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表面流人工湿地处理北方污染河水的长期净化效果及相关机理研究

作　者: 吴海明
导　师: 张建
学　校: 山东大学
专　业: 环境科学
关键词: 人工湿地污染河水湿地植物净化效果物料平衡
分类号: X522
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水资源短缺和水环境污染是中国北方的主要环境问题之一,南水北调工程是改善水环境质量、保障饮水安全的重要措施。表面流人工湿地技术适合于深度净化污染河水,是保障南水北调工程输水水质的有效措施。本研究以工程沿线典型河流——新薛河为研究对象,通过表面流人工湿地小试试验和工程应用,研究了该技术对污染河水的长期水质净化效果、影响因素及去除机理,为表面流人工湿地水质净化技术广泛应用于污染河流的水质净化提供技术支持。表面流人工湿地系统的长期运行效果良好,对COD、氨氮的平均去除率稳定在70%以上；不同月份湿地系统出水COD、氨氮平均浓度分别在10.72-19.34mg/L和0.18-0.90 mg/L之间,基本达到了地表三类水标准。人工湿地系统对TN、TP的平均去除率稳定在30-70%之间。植物、水力停留时间、季节变化和植物收割对人工湿地系统的水质净化效果有一定的影响。植物对系统TN和TP的去除有促进作用,但植物间差异不大；水力停留时间的延长有利提高系统的净化效果。春、夏季人工湿地系统净化效果好于秋、冬季；不同季节人工湿地系统COD、氨氮一级动力学方程的去除速率常数分别为0.07-0.90 d-1和0.03-0.30d-1。不同植物其生物量差异较大,11月份植物生物量达到最大值,在0.5459-1.6841kg/m2之间,其中,鸢尾>水葱>香蒲>芦苇。四种植物的氮最大吸收量在8.46-30.98 g/m2之间；磷最大吸收量在0.46-2.13g/m2之间。不同植物对氮、磷去除的贡献率也有所不同,且差异较大。不同植物对系统中氮、磷去除的贡献率分别为在14.29-51.89%和10.76-34.17%,其中,鸢尾>水葱>香蒲>芦苇。在试验条件下,基质吸附和植物吸收作用是湿地脱氮的主要途径,其次是微生物的硝化反硝化作用。其中,植物吸收约占系统进水氮负荷的8.40-34.33%,基质蓄积约占20.59-34.47%,硝化反硝化释放的N20约占0.6-1.94%,其他形式约占2.0-23.57%。而基质吸附、蓄积作用是湿地系统去除污水中磷的主要途径,通过植物吸收也可去除部分磷。其中,植物吸收约占系统进水磷负荷的4.81-22.33%,基质蓄积约占36.16～41.13%,其他形式约占0.26-4.13%。基于上述研究,在新薛河建立了人工湿地示范工程,工程净化入湖河水效果良好,出水COD和氨氮基本能达到国家地表三类水标准,能满足南水北调东线工程水质保障要求。同时,示范工程的建成和运行产生了显著的生态效益和社会经济效益。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
第一章引言  10-21
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 污染河流水质净化技术概述  11-14
  1.3 人工湿地水质净化技术  14-19
    1.3.1 人工湿地的组成、分类及特点  14-15
    1.3.2 人工湿地的净化机理  15-17
    1.3.3 人工湿地中的湿地水生植物  17-18
    1.3.4 人工湿地水质净化技术的研究进展  18-19
  1.4 研究目的和研究内容  19-21
    1.4.1 课题来源  19-20
    1.4.2 研究目的  20
    1.4.3 研究内容  20
    1.4.4 技术路线  20-21
第二章表面流人工湿地系统对污染河水的净化效果及影响因素研究  21-43
  2.1 试验装置与方法  21-24
    2.1.1 试验装置  21-23
    2.1.2 试验方法  23-24
    2.1.3 水质分析项目和方法  24
    2.1.4 数据分析  24
  2.2 结果与讨论  24-41
    2.2.1 表面流人工湿地系统理化参数变化  24-25
    2.2.2 表面流人工湿地系统的长期净化效果  25-33
    2.2.3 表面流人工湿地系统污染物去除影响因素研究  33-37
    2.2.4 表面流人工湿地系统污染物去除动力学模型  37-40
    2.2.5 表面流人工湿地系统出水浓度与地表Ⅲ类水质标准的比较  40-41
    2.2.6 表面流人工湿地出水浓度达到地表Ⅲ类水质标准的最小时间  41
  2.3 小结  41-43
第三章表面流人工湿地系统植物生长特性及氮磷累积效果  43-52
  3.1 试验装置与方法  43-44
    3.1.1 试验装置  43
    3.1.2 试验方法  43
    3.1.3 分析项目和方法  43-44
    3.1.4 数据分析  44
  3.2 结果与讨论  44-51
    3.2.1 湿地植物的生长特性  44-47
    3.2.2 湿地植物同化吸收氮磷的效果  47-50
    3.2.3 湿地植物对湿地系统氮磷去除的贡献  50-51
    3.2.4 湿地植物的适宜收割策略  51
  3.3 小结  51-52
第四章表面流人工湿地系统中氮磷物料平衡分析  52-60
  4.1 试验材料与方法  52-55
    4.1.1 实验装置  52
    4.1.2 试验方法  52-53
    4.1.3 分析项目和方法  53
    4.1.4 人工湿地氦、磷迁移转化模式  53-55
    4.1.5 数据分析  55
  4.2 结果与讨论  55-59
    4.2.1 表面流人工湿地系统中氮的物料平衡  55-57
    4.2.2 表面流人工湿地系统中磷的物料平衡  57-59
  4.3 小结  59-60
第五章表面流人工湿地系统处理污染河水的应用研究  60-65
  5.1 表面流人工湿地示范工程  60-61
    5.1.1 示范工程概况  60-61
    5.1.2 示范工程工艺设计  61
  5.2 表面流人工湿地示范工程的水质净化效果  61-62
  5.3 表面流人工湿地示范工程的生态修复效果  62-63
  5.4 表面流人工湿地示范工程的经济社会效益  63
  5.5 小结  63-65
第六章结论及建议  65-68
  6.1 结论  65-67
  6.2 建议  67-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
附录  74-75
学位论文评阅及答辩情况表  75

表面流人工湿地处理北方污染河水的长期净化效果及相关机理研究

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