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我国猪场养殖废水的排放量近年来日益增长,然而平均处理率不足20％,该类型废水具有排放量大,有机物,氮磷及悬浮物含量高的特点,大量未处理的养殖废水直接排放到环境中会造成地表和地下水、土壤、大气污染以及病原菌的传播等。人工湿地技术(CWs)具有低成本,高效率,易管理的优点,对于市场风险大,利润低的猪场养殖业具有较大的利用潜力。但是传统人工湿地多用来处理低污染负荷的生活污水和富营养化水体,而当单一人工湿地处理用于处理高浓度的猪场养殖废水时则通常难以达到污水排放和回用标准。因此本研究考虑到不同生态处理技术的特点和应用范围,构建了人工湿地多级生态组合工艺和新型循环式垂直流人工湿地来处理猪场养殖废水,为实际工程应用提供设计依据。研究中考察了它在不同水力负荷和回流比条件下对猪场养殖废水的处理效果,确定了系统的最佳运行条件。实验还采用PCR-DGGE技术,研究了不同填料组成的循环式垂直流人工湿地在不同水力负荷条件下的微生物群落结构以及反硝化群落结构的差异及变化。
研究结果表明,在水力负荷为1cm/d,湿干比为1:2的运行条件下,人工湿地生态组合工艺对模拟猪场养殖废水和实际废水都具有较好的处理效果。在进水浓度COD709.2.mg/L,TN597.1mg/L,NH4+-N560.4 mg/L,TP42 mg/L时,该生态组合工艺对其去除率可分别达到87%,93%,97%和95%,出水浓度均低于国家畜禽养殖污水排放标准(GB18596-2001)。提高水力负荷为2cm/d,系统污染物去除率明显下降。不同单元生态工艺对系统不同污染物去除率的贡献不同。结果还显示在同样水力负荷条件下垂直潜流人工湿地(VSSF)的污染去除效率高于水平潜流人工湿地(HSSF)。
新型循环式垂直潜流人工湿地分别采用了沸石-膨胀蛭石(以下简称沸石湿地)和火山岩-膨胀蛭石人工湿地(以下简称火山岩湿地)为填料。本研究考察了沸石和火山岩循环式垂直流人工湿地在水力负荷为2cm/d和4cm/d时的运行效果。综合对各种污染物的去除效果后,结果表明水力负荷为2cm/d和4cm/d的最佳回流比都为5。
硝化反硝化强度的测定结果也表明水力负荷为4cm/d时,沸石和火山岩湿地的硝化反硝化强度高于水力负荷为2cm/d,TN面积负荷去除量也更高。为了提高循环式垂直流人工湿地的TN去除率,研究了添加不同比例猪场原水调节进水C/N比后用序批式实验考察沸石和火山岩湿地的污染物去除率,结果发现,提高进水C/N比至3左右,沸石湿地的TN去除率可达80%,火山岩湿地可达到70%。
实验利用PCR-DGGE技术来研究新型垂直流人工湿地不同条件下微生物群落和反硝化菌群结构变化。实验中分析了在水力负荷为2cm/d和4cm/d,回流比为5运行条件下的样品。细菌16SrRNA的DGGE分析表明,沸石和火山岩湿地的微生物群落结构多样性在水力负荷4cm/d高于2cm/d,沸石湿地高于火山岩湿地,这证明了水力负荷是造成微生物群落结构变化的主要因素。人工湿地的nirS和nirK基因的DGGE分析图谱显示nirS基因多样性均大于nirK基因,同时水力负荷为4cm/d时沸石和火山岩湿地的两种基因多样性均大于2cm/d。