技术完成单位:华南理工大学环境与能源学院
项目负责人:黄少斌教授
电话:020-39380587,邮箱:chshuang@scut.edu.cn
一、项目目标
基于沉水植物光合作用释氧和提升好氧反硝化菌群活性,抑制对硫酸盐还原菌群活性,实现城市污染水体(湖泊和河涌)在植物修复和功能微生物协同调控下的可持续湖泊碳氮硫良性循环与原位修复。
二、项目完成内容
(一)城市不同污染程度湖泊和河涌主要污染物特性与碳氮硫转化机制
(二)基于植物与功能微生物协同驱动调控的城市较高污染程度湖泊和河涌碳氮硫转化机制
选取高密度种植有苦草等沉水植物的水体,且水污染程度较高(COD=10-30 mg/L)的湖泊和河涌等为处理对象,实现水体修复及植物固碳释氧和自然复氧过程。
获得污染水体、生物膜和底泥因植物固碳释氧修复所引起的白天和黑夜溶解氧差异,好氧条件下有机污染物的高效去除和硝化反硝化脱氮与硫转化的作用机制。
(三)基于植物与功能微生物协同驱动的城市较低污染程度湖泊和河涌碳氮硫可持续转化机制
选取高密度种植有沉水植物的水体,且水污染程度较低(COD≤10 mg/L)的湖泊和河涌等,实现这类水体修复及植物固碳释氧和自然复氧。
获得低污染水体、生物膜和底泥因植物固碳释氧修复所引起的白天和黑夜溶解氧差异,获得该类水体、生物膜和底泥同步实现的全天候高效好氧硝化反硝化脱氮、硫酸盐还原抑制和有机物污染物降解的机制。实现对水体和底泥的碳氮硫良性循环与可持续修复。
三、解决的关键技术问题
(一)沉水植物释氧过程引起水环境溶解氧浓度的改变,促进好氧硝化反硝化菌群和硫酸盐还原菌群结构、丰度和活性的改变。
(二)好氧环境条件下,实现底泥中有机污染物高效降解,实现水体的良性生态环境。
(三)拟采取的方案;
拟采取的方案流程(见图1和图2):
图1. 总方案流程图
本项目通过选取城市湖泊进行现场修复,探索白天和黑夜有、无植物修复的水环境水质特点和碳氮硫循环规律等,重点开发水环境中苦草等沉水植物汇碳修复过程因光合作用产生的过饱和溶解氧环境下,形成的特殊对好氧反硝化菌群的促进和对硫酸盐还原菌群的抑制现象,获得不同溶解氧浓度环境下,城市湖泊水体中氮的好氧硝化反硝化转化、硫酸盐还原抑制以及有机污染物降解规律,实现城市污染水体和底泥的主要碳氮硫良性转化和高效低耗可持续水体修复。
(硝化Nitrifiication、反硝化Denitrifiication、好氧反硝化Aerobic Denitrifiication、硫酸盐还原Sulfate reduction)
图2. 不同水质湖泊水体白天和黑夜碳氮硫循环机制示意图
本项目的主要碳氮硫转化与修复机制如图2所示。首先探索有无沉水植物修复环境下,不同污染程度水体不同溶解氧环境下白天和黑夜碳氮硫循环与修复机制,获得硫化氢释放的边界条件、硫酸盐还原、好氧硝化反硝化和有机污染物去除的基本规律;进一步探索沉水植物修复环境下,白天和黑夜低污染程度水体富氧环境下的碳氮硫良性循环机制与可持续净化,实现植物与功能微生物协同驱动调控的可持续湖泊碳氮硫良性循环与水体修复。