耦合自养脱氮的伴生氨氮含铁锰复杂水质地下水净化机理及工艺技术研究

This project aims at three kinds of typical groundwater containing iron and manganese in China. The dynamic redox relationship of Fe2+、Mn2+、Mn4+、NH4+-N will be explored in order to build biological removal technology of iron and manganese coupling autotrophic nitrogen removal treating groundwater containg high concentration of iron，manganese and ammonia. Through the domestication and cultivation of the funcational bacteria at low temperature, the temperature limitation will be relieved to achieve the purifying of ultra low temperature groundwater containging iron, manganese and ammonia. For the sake of treating multi-polluted groundwater, four kinds of organic pollutants will be invesgated to figure out the removal mechanism and interaction. Through the analysis of the microbial niche and the microbial community structure and succession in the filters, the relationship between filter purification efficacy and community structure will be established. With the high efficiency inoculation bacterial fluid and the microbial community structure in biofilter for micro instructions, filter operation parameters for rapid start will be regulated. This research will provide technical support for applicability, efficiency and stability of biological purifying technology treating complex groundwater.

针对我国三种典型的含铁锰地下水的净化开展研究，通过滤层内Fe2+、Mn2+、Mn4+、NH4+-N氧化还原动态关系的探求，建立耦合自养脱氮的除铁除锰生物滤层，实现伴生高氨氮高铁锰地下水的净化；通过对低温土著功能菌的驯化培养，解除温度的抑制，实现超低温伴生氨氮含铁锰地下水的净化；通过对四种典型有机物污染的含铁锰地下水的净化研究，明确各污染物质的去除机制和相互作用关系，实现其协同去除；通过对不同时间、不同工况条件下生物滤池内微生物生态位分析，明确相应的群落结构及其演替规律，以此建立滤池的净化效能与群落结构的关系；尝试分离高效菌种构筑高效接种菌液，以生物滤池中微生物群落结构为微观指示，进行生物滤层的快速启动与构建过程中的滤池运行参数宏观调控，从而为生物除铁除锰工艺在复杂水质地下水净化中的适用性、高效性和稳定性提供技术支持。

为应对含铁、锰地下水中氨氮含量逐步攀升和有机物复合污染的加剧，本研究针对我国三种典型的含铁锰地下水的净化开展研究，通过滤层内Fe2+、Mn2+、Mn4+、NH4+-N氧化还原动态关系的探求，建立耦合自养脱氮的除铁除锰生物滤层，实现伴生高氨氮高铁锰地下水的净化；低温单级生物滤池，低温两级生物滤池，常温与低温耦合自养脱氮功能生物滤池的启动时间分别为72d，133d，56d，98d，其中常温耦合自养脱氮功能生物滤池采用分布接种启动方式启动，结果表明分布接种启动方式可有效缩短启动周期，稳定运行期滤速为 5 m/h，总氮损失量的平均值为0.69 mg/L，锰的去除能力培养是影响整个启动期长短的关键因素；超低温同步净化铁、锰和氨氮生物滤池启动过程中，原水水温为4.1-4.3 oC，启动过程中不同滤速导致进入滤层和出水水温呈现梯度降温现象，启动期共耗时333d，稳定运行期滤速为3 m/h，进出水水温分别为5 oC和6.5 oC，总氮损失量的均值为0.18 mg/L，亚硝酸盐氮去除能力的培养是影响启动期长短及最终工况的关键因素。进水中有机物的存在以及低温都导致耦合自养脱氮生物滤池内总氮损失量降低并延长生物滤池的启动时间；同步净化铁、锰、氨氮和高锰酸盐指数生物滤池经过243d的运行启动成功，稳定运行期内最终滤速为4 m/h，总氮损失量的均值为0.32 mg/L，进水中有机物的存在增大了滤池的运行难度，锰、氨氮和亚硝酸盐氮去除能力的培养及生物滤池的堵塞状况综合影响了最终工况和启动期耗时。生物滤池稳定运行期内，进水中有机物的存在及低温所引起的环境和工况的变化对自养脱氮过程存在明显的影响。采用分子生物学技术手段考察了生物同步净化铁锰氨氮滤层内细菌群落结构，在微生物群落结构组成分析中，不同工况和水质条件下生物滤池内微生物群落结构组成和演替规律存在显著差异。