多级生态库塘—湿地对低污染水体中氮磷去除效果研究

发布时间：2020-05-09 19:53

【摘要】：随着大理市人口的增加及当地社会经济的快速发展,洱海正处于由轻度营养化向中度营养化转变的过渡阶段。目前流域内高浓度污水的排放已得到了普遍控制,但入湖沟渠中低污染水体的排放,已成为湖泊保护的新难点。为减轻入湖沟渠中低污染水对洱海水质的影响,大理市根据当地地势特征及沟渠中低污染水的水质特点,采用“调蓄塘+表流湿地+生态植物塘”的模式,在洱海周边新建100多个多级生态库塘-湿地系统,用以处理入湖沟渠中的低污染水体,减少入湖污染负荷量。本研究针对大理市洱海入湖沟渠低污染水的处理,在洱海西区5个乡镇共选取8个多级生态库塘-湿地系统为研究对象,通过定期采样监测各系统及其各个子单元的进出水水质,研究分析多级生态库塘-湿地系统的进出水水质特点及其运行效果;针对多级库塘-湿地系统的结构特征,选取一个典型系统,根据系统中各子系统进出水水质变化,建立氮磷营养盐的沿程削减模型;将该模型应用于其他7个库塘-湿地系统中,通过配对样本t测验,对拟合值和实测值进行检验,以验证模型是否具有普遍适用性。以期为多级生态库塘-湿地系统的运行维护管理及后期的优化设计提供数据支撑。主要取得以下结论:(1)海西区域多级生态库塘-湿地系统进水ρ(TN)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(NO_3~--N)、ρ(TP)及ρ(PO_4~(3-)-P)分别为0.85~37.97、0.13~24.69、0.22~15.05、0.09~12.94、0.004~5.504 mg/L,远高于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)V类水质标准[ρ(TN)=2 mg/L、ρ(NH_4~+-N)=2 mg/L、ρ(TP)=0.2 mg/L]。出水ρ(TN)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(NO_3~--N)、ρ(TP)及ρ(PO_4~(3-)-P)依次为0.18~11.58、0.08~7.58、0.06~10.89、0.003~2.806、0.001~1.309 mg/L。各库塘-湿地系统对低污染水中η(TN)、η(NH_4~+-N)、η(NO_3~--N)、η(TP)及η(PO_4~(3-)-P)范围分别为在13.85%~80.75%、22.62%~86.43%、0.4%~99.27%、37.51%~91.30%、0.60%~99.27%。相较于进水水体中污染物浓度,水体中氮磷营养盐得到了有效的净化效果。多级库塘-湿地系统对氮磷污染物的去除效果因雨、旱季有所差异,旱季系统对污染物的去除效果优于雨季,旱季间歇性断流有利于系统中氮磷污染物的去除。(2)以喜洲镇美坝村“调蓄塘+表流湿地+沉水植物塘”结构的5级串联表面流库塘-湿地系统为研究对象,发现该系统出水ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为1.77、0.05 mg/L,出水水质已基本优于GB3838-2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类标准,且η(TN)、η(TP)的平均去除率分别为57.75%、67.43%。低污染水在经过库塘-湿地系统中调蓄塘、一级表流及二级表流湿地之后,η(TN)、η(TP)的平均去除率依次为45.35%、50.59%,且二级表流湿地中出水ρ(TN)、ρ(TP)分别为2.36、0.06 mg/L,已达到较好的出水水质。氮、磷污染物浓度沿程削减的模型拟合结果表明,指数削减模型较适宜表征ρ(TN)在库塘-湿地中的过程,而线性削减模型是库塘-湿地中ρ(TP)沿程削减的最佳拟合模型,该模型的建立可为后续库塘-湿地系统的优化设计及水质预测提供一定的理论依据。(3)将上述沿程ρ(TN)、ρ(TP)削减的最佳拟合模型用于拟合其他7个多级库塘-湿地系统,通过配对样本的t测验,对拟合值和实测值进行检验。发现多级串联库塘-湿地系统中ρ(TN)沿程浓度削减模型并不具有普遍适用性,对D2、D3串联库塘-湿地系统具有较好的拟合结果,对其他串联系统的拟合效果较差,因为用于模型验证的数据较少,结果存在一定的偶然性可能。而ρ(TP)沿程浓度削减模型的拟合值与实测值基本R~20.5,该模型可应用于预测大理市洱海西区多级串联库塘-湿地系统中子单元的出水ρ(TP)。
【图文】：

营养化,水库,湖泊,湖泊水环境

1 研究背景近年来，随着国民经济及城市化进程的不断发展，大部分湖泊流域的生逐渐加重，大量氮、磷营养盐，有机物，重金属等随着流域径流进入湖导致水体中蓝藻、绿藻等藻类大量生长，加速水体水质营养化程度，致养化，，湖泊功能衰退，严重的甚至还会导致湖泊生态系统失衡[1]。根据国生态环境状况公报》[2]，全国 112 个重要湖泊（水库）中，水质为Ⅰ（水库）仅有 6 个，占比 5.4%，Ⅱ类 27 个，占 24.1%；Ⅲ类最多，有 33.0%；Ⅳ类 22 个，占 19.6%；Ⅴ类 8 个，占 7.1%；劣Ⅴ类 12 个，占染指标主要为总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn)和化学需氧量(COD)。养状态的 109 个湖泊（水库）中，69 个为中度营养化，29 个轻度富营为中度富营养化。虽通过“十一五”、“十二五”国家重大水专项综合治太湖等重度富营养化湖泊的情况有所好转，但未来我国湖泊水环境生态不容乐观[3]。

库塘,去除机理,吸附作用,基质

图 1-2 库塘-湿地系统中氮的去除机理（1）沉降及基质吸附作用库塘-湿地系统中的基质具有拦截过滤的作用，污水中的氮素可以通过自身自由沉降于系统基质中，基质也会直接吸附再通过离子交换固定氮。目前，有关于人工湿地中基质的研究，其种类的选择也由以往单一的砾石、土壤一类扩煤渣、矿渣、岩石等。研究发现，被湿地系统中基质吸收后的氨氮最终也会通它途径转换掉，因此，基质对水体中氮的吸附作用不是长期有效的。但有学者，土壤如有机土、黏土等有着较强的离子交换能力，能有效地通过吸附作用去水中的氮，甚至可以提高硝化作用[56-58]。Brix 发现，土壤作为基质时，氨氮主除途径为基质的吸附作用，加之土壤具有较强的离子交换能力，增加了离子在中的滞留时间，从而保障了氨氮的去除效果。Brix 还发现，土壤作为基质时还物生长的提供了介质，为微生物的生长提供更大的附着界面[59]。（2）氨的挥发作用库塘-湿地系统中氨的挥发主要通过系统水面及水生植物叶片的氨挥发两个。当系统 pH 值大于 8.0 时，水中氨氮会开始挥发出来，但库塘-湿地系统中
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X52

【参考文献】