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十五里河氮磷形态及生态修复模拟研究

作　者: 周楠楠
导　师: 汪家权
学　校: 合肥工业大学
专　业: 环境工程
关键词: 入湖河流生态修复内源释放植物浮床
分类号: X52
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

富营养化水体的修复原理和技术研究是国内外环境学和生态学研究的热点。在富营养化水体修复的各种手段中,植物浮床修复是一种低耗能、效用明显的新技术,利用水生植物对水体中营养元素的吸收来净化富营养化水体的方式已经引起国内外学术界的高度重视。本文在富营养化水体中进行浮床植物的筛选及所选植物对水体净化效果研究。首先研究测定了典型入巢湖河流十五里河水体及沉积物中氮、磷赋存形态,根据水体富营养化特征,选取部分水生植物,研究其在自然条件下对水体氮、磷等无机营养元素的吸收转化机理。考虑植物生长条件,选择出能适应河流水质现状并且具有高营养盐去除率的植物物种作为构造浮床的先锋物种。考虑到水体的富营养化过程,除了外源营养盐输入的影响外,沉积物的内源释放也是一个重要原因,中期通过在不同环境条件下(温度、溶解氧、pH、有机物含量等)监测沉积物氮素向上覆水体的释放形态及释放量,研究了河流沉积物中氮素内源释放机理和规律,得出了沉积物氮素内源释放的最佳抑制条件。后期进行了空心菜浮床、美人蕉浮床的工程应用研究,在户外模拟十五里河河水的池体中,研究了植物种类、植株生物量、植株密度等对水体的净化程度。结论如下:⑴试验所选植物都能较快速地适应富营养化水体,对水体中的氮、磷营养盐均具有一定的去除效果,其中空心菜、美人蕉和水花生具有强净化能力,去除氮磷效果更为明显。同时考虑美人蕉具有一定的美化景观功能;空心菜作为蔬菜品种具有一定的经济价值;水花生在自然环境中普遍存在、容易获取,可以加工成动物饲料等,这些植物都能成为生态修复中构建人工浮床的备选物种。水芹菜性喜凉爽,对高温非常敏感,夏季时容易枯萎,在秋季生长旺盛对营养元素的吸收效果较好,而空心菜夏季生长非常快且可抗高温,但秋冬季生长减缓,因此可以在夏秋季节交叉使用空心菜和水芹菜构建人工浮床。综合考虑植株成活率、生物量增长量、氮磷吸收效果等因素,以空心菜、水花生为主,交叉使用美人蕉、水芹等植物是构建十五里河生物浮床较合理的群落结构。⑵沉积物中氨氮随时间的释放函数符合对数方程。溶解氧是控制沉积物氮素释放的重要因素。好氧条件下,沉积物中氨氮的释放受到抑制。沉积物中磷的释放以铁磷释放为主。当上覆水中可溶性磷浓度在0.01～0.5mg/L时,以沉积物中的磷向上覆水中释放为主;当上覆水中磷浓度大于2mg/L时,以上覆水中的磷被沉积物吸附为主,同时上覆水中的高浓度磷抑制碱性磷酸酶的活性。pH在弱酸至中性范围内底泥释放量较小,酸性和碱性条件都有利于磷的释放、温度升高、厌氧状态均可增加底泥磷释放,故保持河道水体中较高的溶解氧,维持pH在中性范围内波动等可有效抑制沉积物中氨氮和磷素的释放。⑶由于水生植物大量吸收利用水中的氮、磷等营养物质,并改变了水体的环境因子,抑制了沉积物中氮、磷的释放,同时使水体沉积物中的磷更易于固定,即减缓了沉积物中磷的释放,从而降低了河流水体中总磷的含量。⑷浮床试验中,植物根区放氧及活性增强,水体溶解氧变大,可能导致硝化反硝化作用增强,对磷的摄取量增大,同时也促使微生物对污染水体COD的降解。水生植物在其生长期内能够有效地控制水体中的氮磷等营养盐。与试验前相比较,无机氮、氨氮、总磷指标均有较大程度的下降,水体透明度有所提高,而且水体中其他水质指标波动平稳。在适宜生长条件下,水生植物的生物量在几周内成倍数增长,经济价值可观。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
致谢  10-16
第一章绪论  16-27
  1.1 巢湖水体富营养化现状  16-17
  1.2 十五里河  17
  1.3 课题研究意义  17-18
  1.4 关于富营养化  18-20
    1.4.1 水体富营养化成因及危害  18-19
    1.4.2 富营养化水体处理对策  19-20
  1.5 人工浮床  20-23
    1.5.1 人工浮床的概念及组成  20
    1.5.2 生态浮床的净化作用原理  20-22
    1.5.3 生态浮床的优点  22
    1.5.4 人工浮床在国内外的发展与应用  22-23
  1.6 主要研究内容  23-27
    1.6.1 自然河流水体中磷素形态  23-24
    1.6.2 自然河流水体中氮素形态  24
    1.6.3 自然河流沉积物中氮、磷素形态  24-25
    1.6.4 课题研究内容  25-27
第二章试验材料与方法  27-33
  2.1 试验材料  27-28
    2.1.1 植物材料  27
    2.1.2 培养液  27-28
    2.1.3 沉积物材料  28
  2.2 试验仪器  28-29
  2.3 监测指标及测定方法  29-31
    2.3.1 水质样品的测试指标及分析方法  29-30
    2.3.2 植物监测指标及测定方法  30
    2.3.3 沉积物样品的测试指标及分析方法  30-31
  2.4 数据分析方法  31-33
第三章不同水生植物对富营养化水体中氮磷的去除效果研究  33-41
  3.1 引言  33
  3.2 试验内容及方法  33-35
    3.2.1 试验材料  33
    3.2.2 试验过程及方法  33-34
    3.2.3 试验相关计算公式说明  34-35
  3.3 结果与讨论  35-39
    3.3.1 试验前后各植物生长情况对比  35-36
    3.3.2 各水生植物对水中营养盐的作用  36-38
    3.3.3 各水生植物对水中其他水质指标的影响  38-39
  3.4 小结  39-41
第四章十五里河内源氮释放的实验室模拟  41-52
  4.1 引言  41
  4.2 十五里河沉积物中氮、磷的形态研究  41-43
  4.3 数据处理  43
  4.4 沉积物氨氮释放平衡时间的确定  43-44
  4.5 环境因子对内源氮释放的影响  44-50
    4.5.1 溶解氧对内源氮释放的影响  44-47
    4.5.2 pH 值对内源氮释放的影响  47-48
    4.5.3 温度对内源氮释放的影响  48-49
    4.5.4 上覆水COD 浓度对内源氮释放的影响  49-50
  4.6 小结  50-52
第五章试验浮床的构建及其对营养元素的处理效果  52-59
  5.1 引言  52
  5.2 试验内容与方法  52-54
    5.2.1 试验装置与流程  52
    5.2.2 试验水质  52-53
    5.2.3 试验浮床的构建  53
    5.2.4 试验材料  53
    5.2.5 试验时间  53-54
    5.2.6 本章试验相关计算公式说明  54
  5.3 结果与讨论  54-57
    5.3.1 两种浮床试验前后植株生长情况对比  54-55
    5.3.2 两种浮床对水体氨氮的净化效果对比  55-56
    5.3.3 两种浮床对水体无机氮的净化效果对比  56
    5.3.4 两种浮床对水体总磷的净化效果对比  56-57
    5.3.5 两种浮床对水体其他水质指标的影响对比  57
  5.4 小结  57-59
第六章结论与展望  59-61
  6.1 结论  59-60
  6.2 展望  60-61
参考文献  61-66
附录一所选水生植物的主要特性及用途  66-68

十五里河氮磷形态及生态修复模拟研究

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