行平衡分析得出,灰水的产生量与回用量基本可以达到平衡。(2)长期自然运行条件下,灰水吸附-生物处理系统对COD和LAS具有良好的净化性能,对总氮和氨氮的去除效果稍弱,对磷的去除欠佳。对比六种填料,发现牡蛎壳填料的综合处理效果最好。此外,在自然运行条件下,系统的挂膜所需时间较长,且挂膜效果不理想。(3)改用快速挂膜法以及增加进水溶解氧浓度后,系统的净化效能得到显著提升。通过对系统的运行方式、水力停留时间、C/N等运行条件进行优化,发现当采用间歇运行、水力停留时间为10-15h、C/N为8-12时,系统的综合处理效能最佳。(4)LAS对系统去除COD、NH3-N的效能具有略微影响,而对系统去除TN的效能影响显著。此外,对填料上微生物群落组成变化进行分析,发现在加入LAS后,微生物群落的丰富度和多样性均发生下降,而填料性质同样也决定LAS对微生物群落的影响程度。LAS的加入会提高变形杆菌的相对丰度,提高系统有机物降解能力,但也会抑制绿弯菌等细菌生长,这可能会导致生物膜结构不稳定,不利于系统长期运行的稳定性。(5)对加入LAS前后的填料微生物进行FAPROTAX生态功能预测,发现当加入LAS后,反硝化相关功能菌的相对丰度增加,而出水TN浓度并未降低,因此推测这一类反硝化功能菌能够利用LAS作为营养物质,且优先级高于硝酸盐。
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