低有机污染水强化脱氮除磷的多级土壤渗滤系统的特性研究

China is now drawing up national strategy in controlling nutrient pollution of lakes. It is especially imperative to establish technical system of reducing nitrogen and phosphate, where the most urgent problem is the N and P removal in low organic polluted water. The aim of the project is to substantially enhance N and P removal efficiency of tail water meeting the first A effluent standards of sewage treatment plant. The project discusses possible approaches to improve N and P removal efficiency. The improvement measures include introducing solid carbon source, adding denitrifiers and using multimedia phosphate immobilizing material. The research contents are as below: (1) screening study of multimediaphosphate immobilizing material, model solid carbon source and high efficiency denitrifiers; (2) modification of permeable layer in multi soil layering system, optimization of packing in soil mixture layer and relative space structure; (3) process characteristic study of multi soil layering system in enhanced N and P removal; (4) mechanism study and ecological risk assessment of multi soil layering system in treating N and P. The research findings could provide theoretical basis for technology development of N and P removal in low organic polluted water, as well as relative technical regulation. It is also an important technical support in our country's nutrientpollution control strategy.

我国正在制定湖泊营养物污染控制的国家战略，急需建立削减氮、磷等营养物的技术体系，而低有机污染水的高效脱氮除磷问题是亟待解决的技术瓶颈之一。项目以污水处理厂一级A排放标准的尾水为研究对象，以多级土壤渗滤系统为模式水处理工艺，针对其脱氮除磷效率低下的问题，引入固相碳源、投加反硝化菌以及选用多介质高效固磷材料，探讨同步解决脱氮除磷的技术瓶颈，开展该工艺强化脱氮除磷的相关应用基础研究。研究内容包括：（1）高效固磷多介质材料、模式固相碳源、高效反硝化菌的筛选研究；（2）改良型多级土壤渗滤系统渗滤层（PL）、土壤模块层（SML）填料优化及其相对空间结构优化研究；（3）多级土壤渗滤系统强化脱氮除磷的工艺特性研究；（4）多级土壤渗滤系统强化脱氮除磷的机理与生态风险评估。 研究成果为低有机污染水的脱氮除磷技术的研发、相关技术规范的制定提供必要的理论依据，也是我国未来国家湖泊营养盐污染控制战略的重要技术支撑。

我国正在制定湖泊营养物污染控制的国家战略，急需建立削减氮、磷等营养物的技术体系，而低有机污染水的高效脱氮除磷问题是亟待解决的技术瓶颈之一。项目以低有机污染水（污水处理厂尾水、受污染河流水）为研究对象，研发固相碳源、筛选基质材料等，构建多级土壤渗滤系统、人工湿地系统等生态型工程模式水处理单元，探讨引入固相碳源、投加反硝化菌以及选用多介质高效固磷材料等对强化脱氮除磷的净化效果，并运用高通量测序、荧光定量PCR等技术手段对微生物群落和功能基因丰度进行解析，揭示脱氮除磷机理。研究取得了以下结论：.（1）研发了基于可生物降解高分子聚合物、生物质材料等多种共混固相碳源，其形态有颗粒状、杆状、球状、圆柱状等形态，适宜于不同类型的生态型工程的水处理工艺。开发的固相碳源的反硝化速率均在0.10 mg N/(L.h.g碳源)以上；铁屑、红壤等是模块化填料中比较好的固磷材料；优化了MSL系统的模块化组分。.（2）处理低有机污染水的多级土壤渗滤系统工艺参数为0.5-1.0m3/m2.d,对氨氮、TN的去除率分别在90%、85%以上；不存在碳源过度释放现象，且对COD去除率维持在40-60%；对TP的去除率在60-80%。基于固相碳源反硝化脱氮过程，能同步去除污水中布洛芬（Ibuprofen）、三氯生（Triclosan）和壬基酚（Nonylphenol）等典型微量有机污染物，减少潜在的生态风险问题。.（3）分子生物学技术手段揭示了MSL系统中的微生物群落丰度、结构及多样性以及相关脱氮功能基因的分布情况。引入固相碳源有利于提高MSL系统中微生物群落的多样性和稳定性。 MSL系统中的优势反硝化菌属为假单胞菌属(Pseudomonas)、脱氯单胞菌属(Dechloromonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)等，也检测出了食酸菌属(Acidovorax)，使MSL工艺的强化脱氮效果更为明显。.（4）碳源利用平衡实验研究证实，固相反硝化脱氮、其他有机异氧菌对碳源的利用，导致多级土壤渗滤系统工艺长期运行过程存在碳源不足高效脱氮存在可持续性问题。后续研究针对性提出了生态型工程碳源补充方法以及对应强化脱氮的人工湿地系统工艺。.研究成果为低有机污染水的脱氮除磷技术的研发、相关技术规范的制定提供必要的理论依据。