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可持续利用生物浮床水质改善技术的开发研究

作　者: 吴黎明
导　师: 丛海兵
学　校: 扬州大学
专　业: 市政工程
关键词: 生物浮床水质改善黄菖蒲西伯利亚鸢尾人工水草
分类号: X52
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

生物浮床技术作为一项传统的富营养化水体水质改善技术,具有无环境风险和二次污染,可以直接从水体中去除污染物、充分利用水面而无需占用土地、适应较宽的水深范围、造价低廉且运行管理相对容易等优点,有着广阔的应用前景。本文引种了两种耐寒的生物浮床植物——黄菖蒲和西伯利亚鸢尾,并用水生美人蕉作为对比,进行水质改善研究。论文主要内容包括:(1)生物浮床的种植方式开发研究;(2)浮床植物的水质改善效果对比研究;(3)浮床植物对水体有机污染物和酸碱性的适应能力;(4)浮床植物的生长特性和种植管理。在生物浮床的种植方式上本研究开发了经久耐用的淹没式组合生态浮床种植装置,淹没式组合生态浮床种植装置由浮体、种植篮、浮床植物、种植篮填料、人工水草和固定装置组成。浮体由浮板和上凸浮块组成,浮板提供的浮力略小于浮板、种植篮、种植篮填充料、人工水草在水中的重量之和,浮板和上凸浮块提供的浮力应大于浮板、种植篮、种植篮填充料、人工水草、上凸浮块在水中的总重量与浮床植物重量的1.5倍之和,保证浮板淹没于水中,消除浮床的白色污染和人工痕迹,形成浮床植物犹如从水中穿出的自然景观。浮板和上凸浮块采用泡沫塑料配置加强筋的复合材料,提高了强度和耐久性,制作简单便宜。种植篮加填料的种植方式使种植可靠,填料上附着生物膜能降解水中氮和有机污染物。利用维纶丝制作人工水草,改变传统中心放射式的排列方式,采用平行式排列方式嵌固维纶丝,这样能提高维纶丝的分散度和均匀性,减少维纶丝的相互缠绕,提高维纶丝悬挂密度,有利于生物膜的生长附着。黄菖蒲全年水质改善时间共8个月(4~11月),西伯利亚鸢尾全年水质改善时间11个月(2~12月),而全国普遍采用的美人蕉全年水质改善时间为5个月(7~11月)。浮床植物和人工水草对TP的平均去除速率为黄菖蒲(86.92mg/(m2.d))>美人蕉(36.60mg(/m2.d))>人工水草(33.91mg/(m2.d))>西伯利亚鸢尾(24.91mg/(m2.d))。全年去除总量为黄菖蒲(21207.64mg/(m2.y))>人工水草(12376.80mg/(m2.y))>西伯利亚鸢尾(8318.93mg/(m2.y))>美人蕉(5599.17mg/(m2.y))。浮床植物和人工水草对TN的平均去除速率为黄菖蒲(763.79mg(/m2.d))>美人蕉(384.04mg(/m2.d))>西伯利亚鸢尾(301.81mg/(m2.d))>人工水草(221.16mg/(m2.d))。全年去除总量为黄菖蒲(186365.78mg/(m2.y))>西伯利亚鸢尾(100805.43mg/(m2.y))>人工水草(80724.82mg/(m2.y))>美人蕉(58758.69mg/(m2.y))。三种浮床植物黄菖蒲、美人蕉、西伯利亚鸢尾水上部分对TP、TN的吸收量分别占黄菖蒲、美人蕉、西伯利亚鸢尾人工浮床系统去除量的44.79%、38.17%、21.28%和31.01%、23.66%、12.89%;水下部分对TP、TN的吸收量分别占黄菖蒲、美人蕉、西伯利亚鸢尾人工浮床系统去除量的6.02%、2.51%、0.26%和3.68%、1.34%、0.19%。因此,浮床系统中植物吸收在富营养化水体中氮磷的去除发挥了重要的作用,植物的氮磷积累量主要集中在植物的水上部分,所以通对植物水上部分的收割,可以去除水中大部分的N、P。黄菖蒲对水体有机污染物和酸碱性具有较强的适应能力,能在CODMn≤40mg/L的水体中生长繁殖,其中在CODMn≤20mg/L的水体中生长繁殖茂盛;能在5≤pH≤9的水体中生长繁殖。浮床植物的综合比较结果表明,黄菖蒲对水体中污染物的去除效果好,水质净化期长,属于半常绿植物,只需一次移栽、每年收割、自然发芽、终生生长,种植管理简单,可持续利用,推荐黄菖蒲作为可持续利用生物浮床水质改善技术的主要植物。西伯利亚鸢尾四季常绿,管理工作量小,景观效果好,推荐西伯利亚鸢尾作为景观水体浮床的点缀植物。美人蕉水质净化期短,去除TP、TN的总量低于黄菖蒲和西伯利亚鸢尾,而且难以越冬,种植管理麻烦,虽然花期较长,但冬季枯萎后易产生视觉污染,不建议推广使用。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-12
1 综述  12-31
  1.1 生物浮床技术及其应用研究概况  12-21
    1.1.1 生物浮床的概念  13
    1.1.2 生物浮床的分类  13-15
    1.1.3 生物浮床的设计原则  15-16
    1.1.4 生物浮床的水质改善及水环境改善功能  16-17
    1.1.5 影响生物浮床水质改善效果的因素  17-18
    1.1.6 生物浮床的应用现状与前景  18-21
  1.2 生物浮床-人工水草组合技术研究现状  21-28
    1.2.1 生物填料改善自然水体水质的研究现状  21-24
    1.2.2 人工水草改善自然水体水质的研究现状  24-27
    1.2.3 生物浮床-人工水草组合技术研究现状  27-28
  1.3 生物浮床技术应用中存在问题与本课题的提出  28-31
    1.3.1 生物浮床技术应用中存在问题  28-29
    1.3.2 本课题拟解决的关键问题  29
    1.3.3 本课题的研究方法  29-31
2 生物浮床的种植方式研究  31-47
  2.1 淹没式组合生态浮床水质改善装置的组成  31-33
  2.2 淹没式组合生态浮床水质改善装置的构造  33-37
    2.2.1 浮体  33-34
    2.2.2 种植篮  34-35
    2.2.3 种植填料  35-36
    2.2.4 人工水草  36-37
  2.3 淹没式组合生态浮床水质改善装置的设计  37-45
    2.3.1 平面形状  37-39
    2.3.2 结构材料及尺寸  39-41
    2.3.3 浮力计算  41-45
  2.4 小结  45-47
3 新型浮床植物引种及其水质改善效果  47-83
  3.1 浮床植物的初选  47-48
  3.2 水质改善效果研究方法  48-51
    3.2.1 实验材料  48
    3.2.2 实验装置  48-49
    3.2.3 实验方法  49-50
    3.2.4 测定方法及主要仪器设备  50-51
  3.3 生物浮床水质改善实验效果  51-78
    3.3.1 生物浮床对溶解性正磷的去除效果  52-56
    3.3.2 生物浮床对总磷的去除效果  56-61
    3.3.3 生物浮床对氨氮的去除效果  61-65
    3.3.4 生物浮床对硝态氮的去除效果  65-67
    3.3.5 生物浮床对总氮的去除效果  67-73
    3.3.6 生物浮床对COD_(Mn) 的去除效果  73-75
    3.3.7 生物浮床对色度的改善效果  75-76
    3.3.8 生物浮床对重金属的去除能力  76-78
  3.4 植物体内N、P 含量的分析  78-80
  3.5 小结  80-83
4 浮床植物对水体有机污染物和酸碱性的适应能力  83-91
  4.1 研究方法  83-84
    4.1.1 实验材料  83
    4.1.2 实验装置  83
    4.1.3 实验方法  83-84
  4.2 结果与讨论  84-91
    4.2.1 植物对水体中有机污染物的耐受能力  84-87
    4.2.2 植物对水体酸碱性的耐受能力  87-91
5 浮床植物的生长特性及种植管理  91-104
  5.1 植物的生长特性  91-102
    5.1.1 黄菖蒲的生长特性  91-95
    5.1.2 西伯利亚鸢尾的生长特性  95-98
    5.1.3 美人蕉的生长特性  98-102
  5.2 植物的种植管理  102
  5.3 浮床植物综合比较  102-104
6 结论  104-107
参考文献  107-112
致谢  112-113
攻读学位期间发表的学术论文目录  113

可持续利用生物浮床水质改善技术的开发研究

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