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临江河回水区富营养化预测及生态浮床治理技术研究

郑剑锋  
【摘要】: 随着三峡水库的形成,库区次级河流回水区水文条件发生变化,使得水体对污染物的扩散作用和自净能力大大降低,从而导致水质恶化,尤其是氮、磷等营养盐的聚积加剧了次级河流回水区水体富营养化。论文针对次级河流回水区水环境问题研究较少的现状,以长江次级河流之一的临江河回水区为研究对象,对其富营养化问题进行研究。论文首先研究了临江河回水区富营养化的主要控制因子,根据主控因子的研究结果进一步对其富营养化进行预测,并对预测结果进行分析。为了达到消除富营养化威胁的目的,在掌握了其污染过程和自净能力的基础上,确定采用生态浮床技术原位治理临江河回水区污染水体的技术措施,论文分别就生态浮床的净化效果、植物的氮磷吸收能力和动力学模式进行了研究。 论文的主要研究内容与结论如下: ①论文采用因子分析法对叶绿素a、流速等9项水质指标进行分析,确定了水温、透明度、TN、TP、COD和叶绿素a浓度6个水质指标为临江河回水区富营养化的主控因子。进一步对6个主控因子进行多元回归分析,结果表明,叶绿素a浓度受水温、TN、TP的影响较大,消减水体中的氮磷可使水体中叶绿素a浓度降低。 ②在临江河回水区富营养化主控因子研究的基础上,利用神经网络技术建立临江河回水区富营养化预测模型,利用模型对不同氮磷浓度水平下的水体营养状态进行预测,结果表明:在当前氮磷浓度水平上,去除水体中40%的氮磷可使水体营养状态由中度富营养转变为轻度富营养;当去除比例达70%时,水体转变为中营养状态,从而可消除富营养化的威胁。 ③论文利用水质模型对临江河回水区污染过程及自净能力进行量化,结果显示,污染物在进入临江河回水区后8h后才能达到稳态,扩散过程缓慢造成了氮、磷营养盐聚积,加剧了水体富营养化;回水区水体自净作用可使水体中COD、TN、NH3-N和TP浓度降低11.98%、12.25%、13.98%和11.59%,对于临江河回水区的重污染水体,其净化能力有限,故仍需对临江河回水区的污染进行治理。 ④为了研究生态浮床对临江河回水区污染水体的净化效果,在临江河回水区现场进行了美人蕉、风车草、菖蒲和香根草浮床的净化试验,试验结果表明,4种浮床中美人蕉浮床的净化效果最好,故在临江河回水区污染治理中可优先考虑选用美人蕉浮床。在此基础上,利用富营养化预测模型对其应用效果进行预测,结果表明:当临江河回水区浮床栽种面积为0.3km2时,水体的营养状态可由中度富营养转变为轻度富营养;当浮床栽种面积为0.6km2时,水体营养状态可由中度富营养转变为中营养,表明生态浮床技术可以有效地控制临江河回水区富营养化。 ⑤4种浮床栽培植物生长特性及吸收氮磷能力的研究结果表明:4种植物在生长过程中,生长速率均随时间的变化呈现出低→高→低的二次曲线变化趋势,移栽后的60~90d为植物的快速生长期;通过两个试验阶段的植物吸收贡献分析可知,4种植物的氮吸收量占浮床系统总去除量的比例在18.1%~35.6%之间,磷吸收量占浮床系统总去除量的比例在36.3%~52.1%之间,表明植物吸收是浮床系统氮、磷去除的重要途径。 ⑥针对浮床系统对污染物的去除速率具有随着运行时间变化的特点,根据反应器动力学理论研究得出浮床系统的COD、TN和TP去除动力学方程。由动力学方程可知,浮床系统中COD降解反应可视为一级反应,TN和TP的去除反应表现得较为复杂。


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