论文题目: 水生植物滤床技术改善富营养化水体水质的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 环境工程
作者: 宋海亮
导师: 吕锡武
关键词: 富营养化,水生植物滤床,水生蔬菜,藻毒素,水质改善
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 水生植物滤床是将植物净化和物理过滤方式相结合的一种新型无基质型人工湿地系统,主要用于净化富营养化地表水。本文在太湖湖滨开展了水生植物滤床净化受污染河水的中试研究,取得了以下主要结果:对水生植物的品种进行了筛选,确定空心菜和水芹菜分别为夏秋季节和冬春季节最适合于水生植物滤床栽培的可食用水生蔬菜品种。全面考察了水生植物滤床去除氮、磷的工艺特点。最佳水力负荷为4.0 m3/(m2·d)、水深为10cm,此运行条件下水生植物滤床对总氮、总磷的全年平均去除率为17.3%和24.1%,全年平均去除负荷为1.539 g/(m2·d)和0.232 g/(m2·d)。系统对总氮、总磷的去除效果优于对溶解态氮、磷的去除效果。蔬菜收割频率对氮磷去除有一定影响,空心菜以每月收割一次为宜。水力负荷在3.0～4.0 m3/(m2·d)之间运行时可确保水生植物滤床取得经济效益。通过对水生植物滤床中的底泥硝化潜力、反硝化潜力进行动力学分析,发现滤床中游硝化潜力大、上游反硝化潜力大,这样的分布对除氮不利。通过荧光原位杂交(FISH)技术测定底泥中的硝酸菌、亚硝酸菌数量及空间分布,发现硝化潜力的分布与底泥中亚硝酸菌密度的分布规律一致。植物氮吸收速率及微生物脱氮速率之和与底泥氮释放速率基本相等,是造成滤床对溶解性氮去除能力不高的根本原因。通过氮、磷收支平衡分析,计算得出植物吸收、微生物反硝化脱氮以及截留沉积三种作用对氮去除的贡献在同一水平,而截留沉积是磷去除的最主要途径。首次采用水生植物滤床作为水源水预处理工艺,最佳水力负荷为2.5～3.0 m3/(m2·d)、水深为10～20cm。夏季对高锰酸盐指数(CODMn)和藻的去除率分别达20%和90%,冬季对CODMn和叶绿素a(Chl.a)的去除率分别为11%和85%。氨氮和浊度的全年去除率均分别达30%和90%。为城镇小型给水厂富营养化水源水预处理提供了一条可选途径。对水生植物滤床去除藻毒素(MC)的特性进行了系统研究。水力负荷为4.0 m3/(m2·d)时藻毒素去除效果较好,总藻毒素、MC-RR、MC-LR的平均去除率分别为59.4%、55.2%和66.0%。MC-RR在滤床中的衰减速度快于MC-LR。总藻毒素的去除与藻细胞总数、Chl.a、CODMn、TP的处理效果呈线性正相关。静态试验表明,植物的存在有利于MC-RR的去除,而光照有利于MC-LR的降解。对水生植物滤床的产品——水生蔬菜的食用安全性进行了研究,水生蔬菜体内重金属Cd、Cr、Cu、Hg、As以及农药六六六、DDT残留量均符合国家食品卫生标准,但发现Pb含量有时超标。结合现场试验和室内静态试验,提出植物套种和定期收割两种方式均可提高水生蔬菜的食用安全性,并在中试基地中成功应用植物套种与定期收割相结合的方式解决了水生蔬菜中Pb含量超标的问题。
论文目录:
摘要
Abstract
符号、缩略词等本论文专用术语的注释表
第一章 绪论
1.1 课题的提出与意义
1.1.1 我国湖泊富营养化现状
1.1.2 水体富营养化及其危害
1.1.2.1 水体富营养化的形成
1.1.2.2 水体富营养化的危害
1.1.3 课题的提出
1.1.4 研究目的与意义
1.2 富营养化水体生态净化技术
1.2.1 湖内生态控制技术
1.2.1.1 利用藻类治理富营养化水体
1.2.1.2 利用微生物净化富营养化水体
1.2.1.3 生物调控技术
1.2.1.4 水生植被构建技术
1.2.1.5 人工浮岛技术
1.2.2 岸边直接净化技术
1.2.2.1 人工湿地技术
1.2.2.2 水耕植物过滤法
1.2.2.3 生态砾石及土壤处理技术
1.3 研究内容与方法
1.3.1 水生植物滤床技术特征简介
1.3.2 主要内容与章节安排
1.3.3 中试工程简介
第二章 植物品种筛选与处理效果评价
2.1 前言
2.2 材料与方法
2.2.1 试验植物及种植方法
2.2.2 试验运行条件
2.2.3 常规监测项目及方法
2.3 试验结果与分析
2.3.1 各植物床对TN 的去除效果
2.3.2 各植物床对TP 的去除效果
2.3.3 各植物床对其他指标的去除效果比较
2.3.3.1 各植物床对COD_(Mn) 的去除效果
2.3.3.2 对悬浮物的去除
2.3.3.3 对叶绿素-a 的去除
2.3.3.4 对氨氮的去除
2.3.3.5 对提高透明度的作用
2.4 小结
第三章 水生植物滤床去除氮磷的工艺特性
3.1 前言
3.2 水力负荷对去除效果的影响
3.3 栽培廊道水深对处理效果的影响
3.4 进水负荷与去除负荷的关系分析
3.5 不同形态氮、磷的去除特性
3.5.1 不同形态氮的去除效果考察
3.5.2 不同形态磷的去除效果考察
3.6 水生植物滤床与潜流式人工湿地的比较
3.7 植物收割频率对处理效果的影响
3.7.1 收割试验方法
3.7.2 收割频率对污染物去除效果的影响
3.7.3 收割频率对蔬菜生物量的影响
3.8 水生植物滤床全年氮磷去除能力评价
3.9 水生植物滤床经济效益分析
3.10 小结
第四章 水生植物滤床去除氮磷的机理研究
4.1 前言
4.2 动力学试验及细菌检测方法
4.2.1 试验运行条件
4.2.2 样品采集
4.2.3 底泥氮、磷释放速率的测定
4.2.4 空心菜的氮、磷吸收速率
4.2.5 硝化潜力的测定
4.2.6 反硝化潜力的测定
4.2.7 硝酸菌、亚硝酸菌的测定
4.3 动力学试验及细菌检测结果分析
4.3.1 底泥氮、磷释放速率
4.3.2 空心菜的氮吸收速率
4.3.3 底泥硝化潜力
4.3.4 底泥反硝化潜力
4.3.5 系统溶解性氮、磷去除能力讨论
4.4 氮磷物料平衡分析
4.4.1 氮磷收支计算方法
4.4.2 收割试验方法
4.4.3 氮磷收支计算结果分析
4.5 小结
第五章 水生植物滤床预处理富营养化原水的工艺性能
5.1 前言
5.2 监测项目及方法
5.3 水力负荷对污染物去除的影响
5.4 栽培廊道水深对污染物去除的影响
5.5 污染物沿程变化
5.6 植物收割频率对水质改善效果的影响
5.6.1 收割试验方法
5.6.2 试验结果分析
5.7 全年运行效果考察
5.7.1 试验运行条件
5.7.2 试验结果与分析
5.7.2.1 对COD_(Mn) 的去除作用
5.7.2.2 对氨氮的去除作用
5.7.2.3 对藻类和叶绿素a 的去除
5.7.2.4 对浊度的去除
5.7.2.5 对UV_(254) 的去除
5.8 小结
第六章 水生植物滤床去除藻毒素的研究
6.1 前言
6.1.1 藻毒素结构性质、生物学效应
6.1.2 微囊藻毒素限量标准
6.1.3 藻毒素的控制与去除
6.2 微囊藻毒素的检测方法
6.2.1 仪器和试剂
6.2.1.1 仪器设备
6.2.1.2 试剂及标样
6.2.2 色谱分析条件
6.2.3 样品前处理
6.2.3.1 胞外微囊藻毒素(EMC)样品前处理
6.2.3.2 总微囊藻毒素（TMC）前处理
6.3 空心菜植物滤床去除微囊藻毒素评价
6.4 空心菜植物滤床去除微囊藻毒素的影响因素
6.4.1 滤床长度对藻毒素去除的影响
6.4.2 水力负荷对藻毒素去除的影响
6.5 不同植物组合方式去除微囊藻毒素效果比较
6.5.1 胞内胞外藻毒素总和（TMC）处理效果比较
6.5.2 胞外藻毒素（EMC）处理效果比较
6.5.3 胞内藻毒素（IMC）处理效果比较
6.6 不同类型湿地生态系统处理微囊藻毒素效果比较
6.6.1 胞内胞外藻毒素总和（TMC）处理效果比较
6.6.2 胞外藻毒素（EMC）处理效果比较
6.6.3 胞内藻毒素（IMC）处理效果比较
6.7 湿地系统去除MC 与其他污染指标之间的关系
6.7.1 与藻细胞去除之间的关系
6.7.2 与Chl.a 去除之间的关系
6.7.3 与COD_(Mn) 去除之间的关系
6.7.4 与TN、TP 去除之间的关系
6.8 温室静态模拟试验
6.8.1 试验材料与方法
6.8.1.1 藻毒素粗提液的制备
6.8.1.2 温室构建及试验容器准备
6.8.1.3 植物准备及试验分组
6.8.1.4 模拟水样配制及植物移入
6.8.1.5 采样
6.8.2 第一批温室模拟试验
6.8.2.1 MC-RR 处理情况
6.8.2.2 MC-LR 处理情况
6.8.3 第二批温室模拟试验
6.9 光照培养植物模拟处理MC 试验
6.9.1 试验方法
6.9.1.1 藻毒素粗提液的制备
6.9.1.2 光照培养植物模拟处理MC 试验
6.9.1.3 植物体内藻毒素检测
6.9.2 试验结果分析
6.9.2.1 不同植物培养液中MC 浓度变化情况比较
6.9.2.2 光照组与黑箱组培养液中MC 浓度变化情况比较
6.9.2.3 水生植物对MC 的生物富集
6.10 小结
第七章 水生植物滤床产品品质及食用安全性研究
7.1 前言
7.2 食用安全性及品质初始评价
7.2.1 蔬菜品质评价
7.2.2 食用安全性评价
7.3 Pb 在水生植物滤床中的分布
7.4 蔬菜食用安全性保障及改善措施研究
7.4.1 APFB 植物套种对食用安全性的影响
7.4.1.1 套种方式对蔬菜食用安全性的影响
7.4.1.2 套种植物生物量配置对食用安全性的影响
7.4.2 收割模式对蔬菜食用安全性的影响
7.4.3 温室静态试验
7.4.3.1 单位种植面积和单位重量植物对水中Pb 的去除能力
7.4.3.2 植物各部位对Pb 的蓄积能力
7.4.4 实验室光照培养箱模拟试验
7.4.4.1 植物生长期对Pb 吸收能力的影响
7.4.4.2 磷酸盐对植物Pb 吸收能力的影响
7.4.4.3 pH 对植物Pb 吸收能力的影响
7.5 小结
第八章 结论与建议
8.1 结论
8.2 论文创新之处
8.3 建议
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
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发布时间: 2007-06-11
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