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人工湿地在太湖富营养化入湖河水氮磷去除中的应用及其机理研究

作　者: 周炜
导　师: 黄民生；年跃刚
学　校: 华东师范大学
专　业: 环境工程
关键词: 人工湿地入湖河流脱氮除磷植物基质微生物效果机理
分类号: X52
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着我国社会经济的快速发展，大量未经处理的生活污水、工业废水和面源污染经由河流等最终进入湖泊，造成严重的湖泊富营养化。应用人工湿地就地净化入湖河流中氮、磷等污染物对控制湖泊水体污染、缓解湖泊富营养化具有重要的现实意义。本论文依托“十五”国家863重大科技专项“太湖水污染控制与水体修复技术及工程示范项目”第三子课题《重污染水体底泥环保疏浚与生态重建技术》开展研究，在无锡市五里湖湖滨区构建了12类型的人工湿地池，对植物、基质及根际区微生物在人工湿地净化富营养化入湖河水中的脱氮除磷效果和过程机理进行了试验研究和分析。人工湿地对河水中TN的去除率最高达到81％，但对河水中TP的去除率最高仅为15％。植物（芦苇和香蒲）同化利用的氮和磷量仅占人工湿地对氮和磷去除总量的7.4％～7.9％和5.23％～5.77％。基质（砾石）吸附的氮量仅占人工湿地对氮的去除总量的3.9％。人工湿地的根际区微生物丰富且根际区效应明显，其中根际区的异养细菌总数达到10⁶～10⁸个／克（干土），根际区根上硝酸细菌和亚硝酸细菌总数较基质上的约高出1个数量级。不同的基质材料其根际区微生物数量有一定差异，以炉渣和沸石为基质的湿地池其根际区硝酸细菌和亚硝酸细菌总数是砾石为基质的湿地池的1.5～3.0倍。人工湿地池对氮的去除效果及其变化趋势与根际区的硝酸细菌和亚石肖酸细菌数量及其变化趋势、湿地池的水温和DO及其变化趋势、植物根系的长短及其生物量之间呈良好的正相关性。这说明根际区中微生物是湿地池的脱氮功能主体，但环境条件对根际区的微生物生态的结构和功能有着重要影响。在进水碳源相对不足（BOD₅：TN的平均值仅为1.2：1～1.4：1左右）的条件下，人工湿地池仍然获得了良好的脱氮效果。这说明人工湿地和常规的废水A／O工艺存在着不同的脱氮过程机制。植物残体的腐解产物以及植物根的分泌物可能为湿地池的微生物反硝化补充了部分碳源。此外，植物吸收和基质吸附等脱氮过程不受进水碳／氮的制约，也可能是其中的原因之一。基质更新后，湿地池的TP去除率都有了较大幅度的提高且受季节变化的影响较小，这说明了基质的吸附等是人工湿地除磷的主要作用机制。当基质的磷吸附能力达到饱和之后，整个人工湿地系统去除磷的能力将大大降低，只有通过更新基质和收割植物地上部分才能实现人工湿地的持续除磷。虽然植物和基质的直接脱氮除磷贡献相当有限，但它们共同支撑和营造了一个高效脱氮除磷的根际区，植物和基质对人工湿地脱氮除磷功能的间接影响显著，其根际区微生物量及其群落结构的变化可能是这种间接作用的主要机制，影响程度因环境条件和湿地池运行方式等的不同而异。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-12
第一章绪论  12-32
  1.1 湖泊富营养化问题及其原因  12
  1.2 湖泊富营养化危害及防治对策  12-14
    1.2.1 湖泊富营养化危害  12-13
    1.2.2 湖泊富营养化防治对策  13-14
  1.3 人工湿地概述  14-25
    1.3.1 人工湿地及其应用特点  14-15
    1.3.2 人工湿地的类型及其作用原理  15-19
    1.3.3 影响人工湿地净化功能的主要因素  19-22
    1.3.4 人工湿地的研究现状及进展  22-25
  1.4 本论文的研究背景  25-29
    1.4.1 依托项目概况  25-26
    1.4.2 研究区域的地理位置  26-27
    1.4.3 研究区域的气象气候条件  27
    1.4.4 研究区域的湖泊及河流污染状况  27-29
  1.5 本论文的研究目的和意义  29-30
  1.6 本论文的研究内容和技术路线  30-32
    1.6.1 研究内容  30
    1.6.2 技术路线  30-32
第二章人工湿地设计与试验方法  32-42
  2.1 人工湿地设计  32-35
    2.1.1 概况  32-33
    2.1.2 流态、基质和植物  33-34
    2.1.3 进水、出水系统  34
    2.1.4 溢流管和排空管  34-35
    2.1.5 采样管  35
    2.1.6 进水水质  35
    2.1.7 水力负荷和进水方式  35
  2.2 试验方法  35-42
    2.2.1 采样对象和分析指标  35
    2.2.2 分析方法、仪器设备与药剂  35-42
第三章人工湿地脱氮效果与机理研究  42-65
  3.1 研究目的  42
  3.2 植物生长状况概述  42-43
  3.3 植物的脱氮效果与机理研究  43-45
    3.3.1 植物与人工湿地脱氮的关系  43
    3.3.2 植物氮含量测定和脱氮贡献率评价  43-45
  3.4 基质的脱氮效果与机理研究  45-48
    3.4.1 基质与人工湿地脱氮的关系  45-46
    3.4.2 基质氮含量测定和脱氮贡献率评价  46-48
  3.5 人工湿地中根际区微生物的脱氮效果与机理研究  48-61
    3.5.1 根际区及微生物与人工湿地脱氮的关系  48-51
    3.5.2 根际区异养细菌数量及分布  51-52
    3.5.3 碳源对根际区反硝化细菌数量的影响  52-53
    3.5.4 植物对脱氮效果和根际区硝化菌群数量的影响  53-58
    3.5.5 基质对脱氮效果和根际区硝化菌群数量的影响  58-61
  3.6 本章小结  61-65
第四章人工湿地除磷效果与机理研究  65-69
  4.1 研究目的  65
  4.2 植物的除磷效果与机理研究  65-66
  4.3 基质的除磷效果与机理研究  66-67
  4.4 本章小结  67-69
第五章结论与建议  69-72
  5.1 结论  69-71
  5.2 建议  71-72
参考文献  72-80
致谢  80-81
攻读硕士学位期间发表的学术论文  81

人工湿地在太湖富营养化入湖河水氮磷去除中的应用及其机理研究

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