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《华中农业大学》 2007年
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武汉市动物园面源污染控制技术及其机理研究

陈庆锋  
【摘要】: 随着旅游事业的蓬勃发展,城市旅游区的面源污染日趋加重,造成周围水环境的水质和景观功能逐渐丧失。目前,国内外关于城市旅游区面源污染控制技术及其机理的研究相对较少,这严重阻碍了城市旅游区水环境质量和景观功能的改善。本研究选择武汉市动物园作为城市旅游区的典型代表,较系统地研究了武汉市动物园面源污染的特征、控制技术和控制机理,并总结提出了城市旅游区面源污染的控制原则和对策,主要研究结论如下: (1)武汉市动物园的面源污染与其它区域相比,主要有以下特征:1)是一种离散型小点源和面源混合型的污染;2)暴雨径流的初期冲刷效应依然存在。在暴雨径流的前期,径流中污染物的浓度和负荷相对较高,但这种初期冲刷效应与其他城市区域相比较弱;3)氮磷等营养物质是径流中的主要污染物,山坡暴雨径流是径流中颗粒物的主要来源,颗粒态是污染物的主要形态;4)动物园的透水性地表比例高,生态工程技术是控制面源污染的有效途径。 (2)根据武汉市动物园面源污染的特征,在猩猩馆流域和犬科馆流域分别采用了塘-湿地在线控制技术和滤渠-塘离线控制技术,通过系统研究这两种控制技术的特点以及对面源污染的控制效果,主要获得以下研究结果:1)在线控制技术和离线控制技术可以分别拦截流域内降雨量在66.7mm和31.3mm以下的降雨径流;2)2005年,在线控制技术和离线控制技术对暴雨径流中的TN、TP、TSS和COD的年持留率分别可以达到97.9%、98.0%、98.2%、97.8%和83.9%、82.9%、86.4%、85.5%;3)在线控制技术对暴雨径流的产流时间、径流流速和流量具有多重在线调控作用,适用于土地资源相对丰富的城市旅游区。离线控制技术是一种经济高效的暴雨径流污染处理系统,其关键是截流初期污染较重的降雨径流,不仅适用于旅游区,而且可以用于土地资源相对紧张的城市居民区、商业区和工业区等其他区域。 (3)通过研究塘和湿地中水、土壤、沉积物和水生植物中养分含量的时空变化规律以及各个指标之间的相互关系,进一步探索了塘-湿地在线控制模式的净化机理,研究结果发现:1)塘和湿地中氧化还原电位(ORP)的变幅是-120~220mv,主要发生了硫、铁和锰体系的氧化和还原。ORP与其他指标的相关系数大小顺序为DO、pH、SpCond、全锰、NH_4~+-N、Fe~(2+)、温度、TDN和TDP;2)除DO、ORP和硫酸盐外,其它各种指标的浓度一般在雨季大于非雨季;3)湿地土壤和基质的吸附是去除径流中污染物的主要途径。湿地土壤中不同指标的浓度表现出明显的 季节性规律,影响因素主要有降雨、温度和植被。从年度差异来看,湿地土壤中的污染物浓度逐年升高,已经成为流域中污染物的一个库;4)湿地沉积物既是污染物的一个重要汇,又是污染物的主要内源。有机质、全氮和碱解氮主要集中在沉积物的表层10cm,浓度明显高于周围土壤;5)菖蒲、芦苇和美人蕉对湿地中的污染物具有较强的吸收能力。水生植物在腐烂过程中不仅释放污染物,同时对污染物也具有一定的吸附能力,并且在冬季所携带的养分含量高于夏季。鸢尾释放的COD_(Mn)和TP量最大,其次是香蒲、菖蒲和美人蕉,芦苇释放量最少。而菖蒲和香蒲对水中COD_(Mn)和TP的吸附量最大,其次是鸢尾、美人蕉和芦苇;6)随着水力负荷的增大,在冬季湿地对污染物的去除率逐渐降低,甚至为负。 (4)通过比较9种基质材料对暴雨径流中营养物质的吸附特性以及静态和动态吸附能力,进一步揭示了滤渠一塘离线控制技术的净化机理,研究结果表明:1)从相关系数大小来看,土壤、白矾石、陶粒、钢渣、石灰石、碎石和蛭石对营养物质的吸附过程更适合用Freundlich方程来描述,而沙子和沸石适合用Langmuir方程;2)不同的基质材料对铵态氮的吸附平衡时间顺序为沸石和蛭石>沙子和陶粒>其他,对供试水中的铵态氮具有较高的去除效率而对NO_3~--N吸附较弱,其中沙子、土壤、沸石和蛭石对NH_4~--N去除率大于90%;3)9种供试基质对磷酸盐的动态去除效率高于其他形态的磷,其中对磷素的平衡吸附量大小顺序为沸石、土壤、蛭石>陶粒、钢渣、石灰石>碎石、沙子和白矾石,对磷素的动态吸附能力为沸石、石灰石、白矾石、土壤>钢渣、碎石、沙子>陶粒和蛭石;4)沸石、蛭石、陶粒和沙子对暴雨径流中的氮素去除能力较强,而石灰石、沸石和土壤对暴雨径流中的磷素具有较强的去除能力。 (5)城市旅游区面源污染的控制方案必须是一个基于流域尺度上的系统性方案,以管理为主、工程为辅的原则为主导,所有的工程技术应服从旅游区整体的管理和未来规划,并根据现场条件尽量采用就地、分散式处理。控制原则主要有源头控制原则、水量和TSS削减原则、水质改善原则、经济高效原则、生态学原则和景观化、人性化原则等。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:X52

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