内部生境调控强化驳岸湿地对径流雨水中磷的去除

发布时间：2017-08-03 04:09

  本文关键词：内部生境调控强化驳岸湿地对径流雨水中磷的去除

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【摘要】：随着城市快速发展,城市不透水面积逐年增加,由此导致的地表径流污染日益严重。径流冲刷作用下将地表积累的大量含磷物质带入城市水体,加剧了水体富营养化。据报道,非点源磷污染已成为导致城市水体富营养化日益严重的主要因素。随着海绵城市建设的推进,分散式绿色生态处理设施大规模应用。但是,常规雨水花园、下沉式绿地、生物滞留带等设施在推广应用中存在“磷溶出”现象。驳岸湿地作为绿色基础设施转输后进入城市水体末端生态控制技术,承担了大量的溶解性磷去除任务。本论文通过引入空气导管强化驳岸湿地对有机磷转化、改良基质强化驳岸湿地对无机磷截留、构建微环境促进植物根系对无机磷的去除等途径,优化驳岸湿地内部结构,以期达到驳岸湿地除磷最大化。针对驳岸湿地内部微生物在缺氧环境中对有机磷转化效果不佳的问题,通过对湿地内部增加穿孔导管的方法,考察了导管强化驳岸湿地对径流雨水中有机磷转化效果,结果发现:微生物存在可显著提高湿地系统对有机磷酸盐转化无机磷酸盐的能力,落空运行模式下驳岸湿地对有机磷去除效果优于淹没运行模式;湿地内部引入穿孔导管后可强化湿地内部大气复氧,改善基质内部通气状况,促进微生物菌群繁殖生长,增加内部基质微生物量;落空运行模式下引入穿孔导管后对总磷的去除率可从5.2%提高至9.11%,且可显著缩短系统对有机磷的无机化时间;相比于传统驳岸湿地,引入穿孔导管的驳岸湿地可减小一定设计深度,便达到较好有机磷转化效果。针对传统湿地惰性基质除磷效果不佳,吸附易饱和的问题,采用金属氧化物负载陶粒的方式改良基质,通过实验室静态与动态试验分析改良介质对溶解性无机磷吸附去除效果。试验结果表明:负载铁锰氧化物陶粒对无机磷吸附效果优于负载铁氧化物陶粒和负载锰氧化物陶粒,其最大吸附量为0.077mg/g;Langmuir方程能较好的描述负载金属氧化物陶粒对溶解性无机磷的等温吸附过程,动力学二级模型可以较好的描述其吸附动力学过程,且该吸附过程受化学吸附机理的控制;驳岸湿地添加改良基质层后,除磷效果大大提升;负载铁锰复合氧化物陶粒改良基质的系统对无机磷的去除率最大,比普通陶粒系统提高近40%,比负载铁氧化物的陶粒系统和负载锰氧化物陶粒的系统分别提高20%和30%。降雨间隔对改良基质湿地系统除磷效果具有一定影响,降雨间隔时间越长湿地内部基质对无机磷的吸附能力越强,其对无机磷的去除主要发生在改良基质层,惰性填料对磷去除作用不大。针对湿地植物根系表面铁锰氧化物生成机制、除磷效果不明确的问题,构建湿地浸润环境,促进湿地植物芦苇根系表面生成铁锰氧化物,通过实验室静态试验分析芦苇根表铁锰氧化物对有机磷、无机磷吸附去除效果。结果表明:芦苇根表铁锰氧化物可有效吸附无机磷与有机磷,其最大吸附量拟合结果分别为4.41mg/g与3.06 mg/g(以芦苇根系质量计);Langmuir方程可较好的描述芦苇根表铁锰氧化物对无机磷与有机磷的等温吸附过程;吸附动力学二级模型能较好的描述芦苇根表铁锰氧化物对无机磷、有机磷的动力学吸附过程,表明该吸附过程受化学吸附机理控制;通过傅立叶变换红外光谱法光谱图结果表明,芦苇根表铁锰氧化物的除磷过程是由于正磷酸盐或有机磷酸盐离子基团发生羟基替代引起。通过导管强化有机磷转化、基质改良强化无机磷吸附、植物根系微环境构建强化根表铁锰氧化物对磷素去除构建优化结构的三级驳岸湿地,考察结构优化驳岸湿地对径流雨水中磷素的去除效果,评价不同重现期对其除磷效果的影响。结果表明:与传统驳岸湿地相比,构造优化驳岸湿地可显著提高对径流雨水的除磷效果。通过场次降雨事件分析发现降雨重现期越小,构造优化驳岸湿地除磷效果越好,重现期为一年一遇时,其除磷效率比传统驳岸湿地可提高30%,其对有机磷去除主要发生在第一级湿地,对无机磷去除主要发生在第二级湿地和第三级湿地。降雨历时对驳岸湿地系统除磷效果影响不大,最高去除率均发生在降雨前15min。
【关键词】：驳岸湿地 磷 径流 基质改良 铁锰氧化物
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 地表径流雨水中磷污染分析12-13
• 1.2.2 驳岸湿地13
• 1.2.3 湿地除磷现状分析13-14
• 1.2.4 湿地除磷机理14-18
• 1.3 课题的提出18
• 1.4 研究内容和技术路线18-20
• 1.4.1 研究内容18-19
• 1.4.2 技术路线19-20
• 第2章 导管强化驳岸湿地内微生物对有机磷的转化20-32
• 2.1 试验材料与方法20-22
• 2.1.1 试验装置20
• 2.1.2 进水水质与水力负荷20-21
• 2.1.3 进水浓度对有机磷去除的影响21
• 2.1.4 基质除磷强度21
• 2.1.5 测定方法21-22
• 2.2 结果与分析22-30
• 2.2.1 运行模式对有机磷去除效果影响22-25
• 2.2.2 湿地内部溶解氧含量对有机磷转化效果影响25-27
• 2.2.3 进水浓度对有机磷转化效果影响27-29
• 2.2.4 湿地内部基质除磷潜力分析29-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第3章 基质改良强化驳岸湿地对无机磷截留32-47
• 3.1 试验材料与方法32-34
• 3.1.1 改良基质的制备32-33
• 3.1.2 负载陶粒对溶解性无机磷吸附33
• 3.1.3 驳岸湿地模拟试验装置33-34
• 3.1.4 进水水质与水量34
• 3.1.5 测定方法34
• 3.2 结果与分析34-45
• 3.2.1 改良基质对无机磷的静态吸附分析34-40
• 3.2.2 基质改良驳岸湿地对径流雨水中无机磷的截留40-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第4章 植物根系微环境构建对驳岸湿地除磷促进作用47-57
• 4.1 试验材料与方法47-49
• 4.1.1 试验装置47-48
• 4.1.2 芦苇根系表面铁锰氧化物培养及剥落48
• 4.1.3 根系表面铁锰氧化物对不同形态磷的吸附48
• 4.1.4 红外光谱表征48-49
• 4.1.5 测定方法49
• 4.2 结果与分析49-55
• 4.2.1 植物根系表面铁锰氧化物表征49-50
• 4.2.2 芦苇根表铁锰氧化物胶膜中铁锰含量50-51
• 4.2.3 根表铁锰氧化物除磷等温吸附分析51-53
• 4.2.4 根表铁锰氧化物除磷动力学吸附分析53-55
• 4.2.5 根表铁锰氧化物与磷反应前后红外光谱谱图分析55
• 4.3 本章小结55-57
• 第5章 结构优化驳岸湿地对径流雨水中磷的去除效果分析57-71
• 5.1 试验材料与方法57-60
• 5.1.1 试验装置57-58
• 5.1.2 进水水质与水量58-60
• 5.1.3 水样的采集60
• 5.1.4 测定方法60
• 5.2 结果与分析60-70
• 5.2.1 不同降雨重现期对驳岸湿地除磷效果的影响60-69
• 5.2.2 驳岸湿地内部结构优化效果图69-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第6章 结论与建议71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 建议72-73
• 参考文献73-80
• 致谢80

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本文编号：612564