水葫芦净化富营养化水体及其能源化利用

论文摘要

水葫芦于20世纪30年代传入我国,近年来由于流域水体的富营养化使其蔓延速度极快,侵占水道,干扰水生生态系统平衡,影响当地的经济生产,成为一大公害。生态工程是一种全新的技术和方法,它在无需投入大量能源的情况下,保护生态系统和非再生资源,而且将污染物转化为人类可以利用的再生资源,避免污染的转移。本研究遵循生态工程设计的基本原则,首先通过野外观测和实验室试验研究,摸清流域水葫芦的生长规律,并在此基础上提出水葫芦生长控制的对策建议;随后定量研究了通过水葫芦打捞净化水体中营养盐的效果;对于所打捞的水葫芦,则结合研究区的实际情况,进行水葫芦厌氧发酵试验,确定和优化了水葫芦厌氧发酵技术参数;提出了发酵产物的综合利用途径。论文所取得的主要研究结果如下:（1）不同浓度的污水对水葫芦的生长繁殖有着明显的促进作用,尤其是中等浓度的污水(CODcr介于500～700mg/L之间),在环境条件适宜的情况下,水葫芦的生物量在5天左右可增一倍。（2）水葫芦对不同浓度的污水有很强的净化能力,在自然状态下,30天内对水中CODcr、TN、TP的去除率分别在66%～90%、70%～85%、55%～60%之间。并且水葫芦对污水中的CODcr、TN、TP去除速率,均符合一级动力学方程,且具有很好的相关性。（3）水葫芦吸收营养盐用于光合作用,这些营养盐被固定在植物组织中,当水葫芦被收获时,水中的营养盐将通过包含在植物组织中而被去除。试验结果表明水葫芦去除水体营养盐氮的最大理论值为0.056 kg/m2·a;去除水体营养盐磷的最大理论值为0.013 kg/m2·a。（4）在实验室进行了接种率、破碎程度、温度等对水葫芦厌氧发酵产气效率影响的研究。水葫芦与活性污泥的最佳接种率为1:1TS;经简单切分后产气效率最高,原料产气率为0.5316m3/kg（TS）;高温消化与中温消化相比,产气效率无明显优势,对于水葫芦大规模的厌氧消化而言,选择经济有效的常温或中温范围即可;水葫芦厌氧发酵酸化时间为5-10天。（5）水葫芦厌氧发酵初期,pH值快速降低,直到pH值降低到最低点。随后,pH值升高,此时,产甲烷反应占优势。厌氧发酵末期,pH值趋于稳定,产气过程趋于停滞。（6）水葫芦厌氧发酵产生的沼气为可燃性气体,其主要成分甲烷占总体积的60%左右。水葫芦经过厌氧发酵后,可利用于农作物的元素氮、磷、钾几乎没有损失。水葫芦发酵后的沼液的有机质含量比人粪尿高5-6倍,氮素比例也较高,渣肥的养分含量高,含有丰富的有机质和较多的腐植酸。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 文献综述
• 1.1 水葫芦的生物学特性
• 1.2 水葫芦的危害和控制
• 1.2.1 水葫芦的危害
• 1.2.2 水葫芦的控制
• 1.3 水葫芦的资源化利用
• 1.3.1 水体生物修复
• 1.3.2 基于水葫芦高矿质养分的应用研究
• 1.3.3 厌氧制能
• 1.4 水葫芦的控制和利用研究中存在的问题
• 2 引言
• 3 材料与方法
• 3.1 水葫芦净化富营养化水体的研究
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 主要试验仪器
• 3.1.3 主要试剂
• 3.1.4 试验方法
• 3.2 水葫芦厌氧发酵研究
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 主要试验仪器
• 3.2.3 厌氧发酵试验装置
• 3.2.4 分析方法
• 3.2.5 试验处理
• 4 结果与分析
• 4.1 水葫芦净化富营养化水体的研究
• 4.1.1 不同浓度污水对水葫芦生长的影响
• 4.1.2 水葫芦对不同浓度污水中有机物的净化效果
• 4.1.3 水葫芦对不同浓度污水中TN的净化效果
• 4.1.4 水葫芦对不同浓度污水中TP的去除效果
• 4.1.5 水葫芦的生长与氮磷净化作用的比较
• 4.1.6 水葫芦收获去除营养盐计算
• 4.2 水葫芦厌氧发酵研究
• 4.2.1 不同温度条件对水葫芦厌氧发酵产气量的影响
• 4.2.2 不同接种比率对水葫芦厌氧发酵累积产气量的影响
• 4.2.3 不同破碎程度对水葫芦厌氧发酵产气量的影响
• 4.2.4 水葫芦厌氧发酵过程pH值变化
• 4.2.5 水葫芦厌氧发酵产物的综合利用
• 5 讨论
• 5.1 水葫芦净化富营养化水体的研究
• 5.1.1 水葫芦对氮磷营养的需求及分布规律初探
• 5.1.2 水葫芦对污水的净化机理探讨
• 5.1.3 收获水葫芦去除营养盐模型
• 5.2 水葫芦厌氧发酵研究
• 5.2.1 不同温度条件对水葫芦厌氧发酵产气量的影响
• 5.2.2 不同接种比率对水葫芦厌氧发酵累积产气量的影响
• 5.2.3 不同破碎程度对水葫芦厌氧发酵产气量的影响
• 5.2.4 水葫芦厌氧发酵产物的综合利用
• 6 结论
• 6.1 水葫芦净化富营养化水体的研究
• 6.2 水葫芦厌氧发酵研究
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介