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《华东师范大学》 2007年
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生物强化净化作用在梦清园芦苇湿地中的应用研究

凌云  
【摘要】: 人工湿地是由人工建立的具有湿地性质的污水处理系统。它利用湿地生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用,来实现污水的净化,有高效率、低投资、低能耗、低运行费用、易维护管理等优点,已在污染水体的生态修复中有所应用。 作为苏州河环境综合整治成果的集中展示,苏州河梦清园水系依据生态学的原理,采用了生态重建技术,充分发挥水生生态系统各种组分的功能来净化水质和优化景观效果。在整个技术应用中,芦苇湿地是整套水系的重要一环。本文依托上海863项目上海城市水环境质量改善技术与综合示范(编号2003AA601020)子课题——景观水体微生物与酶强化净化技术研究,以上海市梦清园芦苇湿地系统为主要研究对象,研究了强化的微生物处理措施对于苏州河水在芦苇湿地中的净化效果,同时结合梦清园的实地运行情况,研究了强化植物作用和底栖动物作用所可能产生的效果。此外,论文对生物净化的机理也进行了一定的研究,为人工湿地在受损生态系统修复中的应用提供技术依据和理论指导。 主要研究结论如下: 1)本文考察了现有的多种商品菌剂对苏州河水C、N、P污染物的去除效果并驯化培养适合苏州河水体的高效菌剂。结果表明现有菌剂对提高有机污染物的去除有一定作用。经过3周左右的进一步驯化培养,得到的复合菌剂在12小时内对苏州河水的COD去除率可高于空白1倍,对氨氮去除率最高可达到88.4%。 2)在芦苇湿地围隔内进行的强化微生物作用试验表明,经过处理,苏州河水的多项指标均有好转,加菌组和空白组氨氮的年平均去除率分别为30%和20%,总氮年平均去除率为24%和20%,总磷为23%和20%。加入菌剂后对氮磷处理效果明显。 3)对于植物的强化作用研究结果表明,芦苇根际的泌氧作用使根际土壤的氧化还原电位(ORP)一直维持在+100mV左右,而非根际的ORRP一直为负值。从4月到7月,根际土壤呼吸强度从0.55CO2mg/g·d增加到0.76 CO2mg/g-d,而非根际土壤则在0.50CO2mg/g·d左右波动,且根际土壤呼吸强度与微生物数量有显著负相关。由于根际泌氧和营养作用,微生物数量的根际效应十分明显,异养细菌、真菌和放线菌的根际/非根际比值(R/S值)分别为11.8、11.9和11.7;反硝化细菌、硝酸细菌和亚硝酸细菌的R/S值分别为14.1、17.3和22.4。芦苇的存在对于微生物的生长有显著作用。 4)梦清园芦苇对氮磷的净化效果研究表明,芦苇地上部生物量在10月底11月初达到最高值,2980.8g/m2。芦苇地上部分含氮量在秋季最高,达1.64%,而后含氮量逐渐下降,芦苇地上部分磷含量变化与氮类似,在秋季最高,达0.23%。综合芦苇地上生物量和氮磷含量考虑,10月底11月初进行芦苇收割是一个最佳时期,此时通过收割去除的氮可达到485.7kg/hm2,磷的去除可以达到67.9kg/hm2。 5)对于底栖动物(螺蛳和蚌)的强化净化作用效果研究表明,静态试验中螺蛳和蚌可以明显降低苏州河水浊度。试验组最快可在4个小时内将水体浊度下降到稳定状态,螺蛳的净化效果优于蚌。动态试验中,在相同的HRT条件下,试验组的平均浊度去除率在66.0%-83.2%,优于空白对照组。在HRT为2.5h的情况下,螺蛳密度在400~800个/m2时浊度去除率可达35%以上。综合成本考虑,400个/m2是系统最佳的投放量。而在800个/m2的螺蛳投加密度下,最佳停留时间为6h,去除率可达68%。 6)对梦清园湿地中微生物群落结构变化进行的研究表明,芦苇湿地不同采样点的根际微生物数量均高于非根际,在夏秋季节,异养细菌数量可高于2个数量级。而酶制剂和生物促生剂的加入使得非根际和根际的微生物数量和酶活都得到提高,明显高于对照组,为污染物的降解创造了有利条件。 7)对湿地系统的氮磷季节分布研究表明,藻类固氮在梦清园湿地中的作用很小,进水输入是系统主要的氮来源。而湿地主要的脱氮方式依然是硝化反硝化脱氮,最高可达71.86g/m2,占春季系统脱氮量的76.41%;其次是植物对氮的吸收作用,最高可达34.57g/m2,占夏季湿地脱氮量的39.38%。底泥对氮的吸附作用较弱,更多依靠底泥沉积带入氮素,占脱氮总量的约10%。在磷的去除中,基质的吸附是系统除磷的主要方式。一直保持在50%以上。春季可达92.08%,而秋季最低也占去除率的57.81%。植物的吸收量随季节变化比较明显,在夏、秋、冬三季,植物的磷吸收量可以占到总磷去除比例的20%以上。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:X703

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