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城市富营养化景观水体的植物修复机理及现场试验研究

解岳  
【摘要】:景观水体富营养化是我国许多城市普遍存在的水环境问题之一,论文以西安市主要景观水体为研究对象,系统分析了水质污染特征、污染成因和发展趋势。实验研究了污染底泥中氮磷的释放规律和机理,对浅水型城市景观水体的富营养化发展趋势进行了水质模拟。以长安湖作为西安市富营养化景观水体的典型,在现场进行了生态原位修复技术的中试实验研究,探明了不同植物对景观水体TN、TP、NH_3-N和COD_(Mn)等污染物的去除效果和机理。主要内容和研究成果如下: 1.以长安湖、护城河和兴庆湖作为“老”的景观水体代表,以曲江池和大明宫国家遗址公园太液池作为新建景观水体的代表,实验研究了各水体的水质状况和污染成因。 2.磷是景观水体富营养化的主要控制指标,与藻类繁殖密切相关。污染底泥释放实验表明,在厌氧条件下,造成污染底泥中磷释放显著的主要原因是微生物作用和较高的pH值。在不灭菌条件下,控制pH=6.5,磷的最大释放速率为2.14 mg/(d·m~2),不控制pH值(pH=7.5~8.6),磷的释放速率显著提高,达到8.60mg/(d·m~2);在灭菌条件下,污染底泥中磷的释放强度很低,但将pH提高到9.1时,磷在厌氧和好氧条件下均有明显的释放,释放速率为9.51mg/(d·m~2)。污染底泥中,碱性磷酸酶活性测定结果与磷酸盐释放趋势一致。 3.厌氧状态下,微生物以硫酸根为电子受体的生命活动会引起周围环境氧化还原电位的降低,导致污染底泥中磷和可溶性铁显著释放。对底泥中各形态磷含量变化的分析表明,铁结合态磷和闭蓄态磷在微生物作用下更容易释放。实验结果显示,污染底泥中可溶性铁和磷的释放呈正相关关系,相关系数达0.9424。 4.在不灭菌条件下,上覆水中总氮和氨氮的变化趋势一致,与有机物浓度正相关(R2=0.8966);灭菌条件下,二者的相关性较差(R~2=0.6929)。 5.应用WASP水质模型对曲江池的NH_3-N、DO、TP、NO_3-N进行了水质模拟,确定了合理的模型参数,水质预测结果与实测值较为接近,精度满足要求。 6.根据对植物的抗逆性、适应性和根系氧化力的测试结果,筛选出最佳的原位生态修复浮床植物为美人蕉、鸢尾和旱伞草。最优的挺水植物为水菖蒲。 7.从试验测定结果和植物生长状况可以看出,植物生长与景观水体中磷的去除率呈正相关关系,说明植物体的吸收作用对TP的去除起主导作用。对比各单元植物组合的处理效果,鸢尾和旱伞草浮床组合单元对TP的去除率最高,达95.7%,美人蕉和旱伞草组合单元的去除率在65%~82.8%之间;不同植物组合对TN均有稳定的去除效果,芦苇、荻和水菖蒲组合的去除率最高为92.3%;美人蕉和香蒲组合的去除率基本保持在87.1%~89.2%之间;美人蕉和旱伞草组合的去除率在86.2%~89.9%之间;鸢尾和旱伞草组合的去除率在82.9%~89.2%之间。 8.检测了7种水生植物的含水率和植物体内TN、TP的含量,其中,美人蕉含氮量最高,达1.72%;水菖蒲含磷量最高,达0.75%。各植物体内TN含量的大小顺序为:美人蕉水菖蒲鸢尾香蒲旱伞草芦苇荻。以磷作为指标,浮床植物改善富营养化水体水质的效果依次为:美人蕉旱伞草鸢尾香蒲,美人蕉修复单元单位面积浮床的磷增长量为26.6g/m~2。


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