人工湿地植物的筛选及冬季去氮除磷能力与中试研究

论文摘要

人工湿地作为一种新型的水处理生态技术,其环境特征既不同于自然湿地,也不同于一般的陆生环境。利用水生植物人工湿地系统处理污水,是一项低投入、低能耗、低成本和能脱氮除磷的新型污水处理技术,能使城市生活污水通过净化达到三级回用标准。介质、微生物和植物是人工湿地的基本构成,其中植物是湿地生物的主体。目前人工湿地植物的种类比较单一,尤其到了冬季,植物停止生长或死亡,导致人工湿地冬季处理效果较差,因此,人工湿地植物的植物筛选,尤其是冬季植物的筛选具有重要的意义。本研究以亚热带地区常见植物为试验材料,在中南林业科技大学株洲校区人工湿地污水处理系统进行试验。对非冬季和冬季植物进行了筛选与评价,同时对冬季植物进行了去氮除磷试验,最后进行了组合人工湿地中试试验,研究主要结果如下：1、本研究以17种非冬季湿地植物为材料,在综合应用原有各种湿地植物筛选与评价指标的基础上,增加植物逆境酶和基质酶,并对所有数据进行聚类分析。结果表明：17种植物的根系数量、长度、活力、叶片过氧化物酶活性、生物量、氮磷平均浓度、氮磷的积累能力、植物根系附近基质脲酶活性与磷酸酶活性均存在一定的差异。根据净化潜力的综合评价体系,可以把17种植物聚类为3大类,污水净化能力较强的有美人蕉、芦苇、风车草、水葱、再力花、千屈菜、花叶美人蕉。以10种冬季植物为材料,增加了体现植物冬季适应能力的根系活力和耐寒性指标,对数据进行聚类分析后得出：白花三叶草、水仙、黑麦草、水芹菜、油菜较好。2、冬季湿地植物去氮除磷试验结果表明：生活污水在人工湿地植物系统中的最佳停留时间为5-10天,植物对污染物的吸收峰值一般在前5天。应试植物对总氮的平均去除率为55.18%,对总磷的平均去除率为63.40%,对氨氮的平均去除率为58.74%,对CODcr的平均去除率仅18.50%。水芹菜在300mg／L浓度以下对污水中的总氮去除效果较好,300 mg／L浓度以上则生长受到威胁。通过总氮、总磷、氨氮、COD四项指标综合比较,综合去污效果最好的是黑麦草,其次是水仙和白花三叶草,其总氮、总磷、氨氮的去除率均在60%以上,COD的去除率均在30%以上。3、构建了组合人工湿地,以人工湿地为主体,辅以生物调节池和好氧生化池预处理,组合潜流湿地和表流湿地,综合利用微生物、植物和动物与水生环境的作用。系统运行稳定、高效,建设成本及运行成本低,能效缩小湿地面积,降低能耗,达到了组合增效的功能。试验结果表明组合人工湿地系统冬季污染物的去除率均在60%以上,生物调节池对NH4+-N、TP的去除效果占主要优势,好氧生化池对NH4+-N、CODcr的去除效果最好,潜流湿地对CODcr和TP的去除效果最明显,表流湿地对TN的去除效果最佳。同时引入了大量的景观植物,颜色丰富、层次分明,大大提升了湿地系统的景观价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 人工湿地污水处理系统概述
• 1.1.1 人工湿地的概念
• 1.1.2 人工湿地的优势
• 1.1.3 人工湿地的组成
• 1.1.4 人工湿地类型及各自的优缺点
• 1.2 人工湿地污水处理机理
• 1.2.1 基质
• 1.2.2 微生物
• 1.2.3 湿地植物
• 1.3 人工湿地技术的应用
• 1.3.1 人工湿地技术在国际上的应用
• 1.3.2 人工湿地技术在中国的应用
• 1.4 人工湿地植物研究
• 1.4.1 人工湿地植物在人工湿地系统中的作用
• 1.4.2 人工湿地植物的选择原则
• 1.5 试验内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 课题目的及意义人工湿地技术在中国的应用
• 1.5.3 指标测定方法
• 1.5.4 试验仪器
• 1.5.5 试验药品
• 2 处理生活污水的人工湿地植物筛选
• 2.1 非冬季湿地植物筛选
• 2.1.1 材料与方法
• 2.1.2 结果与分析
• 2.1.2.1 植物适应能力与生理特性比较与评价
• 2.1.2.1.1 根系数量与长度
• 2.1.2.1.2 根系活力
• 2.1.2.1.3 叶片过氧化物酶活性
• 2.1.2.2 植物的耐污与去污能力比较与评价
• 2.1.2.2.1 生物量
• 2.1.2.2.2 植物氮磷积累量
• 2.1.2.2.3 植物与微生物互作产生的基质酶活性强度的比较与评价
• 2.1.2.3 植物聚类分析与净化潜力的综合评价
• 2.2 冬季湿地植物筛选
• 2.2.1 材料与方法
• 2.2.2 结果与分析
• 2.2.2.1 根系活力
• 2.2.2.2 耐寒性
• 2.2.2.3 生物量
• 2.2.2.4 植物聚类分析
• 2.3 小结
• 3 冬季植物对生活污水去氮除磷能力研究
• 3.1 植物在不同氮浓度条件下去氮能力比较与评价
• 3.1.1 材料与方法
• 3.1.2 结果与分析
• 3.1.2.1 生物量动态
• 3.1.2.2 总氮动态
• 3.2 不同植物在相同条件下净化效果比较与评价
• 3.2.1 材料与方法
• 3.2.2 结果与分析
• 3.2.2.1 生物量动态
• 3.2.2.2 总氮动态
• 3.2.2.3 总磷动态
• 3.2.2.4 CODCr动态
• 3.2.2.5 氨氮动态
• 3.2.2.6 植物体内氮、磷的变化
• 3.3 小结
• 4 组合人工湿地冬季植物中试试验
• 4.1 组合人工湿地系统构建
• 4.1.1 A-生物调节池
• 4.1.2 B-好氧生化池
• 4.1.3 C-潜流湿地
• 4.1.4 D-表流湿地
• 4.1.5 生物浮床
• 4.2 组合人工湿地系统运行及各单元功效
• 4.2.1 组合人工湿地系统冬季净化总体效果
• 4.2.2 系统各单元净化效果
• 4.2.3 系统各单元在系统中的贡献
• 4.3 组合人工湿地系统效益分析
• 4.3.1 环境生态效益分析
• 4.3.2 经济效益分析
• 4.3.3 景观效益分析
• 4.4 小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间主要学术成果
• 致谢