景觀水體富營養(yǎng)化模擬與生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究.pdf

1、景觀水體的水質(zhì)維護(hù)主要是控制水體中COD、TN、TP等污染物的含量及藻類等的生長,保持水體清澈的、潔凈。由于其發(fā)生期短、流動性差、且美學(xué)要求高等特點(diǎn),使其不能直接使用城市污水處理技術(shù)來治理和控制。本研究遵循生態(tài)學(xué)原則,從物質(zhì)輸入和輸出兩方面同時進(jìn)行生態(tài)調(diào)控,分析北方靜態(tài)景觀水體污染過程及富營養(yǎng)化藻類演替規(guī)律,以生境調(diào)控對污染物轉(zhuǎn)化降解,將生物強(qiáng)化與生態(tài)工藝相結(jié)合,促進(jìn)微生物系統(tǒng)對污染物的吸附和轉(zhuǎn)化,強(qiáng)化水體自凈能力與生態(tài)修復(fù)效能。首次將

2、水生微宇宙應(yīng)用于水體富營養(yǎng)化過程模擬,研究了北方景觀水體在無外援污染輸入情況下的富營養(yǎng)化過程,考察其污染進(jìn)程、浮游生物相演替過程及兩者相關(guān)性；得出：水溫和光照對藻類生物量及生物多樣性有較顯著的影響,二者與葉綠素a濃度間相關(guān)系數(shù)分別為0.84和0. 75；總氮、總磷與葉綠素a的相關(guān)系數(shù)分別為0.84、0.54。其中,以氨態(tài)氮對藻類生物量影響最為顯著,其次是硝態(tài)氮。研究發(fā)現(xiàn),在無外源污染輸入情況下,水體污染加劇主要來源于底泥向上覆水體的釋放

3、；此過程中,藻類優(yōu)勢種演替如下：初期為綠藻門柵藻屬,然后遷移至藍(lán)藻門微囊藻屬,最終優(yōu)勢種為黃藻門黃絲藻；富營養(yǎng)過程中,藻類并非以已有種類進(jìn)行數(shù)量上的簡單擴(kuò)增,而是逐漸發(fā)生遷移,影響因素包括水質(zhì)狀況、底泥特征、氣候與地理條件。通過將9種生物多樣性指數(shù)與TSI(P)變化趨勢擬合,發(fā)現(xiàn)僅Monk多樣性指數(shù)與Menhinick’s多樣性指數(shù)所描述的富營養(yǎng)化過程與水質(zhì)變化趨勢最大相符,適于北方靜態(tài)景觀水富營養(yǎng)化研究。針對水質(zhì)污染特征,構(gòu)建高效復(fù)合

4、生態(tài)濾床進(jìn)行修復(fù),以沸石與煤渣取代傳統(tǒng)填料,提出通過提高出水循環(huán)速率對凈化過程進(jìn)行強(qiáng)化。表明：基質(zhì)、植物、微生物聯(lián)合作用使復(fù)合生態(tài)濾床對微污染景觀水快速凈化。在不同循環(huán)速率下對含氮污染物各指標(biāo)去除效果穩(wěn)定,NH4+-N去除率都在85%以上；提高循環(huán)速率有利于含氮污染物的去除；TP去除不穩(wěn)定且緩慢,出水最低濃度為0.079 mg/L,系統(tǒng)對有機(jī)物的去除過程緩慢。主要研究了溫度、植物和停留時間對修復(fù)效果的影響,得出：溫度是NH4+-N和TP

5、去除的主要影響因素；溫度降低所導(dǎo)致基質(zhì)吸附交換量的減少可通過延長接觸時間來補(bǔ)充；植物能夠促進(jìn)系統(tǒng)對TP及有機(jī)物的去除,但對于TN去除影響不大。提高循環(huán)速率保持系統(tǒng)內(nèi)高濃度溶解氧,且提高C/N；循環(huán)速率的提高使硝化作用更加迅速和徹底,且補(bǔ)充了氮從系統(tǒng)中去除的好氧反硝化途徑；使NH4+-N的氧化與NO2--N的氧化2個過程間的傳遞更加迅速,縮短了氮在系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化途徑,且循環(huán)速率越快,轉(zhuǎn)化越迅速。并從土著微生物中篩選馴化功能菌群進(jìn)行生態(tài)修復(fù)過

6、程中的生物強(qiáng)化,以原始土著生物群強(qiáng)化和無生物強(qiáng)化為對比。發(fā)現(xiàn)功能菌群中大量氨氧化菌和亞硝酸氧化菌的存在,使基質(zhì)中硝化作用迅速而徹底,減少了中間產(chǎn)物的積累,促進(jìn)不同形態(tài)氮的生物去除,且在系統(tǒng)中內(nèi)長時間保持較高活性；聚磷菌在多種生物群的協(xié)同作用下使系統(tǒng)除磷能力增強(qiáng)。功能菌群強(qiáng)化系統(tǒng)對NH4+-N去除較快,且最后濃度低于0.5mg/L,生物層對離子交換部分的阻礙可由功能菌群的硝化作用補(bǔ)充。氮的延程離子交換去除率及硝化去除率在土著生物強(qiáng)化系統(tǒng)中

7、顯著降低,而在功能菌群強(qiáng)化系統(tǒng)中二者均顯著提高。在微宇宙模擬基礎(chǔ)上,從內(nèi)源污染釋放角度考察了降雨對水質(zhì)污染進(jìn)程的影響,并以所構(gòu)建高效生態(tài)濾床對降雨及徑流污染進(jìn)行生態(tài)阻斷,得出：雨水的融入使系統(tǒng)在短時間內(nèi)NH4+-N值增加,且進(jìn)一步影響NH4+-N的硝化；系統(tǒng)有機(jī)物濃度的增加促進(jìn)了溶解氧消耗；雨水給系統(tǒng)帶入的陰陽離子在水-底泥界面結(jié)合與釋放周期延長,上覆水pH在整個過程中波動較大,系統(tǒng)穩(wěn)定時間延長。在初始濃度相差較大情況下,生態(tài)濾床對直接

8、降雨、路面徑流、最大徑流污染的NH4+-N去除率在80%以上；在濃度很高的情況下,系統(tǒng)仍能對TP去除較好；并對有機(jī)物進(jìn)行高效截流。系統(tǒng)在起始濃度分別為0.1mg/L、1mg/L、10mg/L時,在1h內(nèi)對Cu、Pb、Zn可去除大部分。曝氣增氧及其與濕地系統(tǒng)的聯(lián)合作用可以在溫度較高情況下調(diào)節(jié)水體pH值,以適應(yīng)生物生存。景觀水的凈化及水質(zhì)維護(hù)單靠氧濃度的補(bǔ)給還不能徹底實現(xiàn),植物與微生物的聯(lián)合凈化使污染物去除的有效途徑。通過進(jìn)行物理方法--底