多级土壤渗滤系统处理低有机污染水的脱氮效果与机理解析

采用"微曝气+缺氧"的两段式多级土壤渗滤系统(multi-soil-layering system,MSL)工艺,建立了在缺氧段模块中添加不同碳源的MSL系统并进行脱氮效率对比.其中,MSL1系统添加了传统碳源木屑,MSL2系统添加了一种基于PHBV(聚羟基丁酸戊酸酯)的共混固相碳源(GC-4).通过10个月的连续运行,深入探讨碳源、水温、表面水力负荷等条件对该工艺脱氮性能的影响.整个运行过程期间不同条件影响下,添加新型固相碳源的MSL2比MSL1表现出更好的强化脱氮性能.在相同表面水力负荷(1.0 m3·m-2·d-1)条件下,水温的降低会直接降低系统的脱氮效率.当水温从平均19℃下降到15℃时,MSL1系统对NH+4-N、TN的平均去除率分别由91%、62%下降为81%、45%,MSL2系统对NH+4-N、TN的平均去除率分别由88%、72%下降为80%、55%,但MSL2系统仍然优于MSL1系统.水力负荷的降低会提高2个系统TN去除率大约20%,证明了低水力负荷利于系统的脱氮效果.在各个运行阶段,MSL系统添加固相碳源均没有出现碳源过度释放现象,表现出较好的COD去除效果.分子生物学研究揭示了两段式MSL系统中微生物、硝化菌、反硝化菌的功能分区及其丰度,在生物量和反硝化基因数量上MSL2均大于MSL1,硝化菌(amo A基因)集中分布在微曝气段,反硝化菌(nir S、nir K)集中分布在土壤模块层,比较好的解释了不同碳源类型条件下MSL系统的脱氮效果的差异性.