人工浮岛技术对微污染水源水净化作用的试验研究

论文摘要

三峡工程是一项规模宏大的多目标水资源开发利用工程,工程的完工产生了巨大的经济效益和社会效益,但随之而来的生态环境问题也不容忽视,三峡库区环境污染与防治已成为国内外公众普遍关注的重大环境问题。三峡水库成库后,库区水域水文特征发生了较大的改变,长江干支流水流变缓,自净能力相对减弱。长江是我国重要的饮用水水源,其水质的变化情况直接关系到居民的饮水安全。随着《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）的正式实施,如何有效降低有机污染物浓度,如氮、磷的含量;如何在常规水处理工艺的基础上,对净水厂取水区域进行生态保护,就成为水处理工作者普遍关心的问题。人工浮岛技术是将植物同化吸收、微生物降解吸附和物理沉积作用相结合的一种生态修复技术。该技术在现代园艺学、生物学和水处理工程等领域的理论成果基础上,运用水面无土栽培植物的生态治理技术对水生或陆生植物进行培育,并将其移植到水体中,从而强化生态系统自身的修复能力。本研究采用人工浮岛技术,对重庆市巴南区某净水厂取水区域水体进行中试试验研究,考察该技术对取水区域微污染水源水的生态净化效果,试验主要研究内容及主要结论如下:①浮岛植物是影响人工浮岛技术水处理效果的重要因素之一,本试验根据水体水质、环境特点和浮岛植物选择的基本原则,以多级模糊数学综合评价理论为骨架,采用层次分析法确定权重分配集合,建立了层次分析-多级模糊评价优选模型。并运用该模型对备选植物进行模糊综合评价,最终确定菖蒲、风车草、美人蕉三种植物为适合本试验条件的较优浮岛植物。②根据植株特点及其经济价值,将三种供试植物分成两组进行独立试验。分别考察菖蒲单池、风车草和美人蕉混种单池对微污染水源水的净化效果。试验结果表明,在水面覆盖约为40%,水力负荷约为0.33m3m-2d-1的情况下,菖蒲单池对供试水体中TN、NH3-N、TP、CODMn浓度的平均去除率分别约为:26.1%、27.9%、30.1%、25.6%。风车草和美人蕉混种单池对供试水体中TN、NH3-N、TP、CODMn浓度的平均去除率分别约为:27.1%、30.8%、32.7%、26.1%。③将菖蒲单池、风车草和美人蕉混种单池组成二级串联浮岛,考察其对微污染水源水的净化效果。试验结果表明,在水面覆盖约为40%,水力负荷约为0.25m3m-2d-1的情况下,二级串联浮岛对供试水体中TN、TP、CODMn浓度的平均去除率分别约为:31.2%、34.1%、32.9%。④通过静态试验,对人工浮岛系统净化效果影响因素进行研究。主要考察水力停留时间、覆盖率对净化效果的单因素影响情况,以及温度和污染物进水浓度联合对净化效果的双因素影响情况。⑤通过对浮岛技术污染物去除机理的研究和对污染物去除规律进行分析统计分析,建立浮岛技术对水体中TN、TP、CODMn降解的一级动力学模型,并用此模型对出水水质进行预测。同时,通过对浮岛系统氮素转移及去除机理的研究,建立浮岛技术对水体中氮素降解的生态动力学模型。⑥试验研究结果表明,人工浮岛技术对微污染水源水体中污染物拥有较好的去除效果且具有一定的经济和综合利用价值。试验中对浮岛技术净水效果影响因素的研究及污染物降解的一级动力学模型、生态动力学模型的建立,可以对人工浮岛技术的应用提供理论参考。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国淡水资源及其污染概况
• 1.1.2 三峡库区水体污染概况
• 1.1.3 微污染水体工程修复技术
• 1.2 人工浮岛技术
• 1.2.1 人工浮岛技术简介
• 1.2.2 人工浮岛技术国内外研究概况
• 1.3 课题研究来源及意义
• 2 研究对象和试验方案
• 2.1 研究对象
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气候条件
• 2.1.3 水环境现状
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 人工浮岛的构建
• 2.2.2 试验方案
• 3 基于层次分析-多级模糊评判法的水生植物优选模型
• 3.1 水生植物概况
• 3.2 水生植物选择基本原则
• 3.3 基于层次分析-多级模糊评判法的水生植物优选模型
• 3.3.1 层次分析法
• 3.3.2 多级模糊评判法
• 3.3.3 多级模糊综合评价数学模型的建立
• 3.3.4 权重分配集合的建立
• 3.3.5 基于层次分析-多级模糊评判法的水生植物优选模型
• 3.4 选定试植物简介
• 3.5 供试植物越冬性试验
• 3.6 本章小结
• 4 人工浮岛技术试验研究
• 4.1 单池人工浮岛系统的试验研究
• 4.1.1 试验方案
• 4.1.2 试验源水水质
• 4.1.3 试验材料及方法
• 4.1.4 供试植物生长情况
• 4.1.5 试验结果及分析
• 4.2 串联人工浮岛系统的试验研究
• 4.2.1 试验方案
• 4.2.2 试验源水水质
• 4.2.3 试验材料及方法
• 4.2.4 试验结果及分析
• 4.3 本章小结
• 5 人工浮岛系统净水效果影响因素试验研究
• 5.1 水力停留时间对净化效果的影响试验
• 5.1.1 试验材料及方法
• 5.1.2 试验源水水质
• 5.1.3 试验结果及分析
• 5.2 覆盖率对净化效果的影响试验
• 5.3 温度和进水浓度对净化效果的影响试验
• 5.4 本章小结
• 6 人工浮岛技术净化机理研究
• 6.1 人工浮岛技术净化机理生态学研究
• 6.1.1 植物生长情况
• 6.1.2 植物体内氮磷分布与累计
• 6.2 人工浮岛技术净化机理动力学研究
• 6.2.1 物料衡算方程
• 6.2.2 典型动力学模型
• 6.2.3 人工浮岛技术净化机理一级动力学模型研究
• 6.2.4 人工浮岛技术净化机理生态动力学模型研究
• 6.3 一级动力学模型的验证
• 6.4 本章小结
• 7 人工浮岛的效益分析
• 7.1 环境效益分析
• 7.1.1 人工浮岛对污染物的去除
• 7.1.2 浮岛植物用于污泥堆肥
• 7.2 经济效益分析
• 7.2.1 工程投资
• 7.2.2 植物收益
• 7.2.3 植物收割用于堆肥收益
• 7.3 本章小结
• 8 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• B 攻读硕士学位期间取得的科研成果