多级渠塘—湿地复合生态处理系统削减坡地排水中氮磷负荷研究

发布时间：2020-04-27 10:52

【摘要】：由土壤侵蚀引起的农业非点源污染对湖库水源地的保护产生严重威胁,其中的坡面汇水区是水源地安全保障的关键区域。由于沟、塘、湿地等独立的生态处理技术对氮、磷的去除没有绝对优势,因此,本研究依托于国家水体污染控制与治理科技重大专项——“南水北调工程湖北汉库汇水流域水质安全----坡地排水中氮磷负荷削减的多级沟渠塘堰湿地组合技术研究”课题,以削减坡地农田氮磷排放,保障丹江口水库水质安全为目标,通过构建裸坡地上的暴雨径流冲刷效应试验、模拟坡地沟渠排水试验等方法,研发多级沟渠塘堰湿地组合对坡地排水中污染物的净化技术体系。主要结论如下：(1)在裸坡地上进行的暴雨初始径流冲刷效应试验,揭示了研究区域在最不利条件下降雨径流的最大冲刷效应。结果显示,坡耕地在暴雨条件下存在明显的初始冲刷效应；颗粒态氮、磷的流失量大于溶解态氮、磷；氮、磷等养分在流失泥沙中具有明显的富集现象。(2)根据暴雨初始径流冲刷效应试验确定的径流系数,并与集水时间、面积相结合,确定了初期径流量及渠、塘的合理容量。(3)模拟坡地沟渠排水试验结果显示：流动状态下,沟渠结构、沟渠中的植被、流量大小等因素对污染物的拦截与去除效果影响明显；在沟渠淹水条件下,随着停留时间的延长,氮磷的去除率增加；在退水条件下,土壤不同剖面中,氨氮、硝态氮与磷素等表现出不同的变化规律。(4)塘拦截净化试验的原水来自试验条件下沟渠最大流量时流动状态的排水,结果显示：缓冲塘对总氮及总磷的去除率均超过60%,氨氮的去除效率到达88%以上；不同植被塘对氮、磷的去除特性不同,因此,生态塘中合理配置不同植被,可充分发挥各种植被的功能,实现氮磷的有效利用与最大化削减。(5)本文发明的风能叠加负压通气复氧—可置换磷吸附基质的人工湿地污水处理系统,经2年的试验验证,在不同进水浓度,不同植被类型条件下,利用该设计的人工湿地均能强化系统的复氧及提高脱氮除磷效率。(6)将前期研究成果应用于“坡地排水中氮磷负荷削减的多级沟渠塘堰湿地组合技术”示范工程中,根据生态处理系统对次降雨量157mm的坡地径流处理运行结果发现,氮磷等各指标出水均能满足《地表水环境质量标准》GB3838-2002中的Ⅲ类水质标准。工程技术推广运行后将会产生良好的社会经济及环境效益。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X52

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