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1、活性基质强化人工水培湿地系统净化景观水体的试验 指导老师：李春杰 小组成员：孟莎 覃宇 汤瑜 阎昌云 张伟 吉宏坤 实验目的 实验目的 1、了解湖泊河流等水体富营养化的实验背景，加深对我国自然水体污染现状的认识。 2、了解人工湿地系统的相关知识，掌握人工水培湿地系统的搭建和运作技术，尤其是 人工水培湿地中活性基质的铺设技术。 3、掌握水培植物的育苗栽种技术，掌握有关水培植物的具体水培技术。 4、熟悉并熟练掌握测定水体各项指标的能力，掌握分析实验结果的能力。 实验原理 实验原理 洱海地跨大理市、洱源县，属澜沧江水系。流域面积 2565km2,流域总人口达 60 多万,是大理人民的生命之源， 也是
2、大理州赖以生存和发展的基础。 随着湖区人口的增加和区域经 济实力的增强， 增大了对湖泊和流域自然资源开发利用的深度和广度， 环境问题也呈日益显 现。目前，富营养化、蓝藻爆发、鱼类骤减，时刻威胁着洱海的自然生态平衡。洱海的主要 水源来自北部，而罗时江入湖河道占洱海流域污染总量的 70%以上。要治理洱海的自然生态 环境失衡的问题，首先得从源头抓起。1 人工湿地是个完整的生态系统，它由水体、基质、水生植物和微生物四个基本组成要素 构成。人工湿地能利用基质、微生物、植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的协同作 用，通过土壤吸附、植物吸收、生物降解来实现对废水的高效净化，实现废水的资源化与无 害化，是
3、一种生态治理污水的方法。2 本实验的处理对象是模拟罗时江的入湖河水，主要污染为氨氮、磷等，水体为地表 V 类水。其中磷浓度为 0.130.15mg/L,氨氮浓度为 2mg/L。因此选择填料方面选择对氮磷去 除效果好的材料。 天然沸石是一种无机离子交换材料 对水体中的重金属离子以及氨氮具有良好的交换能 力，同时，沸石带负电荷的骨架使它的表面具有极性，对有机极性小分子具有良好的吸附性 能日。其内表面有很大的孔穴，可吸附并储存大量的分子，具有选择吸附和缔分性能及独特 的离子交换性能，因此其吸附量要比一般固体颗粒大得多。另外，天然沸石在我国资源丰 富、价格低廉，在水处理方面有着很好的应用前景。3 水化
4、硅酸钙，白色，质轻，目前主要用作保温材料。硅酸钙保温材料是以氧化硅(石英 砂粉、硅藻土等)，氧化钙(也有用消石灰、电石渣等)和增强纤维(如石棉、玻璃纤维等)为 主要原料，目前也有将它用作富含磷溶液中的磷回收材料。磷酸根离子在水中的去除，主要 是磷酸根离子与水体中的钙离子结合， 以羟基磷酸钙晶体析出。 向污染水体中投加水化硅酸 钙。为羟基磷酸钙的析出，提供晶种，诱导水中的磷酸根离子与钙离子结合。以晶体形式析 出，并附着在硅酸钙表面，从而达到除磷目的。4 本装置中采用空心菜作为水生植物。 在考虑到温度和光照条件下， 空心菜相对其他湿地 植物，生长速度，生命力方面表现都很突出，作为夏季时段的湿地植物
5、效果很好。同时可以 通过多次收割，得到良好的经济回馈。 实验步骤 实验步骤 （一）人工水培系统的搭建和运行 本研究采用另一种水平表面流人工湿地小试反应装置。 其长度为 110cm, 高为 45cm， 宽 度为 40cm。水深为 40cm, 水面上架白色薄泡沫板，间隔为 10cm10cm 扦插空心菜。装置分 别记为 HW1，HW2。 装置简图如下： 装置 平面尺寸/m有效水深/m流态植物 填料 1 填料 2 HW1 1.10.4 0.4 水平空心菜无 水化硅酸钙 粒径 35cm HW2 1.10.4 0.4 水平空心菜沸石 粒径 35cm 水化硅酸钙 粒径 35cm 反应器进水模拟罗时江入湖河水
6、， 并联进入 2 个人工湿地的反应装置。 人工湿地试验装 置采用 BT100-100M 型兰格泵控制进水量，全天 24h 连续运行。水力停留时间为 2d，水力负 荷为 500L/(m2d)。 进水水流由蠕动泵控制流量， 先进入水培水箱前的布水区。 在布水区与水培区之间的挡 板下部，分布有数排等间距小孔；水培区下部，根据实验要求填有的约 1/2 水深的填料 1。 进水从布水区经过小孔进入水培区，而首先与填料 1 接触。水流经过水培区植物根部，越过 水平堰溢流至填有填料 2 的区域。 填料 2 区域下方出水一侧下方， 同样分布有数排等间距小 孔。水流最终由小孔流出，而后流出装置形成出水。 （二）水
7、培植物的培育 首先将空心菜在育苗盘里进行育苗，取育苗盘三个，编号为 P1#、P2#和 P3#，每个育苗 盘 50 个孔穴中每个孔穴分别播种 4 粒完好的空心菜，每个育苗盘中共计播种 200 粒种子， 将 3 个育苗盘置于人工气候室中。设定温度为 27恒温，光照为 4000lx。试验装置在 2011 年 5 月初启动，每隔 24 小时浇灌一次水，浇灌时以水完全浸透育苗基质并在基质表面有蓄 水不渗下为准，20 天后移栽。 （三）水样指标的测定 在进水箱、以及装置 HW1、HW2 的水培箱、出水口处分别采取水样，每批共 5 个水样， 每两天为一周期。其中，第一天在进水箱中采取进水水样，并于 4下保存
8、；第二天一次性 取其他四个水样，从而与进水水样同时测定。测定前，采用 0.22m 滤膜真空抽滤，得到澄 清滤液，作为原始水样。 各个水样需测定正磷酸盐 （-3 4PO） 、 氨氮 （N-NH3） 、 总氮 （TN） 、 化学需氧量 （COD）共四个水质指标，测定（显色）方法根据以下国家或行业标准： GB 11893-89 水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法 HJ 536-2009 水质 氨氮的测定 水杨酸分光光度法 GB 11894-89 水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 HJ/T 399-2007 水质 化学需氧量的测定 快速消解分光光度法 装置运行时间为 2011 年 5
9、月 24 日至 6 月 7 日，期间共取 8 批水样。 实验数据 实验数据 1）正磷酸盐（-3 4PO） 日期 5.24 5.265.285.306.1 6.3 6.5 6.7 吸光度 0.069 0.0690.0690.0660.0680.070 0.065 0.067进水 浓度 0.140 0.1400.1400.1340.1380.142 0.132 0.136 吸光度 0.051 0.0620.0550.0090.0070.007 0.013 0.013 浓度 0.104 0.1260.1120.0180.0140.014 0.026 0.026水培 无基质 去除率 0.261 0.1
10、010.2030.8640.8970.900 0.800 0.806 吸光度 0.007 0.0140.0220.0070.0070.005 0.010 0.007 浓度 0.014 0.0280.0450.0140.0140.010 0.020 0.014出水 无基质 去除率 0.899 0.7970.6810.8940.8970.929 0.846 0.896 吸光度 0.051 0.0640.0520.0060.0040.014 0.019 0.015 浓度 0.104 0.1300.1060.0120.0080.028 0.039 0.030水培 有基质 去除率 0.261 0.072
11、0.2460.9090.9410.800 0.708 0.776 吸光度 0.007 0.0090.0210.0020.0010.005 0.009 0.006 浓度 0.014 0.0180.0430.0040.0020.010 0.018 0.012出水 有基质 去除率 0.899 0.8700.6960.9700.9850.929 0.862 0.9102）氨氮（N-NH3） 日期 5.24 5.265.285.306.1 6.3 6.5 6.7 吸光度 0.295 0.2950.2830.5190.2610.2050.812 0.238进水 浓度 2.785 2.7852.6724.9
12、002.4641.9351.917 2.247 吸光度 0.190 0.2530.2170.4230.1430.1070.515 0.129 浓度 1.794 2.3892.0493.9941.3501.0101.216 1.218水培 无基质 去除率 0.356 0.1420.2330.1850.4520.4780.366 0.458 吸光度 0.237 0.2370.2650.2510.0590.0700.306 0.073出水 无基质 浓度 2.238 2.2382.5022.3700.5570.6610.722 0.689 浓度单位无特殊说明，均为 mg/L。 去除率 0.197 0.
13、1970.0640.5160.7740.6590.623 0.693 吸光度 0.115 0.1650.1460.3070.0830.0710.261 0.058 浓度 1.086 1.5581.3782.8980.7840.6700.616 0.548水培 有基质 去除率 0.610 0.4410.4840.4080.6820.6540.679 0.756 吸光度 0.085 0.1400.2070.2550.0400.0610.183 0.056 浓度 0.803 1.3221.9542.4080.3780.5760.432 0.529出水 有基质 去除率 0.712 0.5250.269
14、0.5090.8470.7020.775 0.7653）总氮（TN） 日期 5.24 5.26 5.28 5.30 6.1 6.3 6.5 6.7 275nm 0.004 0.004-0.003-0.005-0.0020.015 0.001 0.002 220nm 0.799 0.7990.9400.5060.8800.506 0.820 0.805 差值 0.791 0.7910.9460.5160.8840.476 0.818 0.801进水 浓度 10.745 10.74513.15916.15312.19314.595 11.165 10.900 275nm 0.013 0.0040.
15、003-0.0050.003-0.002 0.002 0.002 220nm 0.776 0.7980.7670.4290.6690.395 0.683 0.667 差值 0.750 0.7900.7610.4390.6630.399 0.679 0.653 浓度 10.106 10.72910.27713.1558.75111.597 9.000 8.595水培 无基质 去除率 0.059 0.0010.2190.1860.2820.205 0.194 0.211 275nm 0.015 0.005-0.017-0.005-0.003-0.014 0.007 0.004 220nm 0.76
16、1 0.7840.7880.4530.5580.326 0.560 0.579 差值 0.731 0.7740.8220.4630.5640.354 0.546 0.571 浓度 9.810 10.48011.22714.0897.2099.845 6.928 7.318出水 无基质 去除率 0.087 0.0250.1470.1280.4090.325 0.379 0.329 275nm 0.017 0.005-0.018-0.007-0.001-0.015 -0.020 -0.001 220nm 0.642 0.7480.6550.4610.6770.357 0.621 0.633 差值 0.608 0.7380.6910.4750.6790.387 0.661 0.635 浓度 7.894 9.9199.18714.5579.00011.130 8.720 8.315水培 有基质 去除率 0.265 0.0770.3020.0990.2620.237 0.219 0.23
