浅水体浮萍污水净化系统的除氮途径

trea tm en t
system s were
studied
in
summer and w in2
ter. Results show that, in summer, 30. 5% of the TN was removed through ammonia volatilization and 15. 9% and 53. 6%
Abstract: W ith diluted anaerobically p retreated wastewater from a p ig farm and S pirodela oligorrh iza, TN , NH4+ 2N and
NO
x
2N
removal pathways
in
shallow2water duckweed2based wastewater
1 材料与方法
1. 1 试验地点与试验时间 试验于上海市环境科学研究院玻璃大棚内进
行 ,夏 、冬 2 季试验均持续 6 周 。夏季试验于 2004 年 7月至 8月进行 ,试验期间棚内日最高气温平均 为 37. 4 ℃,正午平均 [光 ]照度为 24. 0 ×103 lx。冬 季试验于 2005年 1月至 2月进行 ,试验期间棚内日 最低气 温 平 均 为 2. 2 ℃, 正 午 平 均 [光 ]照 度 为 21. 8 ×103 lx。 1. 2 试验材料
夏季试验期间 , 每周测定 2 次污 水中 的 TN、 NH4+ 2N、NOx- 2N 浓度 ,同时收获 20%表面积的浮萍 生物量 [ 16 ] ,记录收获量鲜质量 。冬季试验期间 ,由 于浮萍生长速率低 ,浮萍系统净化氮的能力相对减 弱 ,故每周测定 1 次污水中的 TN、NH4+ 2N、NOx- 2N 浓度 ,且停止收获浮萍 。夏 、冬 2季试验期间 ,每天 以自来水补充塑料箱中蒸发损失的水分 ,试验结束 后捞出全部浮萍 ,称量鲜质量 、累计浮萍鲜质量增 量 ,并在试验前后分别测定浮萍蛋白质含量 。 1. 4 测定方法
供试浮萍材料为筛选获得的适合长江三角洲地 区氮磷 污 水 净 化 的 本 地 浮 萍 优 化 品 种 少 根 紫 萍 (S pirodela oligorrh iza) ,采自上海市郊田间水沟 。试 验前将浮萍置于供试污水中驯化培养 2 周 ,生物量 大量扩增后挑选健康萍株 ,经自来水漂洗去除污垢 和杂质后使用 。 1. 3 试验方法
生态与农村环境学报 2006, 22 (1) : 42 - 47 Jou rna l of Ecology and R u ra l Environm en t
浅水体浮萍污水净化系统的除氮途径
沈根祥 1 ,徐介乐 2 ,胡双庆 1 ,赵庆节 1 ,刘勇弟 2 (1. 上海市环境科学研究院 ,上海 200233; 2. 华东理工大学 资源与环
将 30 L 供试污水倒入长 36. 5 cm、宽 26 cm、高 35. 5 cm 的塑料箱内 ,箱内水深约为 30 cm。放入
30 g浮萍 (鲜质量 ) ,使其基本覆盖水面 。试验设处 理组 (放养浮萍 )和对照组 (不放养浮萍 ,但表面用 纸板覆盖 ) ,每组各设 3个平行 ,结果取 3个平行试 验结果的平均值 。
Shanghai 200233, China; 2. College of Resources and Environmental Engineering, East China University of Science and
Technology, Shanghai 200237, China)
供试水样为稀释的猪场厌氧污水 ,取自上海市 南汇区某猪场 ,用 75μm 孔径分样筛滤去污水中的 杂质及大颗粒悬浮固体后使用 。污水中的 TN 包 括 :有机氮 、NH4+ 2N、NO2- 2N 和 NO3- 2N[ 15 ] 。经测定 , 夏季试验供试污水的 TN、有机氮 、NH4+ 2N、NO2- 2N、 NO3- 2N 质量浓度分别为 58. 12、0. 90、51. 67、2. 03 和 3. 65 mg·L - 1 , pH 值为 7. 5;冬季试验供试污水 的 TN、有机氮 、NH4+ 2N、NO2- 2N、NO3- 2N 质量浓度分 别为 60. 21、0. 84、56. 06、1. 36和 1. 98 mg·L - 1 , pH 值为 7. 6。
境学院 ,上海 200237)
摘要 : 以稀释的猪场厌氧污水为供试水样 ,少根紫萍为供试生物材料 ,对夏 、冬 2季浅水体浮萍污水净化系统 TN、
NH4+
2N 和
NO
x
2N (NO2-
2N 与
NO3-
2N 之和
)的去除途径进行了试验研究 。结果表明
,在夏季气温条件下 ,
TN 通过
气态氨挥发 、浮萍系统吸收 /吸附 NH4+ 2N 和 NOx- 2N 得以去除 , 3 途径去除的 N 分别占 TN 去除量的 30. 5%、
68. 3% ; NH4+ 2N通过气态氨挥发 、浮萍系统吸收 /吸附和硝化反应得以去除 , 3途径去除的 N 分别占 NH4+ 2N 总去
除量的
28.
9 % 、69.
5%和
1.
6% ;而水体中的
NOx2N含量始终 Nhomakorabea持稳定 。
关键词 : 浮萍 ; 污水净化 ; 浅水体 ; 氮 ; 去除途径
中图分类号 : X703. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1673 - 4831 (2006) 01 - 0042 - 06
随着我国农村经济和城镇化建设的快速发展 , 由农业生产和农村生活产生的氮磷污水污染环境的 现象越来越严重 ,如何经济 、有效和简便地净化处理 农村氮磷污水已成为我国农村生态与环境保护工作 中亟待解决的关键技术问题 [ 1 - 3 ] 。浮萍科植物因其 具有吸收氮磷能力强 、生长速度快 、易收割 、蛋白质 含量高且可作为高蛋白动物饲料等特点 ,已引起了 国外学者的广泛关注 ,并在美国等欧美发达国家被 作为氮磷污水生态化处理及其资源化利用的最佳革 新技术而得到大力推荐 [ 4 - 6 ] 。
近年来 ,我国在该领域也从各方面开展了实验
室规模的基础性研究工作 ,如污水氮磷浓度和 pH 对浮萍生长的影响 ,高效净化氮磷污水的浮萍优化 品种筛选等 [ 7 - 9 ] ,但对浮萍污水净化系统氮磷的去 除途径方面的研究至今尚未见报道 。虽然国外对浮 萍污水净化系统氮磷的去除途径进行了较多报道 , 但除了对磷的去除途径比较清楚 ,研究结论也相对 一致外 ,对氮的去除途径由于气候和采取的工艺不 同 ,因而说法不一 [ 10 - 13 ] 。
浮萍称量方法 :采用滤水网斗将需称量的浮萍 从水中捞起 ,滤去自由水 (无水滴出现 ) ,将待测浮 萍平铺 在 吸 水 纸 垫 上 , 吸 水 5 m in 后 , 用 精 度 为 0. 01 g的电子天平秤重 [ 16 ] 。
浮萍蛋 白 质 含 量 采 用 半 微 量 凯 氏 定 氮 法 测 定 [ 17 ] 。 1. 5 计算方法 1. 5. 1 试验条件下氮的去除途径
基金项目 :国家科技部“863”项目 (2003AA601020) 收稿日期 : 2005- 06- 28
第 1期 沈根祥等 :浅水体浮萍污水净化系统的除氮途径
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大量研究表明 ,若浮萍塘水体过深 ,则需要进行 机械搅拌以增强传质效果 ,因此 ,为了避免动力消耗 并确保水体表面浮萍覆盖层的均匀性 ,浮萍污水净 化一般采用水深 20 ～40 cm 的浅水系统 [ 12 - 14 ] 。有 鉴于此 ,本文以浅水体浮萍污水净化系统为研究对 象 ,利用筛选出的长江三角洲地区耐污能力强 、蛋白 质生产水平高且能耐寒的浮萍优化品种 ,在能代表 全年最高和最低气温条件的夏 、冬 2 季对浮萍生长 以及氮的去除效果进行试验研究 ,探讨浅水体浮萍 污水净化系统各种形态氮的去除途径 ,以期在今后 投入实际工程应用时为浅水体浮萍污水净化系统的 工艺设计和日常操作提供理论指导 ,并对国外相关 研究进行补充和完善 。
采用国家水和废水监测标准分析方法 [ 15 ]测定 水质 。具体为 :采用过硫酸钾氧化 -紫外分光光度法 测定 TN; 采用纳氏试剂光度法测定 NH4+ 2N; 采用 N - (1-萘基 ) -乙二胺光度法测定 NO2- 2N; 采用酚二 磺酸光度法测定 NO3- 2N;有机氮为总凯氏氮 ( TKN ) 与 NH4+ 2N 的差值 ;采用蒸馏光度法测定 TKN。
tion was
the only pathway for
remova
l
of
NO
x
2N. W hile
in w inter, 31.
7%
and 68.
3%
of
the TN was
removed
th rough
am 2
monia volatilization and NH4+ 2N up take / adsorp tion by duckweeds, respectively, 28. 9% , 69. 5% and 1. 6% of the NH4+ 2N
through
ammon ia
volatilization, duckweed
up take / adsorp tion
and
n itrifica tion,
respectively, and
the
con
ten
t
of
NO
x
2N ,
how2
ever, remained unchanged.
Key words: duckweed; wastewater treatment; shallow2water; nitrogen; removal pathway
由于污水中 TN 包含的 NOx- 2N 仅为 NO2- 2N 和 NO3- 2N[ 15 ] ,因此本文以 NO2- 2N 与 NO3- 2N 的浓度之 和来代表水体中 NOx- 2N 浓度 。此外 ,鉴于供试污水 中的有机氮浓度相当低 (小于 1 mg·L - 1 ) ,仅占总 氮浓度的 1%左右 ,可忽略不计 ,故本研究试验过程 中以 TN、NH4+ 2N 和 NOx- 2N (NO2- 2N 与 NO3- 2N 之 和 )为检测指标 。
N itrogen Rem ova l Pa thways in Sha llow2W a ter D uckweed2Ba sed W a stewa ter Trea tm en t System s. SHEN Gen2 x iang1 , XU J ie2le2 , HU S huang2qing1 , ZHAO Q ing2jie1 , L IU Yong2d i2 ( 1. Shanghai Academy of Environmental Sciences,
综合国外相关文献的报道 [ 10 - 13, 18 ] ,污水浮萍塘 处理系统 TN 去除途径包括气态氨挥发 、浮萍系统 (包括附着生长在浮萍植物体下叶面及根部的微生 物膜 )对 NH4+ 2N 和 NOx- 2N 的吸收 /吸附 、反硝化反 应以及含有机氮颗粒物的沉淀 ; NH4+ 2N 去除途径包 括气态氨挥发 、浮萍系 统吸收 /吸附 和硝 化反 应 ; NOx- 2N 去除途径包括浮萍系统吸收 /吸附和反硝化
15. 9%和 53. 6 % ; NH4+ 2N 通过气态氨挥发 、浮萍系统吸收 /吸附和硝化反应得以去除 , 3 途径去除的 N 分别占
NH4+
2N 总去除量的
33.
1 % 、17.
3%和
49.
6
%
;
NO
x
2N 则完全通过浮萍系统吸收
/吸附得以去除 。在冬季气温条件
下 , TN 通过气态氨挥发和浮萍系统吸收 /吸附 NH4+ 2N 得以去除 , 2 途径去除的 N 分别占 TN 去除量的 31. 7%和
of NH4+ 2N
and
NO
x
2N
through duckweed up take / adsorp tion, respectively, and 33.
1% , 17.
3%
and 49.
6%
of NH4+ 2N
through ammonia volatilization, duckweed up take / adsorp tion and nitrification, respectively, and duckweed up take / adsorp2