季节性植物搭配强化人工湿地净化污水效果及其作用机制研究

发布时间：2017-07-21 04:10

  本文关键词：季节性植物搭配强化人工湿地净化污水效果及其作用机制研究

  更多相关文章： 人工湿地 冬季净化效果强化措施 耐寒沉水植物 植物搭配 氨氮耐受性 碱度耐受性

【摘要】：人工湿地污水处理系统具有基础建设投资低、运行管理简单且具有生态景观效应等诸多优点,在流域污染综合整治中发挥着显著的技术优势和宽广的应用前景。然而,人工湿地的水质净化效果受温度影响较大,在冬季低温条件下,其净化效果大幅度降低,甚至因为大部分挺水植物的枯萎和腐烂导致污染物浓度增加,这成为限制人工湿地应用推广一大难题。本论文基于植物在人工湿地中的重要作用,研究寒热适应性不同的湿地植物,提出通过科学配置季节性植物,将耐寒沉水植物(菹草)和喜温挺水植物(芦苇)在湿地中进行搭配这一水质净化强化措施。考察了菹草的冬季去污能力,并分别研究了菹草和芦苇对污水环境的胁迫耐受性能,探讨了季节性植物搭配的可行性；进而以连续流方式运行一年,详细研究了在四季轮回过程中,季节性植物搭配湿地中植物恢复演替、交替发挥优势净化作用对水质变化的影响,并深入探讨了其微观变化机理,为人工湿地常年稳定运行提供理论依据。取得的主要研究结论如下：(1)在冬季低温条件下,菹草由于耐寒特性,生长良好,菹草湿地系统DO较空白组DO提高52.13%,菹草湿地对COD、NH4+-N、TN、TP的去除效率分别为86.59%、87.32%、46.86%、76.27%,明显高于无植物湿地以及芦苇、苦草湿地系统。菹草湿地使得COD、NH4+-N、TP在周期(9天)内能较快的降至地表三类水标准范围内。这为菹草应用于人工湿地冬季净化污水提供了直接有力的证据。(2)菹草对氨氮的耐受阈值为4mg/L。较高浓度的氨氮(≥4 mg/L)导致菹草活性氧代谢失衡,膜质过氧化水平不断加强,但是仅在一定程度上影响膜通透性和光合作用,表观上没有改变,植物继续生长。本论文的季节性植物搭配人工湿地进水为4-5mg/L,为模拟污水处理厂一级A出水,在菹草的适应范围内,具有可行性。根据菹草植物特性,如若进水氨氮浓度过高,也将根据实际情况采取措施,避免损伤菹草。(3)沉水植物强烈光合作用能够提升水体碱度,对芦苇造成胁迫。随着水体pH值从7.5升至10.5,芦苇生长速度下降,同化吸收作用受限,导致TN的去除效率的降低。系统环境在pH值不大于8.5时,对污染物有较好的去除效果。因此,在工程应用中,芦苇湿地的进水pH要控制在合理范围内。菹草与芦苇搭配种植的方案具有可行性,仅当夏季光合作用特别强烈时,应做好pH预警,水体碱度过大时,要采取适当措施予以调整。(4)动态流植物搭配人工湿地运行效果表明,菹草和芦苇交替发挥生长优势作用,夏季,实验组一级湿地即菹草湿地贡献率明显下降,低于对照组一级湿地的贡献率。冬季,菹草湿地发挥优势,污染物去除贡献率达到全年最高水平,对照组贡献率全年最低。这与植物的生长发育历期相一致,也与湿地基质中微生物数量变化相一致。另外,在冬季,实验组两级湿地对COD、NH4+-N和TP的总去除效果较好,去除率分别为42.08%、70.14%和67.95%,与对照组相比有明显提高,菹草湿地在冬季的季节优势突出,能够弥补芦苇湿地冬季净化效果差的缺点。纵观一年四季两组湿地出水中污染物浓度水平,可以发现,实验组实现了对氨氮的长期稳定去除,全年平均氨氮去除率为70.15%,高于对照组的61.40%,两种植物搭配为污染物的稳定去除提供保证,能够实现一年四季对污水的净化。(5)试验结果表明,菹草湿地即实验组一级湿地中全菌数量在冬季达到最大值,对照组一级湿地全菌数量夏季最高,与湿地污染物去除效果相一致,说明随季节变化,植物生长状态改变影响了微生物的活动,菹草在冬季通过氧传质作用以及根系分泌物等作用,提高了微生物的数量,进而影响污染物去除。菹草的富氧作用显著提高了湿地中氨氧化细菌(AOB)的数量,在春秋冬季实现了氨氮的高效率去除。植物对反硝化细菌的影响不明显,这与一年四季不同湿地组对TN去除率差异不大的现象一致。
【关键词】：人工湿地 冬季净化效果强化措施 耐寒沉水植物 植物搭配 氨氮耐受性 碱度耐受性
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 第一章 引言13-25
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 人工湿地污水处理技术概述14-20
• 1.2.1 人工湿地的概念及分类14-16
• 1.2.2 人工湿地的组成及去污机理16-20
• 1.3 人工湿地污水处理系统存在的问题20-21
• 1.4 季节性植物搭配人工湿地系统的提出21-23
• 1.5 研究目的和研究内容23-25
• 1.5.1 研究目的23
• 1.5.2 研究内容23-24
• 1.5.3 技术路线24-25
• 第二章 菹草人工湿地在冬季的污水净化效果研究25-33
• 2.1 试验装置与方法25-27
• 2.1.1 湿地小试系统的搭建25
• 2.1.2 试验配水方案及检测方法25-27
• 2.2 人工湿地系统的运行效果分析27-32
• 2.2.1 系统物化参数变化27
• 2.2.2 系统对污染物的去除效果27-28
• 2.2.3 典型周期内人工湿地系统DO及污染物变化规律28-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 菹草、芦苇应用于搭配湿地组的可行性分析33-49
• 3.1 不同氨氮浓度对菹草生长状况影响研究33-43
• 3.1.1 试验装置与配水方法33-34
• 3.1.2 测试指标及方法34-37
• 3.1.3 菹草对不同氨氮浓度的生理响应结果37-42
• 3.1.4 小结42-43
• 3.2 沉水植物引起的不同碱度环境对芦苇湿地的影响研究43-49
• 3.2.1 试验装置与方法43-44
• 3.2.2 芦苇湿地系统污染物去除效果及芦苇生长情况44-46
• 3.2.3 典型周期内芦苇湿地系统pH及污染物变化规律46-47
• 3.2.4 小结47-49
• 第四章 季节性植物搭配湿地去污效果的长期研究49-65
• 4.1 植物搭配湿地的构建及运行49-54
• 4.1.1 植物搭配湿地的构建49-50
• 4.1.2 试验测试指标50-54
• 4.2 植物生长情况54-55
• 4.3 一级湿地对污染物去除贡献率55-56
• 4.4 植物搭配湿地一年四季对污染物的去除效果研究56-61
• 4.4.1 搭配湿地的DO变化规律56-57
• 4.4.2 搭配湿地对COD的去除效果57-58
• 4.4.3 搭配湿地对NH_4~+-N的去除效果58-59
• 4.4.4 搭配湿地对TN的去除效果59-60
• 4.4.5 搭配湿地对TP的去除效果60-61
• 4.5 植物搭配湿地一年四季基质中微生物的数量变化研究61-63
• 4.5.1 搭配湿地基质中全菌的数量变化61
• 4.5.2 搭配湿地基质中氨氧化细菌的数量变化61-62
• 4.5.3 搭配湿地基质中反硝化细菌的数量变化62-63
• 4.6 小结63-65
• 第五章 结论与展望65-69
• 5.1 结论65-67
• 5.2 展望67-69
• 参考文献69-77
• 致谢77-78
• 附录78-96
• 学位论文评阅及答辩情况表96

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本文编号：571344