《关于在中国结合稳定塘与人工湿地处理富营养化湖水的试》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关于在中国结合稳定塘与人工湿地处理富营养化湖水的试（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、关于在中国结合稳定塘与人工湿地处理富营养化湖水的试验性研究摘要：相比于传统的技术，稳定塘与人工湿地相结合的处理系统因其低能耗、低成本与低维护而显得十分有用。结合稳定塘与人工湿地的处理技术作为富营养化湖水的初步处理被应用于中国云南星云湖。水质指标取于试验阶段，结果表明该技术对硝酸盐氮、非离子氨、叶绿素a以及海藻有很高的去除率，其最终去除率依次为95.20%, 93.33%, 98.45% 和 99.87%。对于BOD、COD、总磷和总氮的去除率达到60.84%, 34.80%, 68.83% 和 50.00%。一阶去除模型通过在人工湿地中去除污染物来测试。然而，湿地植被造成的水流拖拽力和暴雨造成
2、的污染物浓度急剧上升导致了动力模型预测结果失准。这意味着，把暴雨在水文学和生态学上的影响，包括对植物与微生物繁殖的影响考虑在内会得到更好的预测效果。引言在中国，快速的城市化与工业化导致水的过度消耗与水质量下降。被污染的水源，如富营养化污水被排入河流前的处理十分重要。由于人口不断增加使得工业和农业不断发展来满足人类需求，从而导致水生态系统的破坏与水污染物的不断增长。众所周知，水体中的可溶解氮与磷化物能促进水面营养化，从而导致藻类疯长，水透明度下降，产生恶臭，随后，水体就变得越来越差。稳定塘是生物处理工序中最简单的类型，其相对简单与低操作成本使其成为首选的工艺，用于控制、处理和清除工业废水以及小乡
3、镇的生活污水。其较长的水力停留时间和良好的稀释能力使稳定塘能够承受有机物与液压冲击的负荷。这种方式建立于自然过程的基础上，在水生植物（包括挺水与沉水植物）的帮助下去除不同物质。因为人工湿地工艺技术较简单，操作成本低，因此对于发展中国家来说是一种很有效处理系统，特别适合处理不同污染源，如城市或农业径流的污染物。很多时候，人工湿地能用当地材料建成，从而明显降低建筑成本。对于湿地生态系统，不论是挺水还是沉水的湿地植物都有其生物学功能的价值，其功能包括对营养素、杀虫剂和重金属的植物修复。湿地植物的物质容量能提高各个海峡的表面面积或者粗糙程度，从而降低水流速度和改善污染物质的沉淀与降解，进一步影响水流的
4、水动力过程。而这种功能经常被这些生物学文献忽视了。目前，结合稳定塘和人工湿地对富营养化湖水进行预处理的研究还比较少，而有关叶绿素a和藻类去除率的学术研究也很少。本次工艺由四部分组成，包括两个稳定塘和两个自由面的人工湿地。在中国，对于净化此类规模的富营养化景观水的技术来说，本次工艺是更加成功的应用。由于一阶去除模型还没有在湿地处理富营养化湖的情况中应用过，因此本论文宗旨在于评价与对比各种处理方法的去除率。此外，本次研究还通过运用水力停留时间的一阶模型来评价各种处理污水的方法。物质与方法此处理方法的概况如图一所示：SP1初级生物池 1#-进水口取样点CW1初级沙砾湿地 2#，3#，4#，5#-内部
5、相邻单元取样点SP2二级生物池 6#-出水口取样点CW2二级沙砾湿地P最终混合池湿地处理工艺的描述本次研究在中国云南省的星云湖进行，该地夏天雨水充足，属于温暖潮湿的气候类型。此处理系统包括SP1，CW1，SP2，CW2（串联在一起的），其面积依次为：145.5 m2 (19.4m长; 7.5m 宽), 314.6 m2 (16.3m长; 19.3m 宽), 125.1 m2 (13.6m 长; 9.2m 宽)and 349.5 m2 (14.5m 长; 24.1m宽)，其相应的水里停留时间依次为7.0,2.5,7.6,2.5小时。此流动系统采用重力流动，使其操作方便和节约。在SP1里种植凤眼莲
6、，在CW1中种植芦苇，龙舌兰和蒲黄，SP2中种植水浮萍和凤眼莲，CW2中种植花叶芦竹和美人蕉。这些植物因为它们的固有属性而能很好的适应处理工艺的环境。这些植物因为其对营养物的摄取能力而被采用，而从审美角度来看，这些植物的花的颜色的选取也会考虑在内。它们容易获取而且便宜，从而降低物料成本。水质参数的测量此处理系统于2001年9月至2003年3月间操作。所有样本取于云星环境监测站。每个月从该系统中的六个取样点取样：在系统进水口与各个单元的出水口处（如图1所示）。所有样品均被立刻送回实验室并在分析前储存于4的环境中。这些样本均依照中国标准方法（中国国家环境保护法，2002）进行筛选和获取。物理化学水
7、质参数，如pH，DO，水温等，均在原位用pH仪表，DO仪表和温度计等测得。数据分析本次统计与方差分析运用excel2003与SPSS17.0依次得出。必需时会把数据转换成自然对数来近似估算出一个正常的概率函数。正常状态和同质的方差用Kolmogorov-Smirnov标准来检验。积距相关系数从变量相关性中寻找得出，显著差异通过方差分析可得。笔者用每月的平均流入量、平均流出量和处理容量计算水力停留时间（如式1所示），Kadled and Knights (1996) k-C*模型用于计算基于实测流入与流出的浓度的月速率常量。注：V处理容量（m3），Q平均净流入污染物（=流入量-流出量）（m3/天
8、）C*背景浓度（藻类单位为104/L，叶绿素a的单位为mg/m3或者mg/L）HRT水力停留时间（单位：天）进水水质的背景浓度分别为：BOD5为3.11 mg /l, CODMn为 5.08 mg /l, 总磷为0.077 mg /l, 总氮1.03 mg /l, 藻类261.74 *104 /L, 叶绿素a 为32.95 mg/m3, 非离子化氨浓度为0.060 mg/l.结果生物需氧量（BOD5）去除 在试验阶段中，点6#的最终去除率达到60.4%（如表1所示）。在各取样点中，点2#和点4#的去除率分别为22.28% 和 41.83%。Tsalkatidou(2009)等人研究表明BOD5
9、的去除受到植物的影响。对于处理生活污水，无植物的湿地中BOD5的浓度比有植物的湿地的BOD5要低。Cameron（2003）等人的研究也表明，在处理城市污水的SF人工湿地系统中，BOD5的浓度减少达34%。化学需氧量（CODMn）去除与以上BOD5去除效果类似，CODMn在点2#和点6#的浓度比在点1#的低。在通过整个处理过程后，最终去除率只有34.8%（如表1所示）。由于污染物XYL主要来源于城市与农村地区，其最终去除率比BOD5的去除率更低。在所有取样点中，2#和4#的去除率依次只有4.78%和6.95%。这意味着如果仅依靠此处理系统，CODMn的去除效果将很有限。总氮去除 总氮去除机制在
10、稳定塘与人工湿地系统中显得十分复杂，其包括硝化作用、反硝化作用，以及植物与微生物对其摄取等。几个关于利用人工湿地去除氮的试验性研究结果表明，很多情况下，无植物处理比有植物处理后的氮去除率要低。植物在生长过程中，溶解态的无机氮被吸收、储存形成生物质。然而，在植物呼吸过程或死亡后，生物质又重回到无生命的有机和无机物质中。除了2002年5月至2002年6月所测数据外，大多数后续处理单元的总氮含量比进口处的浓度要低。点2#和点4#的去除率分别为负值和13.97%。出口处的最终去除率达50%（见表一）。Cameron（2003）等人的研究也表明，在处理城市污水的SF人工湿地系统中，总氮的浓度减少达37.
11、3%。氨氮去除在导致富营养化过程中，氨氮是其中一个十分重要的污染源。在实验过程中，点1#的氨氮浓度在2002年五月到六月这段时间突然增大，与此同时，后续取样点的样本浓度也相应提高。在出口处的最终去除率为54.31%（见表一）。Cameron (2003)等人的研究也表明，在处理城市污水的SF人工湿地系统中，氨氮的浓度减少达51.72%。Reed and Brown(1992) 认为，在通过初级人工湿地处理之前，如池内含高浓度的藻类生物量，通常会导致人工湿地出水口处氨氮的浓度增大。人工湿地在水中去除藻类和后续的藻类分解中会产生额外的氨，而这些额外产生的氨因湿地中缺乏溶解氧而不容易进行硝化作用，从
12、而导致去除率较低。硝酸盐氮去除在导致富营养化过程中，硝酸盐氮也是其中一个十分重要的污染源。从2002年7月到2003年3月，各取样点的硝酸盐氮浓度趋于低于0.5Mg/L.在整个试验阶段中，出口处的最终去除率达95.2%（见表一），说明硝酸盐氨有很高的去除率。低溶解氧浓度处理能获得少量的硝酸盐氮，这少量的硝酸盐氮支持反硝化作用是其主要机制。非离子氨去除在实验阶段中，从2002年5月到10月，点1#的非离子氨浓度突然增加，其随后的采样点测得的浓度也相应增加但在该阶段达到峰值。所有非离子氨浓度水平均低于0.2mg/L，在出水口的最终去除率达93.33%（见表一），这意味着系统对非离子氨的去除率更高。
13、总磷去除总磷去除机制包括酶作用物的吸附作用，生物质储存和新沉淀物的构成。许多研究提到总磷去除受介质床影响，与过滤物质的物理化学和水文学特性有关。植物、藻类和微生物都以磷作为必须营养素，然而在磷去除的同时，生物磷也被一并去除。植物在生长过程中，溶解态的无机或有机磷被吸收、储存形成生物质。但这些营养素会在植物腐烂后返回到这系统中。因此，为了保持该系统的稳定去除效果，这些依靠生物质吸收磷的植物会定期被收割。在实验过程中，大部分后续取样点中的总磷浓度因进水的用途不同而有所变化，而最终去除率为68.83%（见表一）。叶绿素a去除在实验过程中，特别在点6#取样处，绝大部分叶绿素a浓度维持在较低水平。当藻类
14、剧增时，叶绿素a浓度也相应增高，其最终去除率达到98.45%（见表一），这意味着该处理系统能有效去除叶绿素a。藻类去除在实验过程中，后续的处理单元中的大部分藻类浓度维持在较低水平，特别在点6#处，甚至能达到0。在出水口的最终去除率达99.87%（见表一），这意味着该系统对藻类有很高的去除率。从这研究中的数据可知，在实验过程中，系统对叶绿素a、非离子氨和藻类有很高的去除率。进水与出水的营养素浓度受暴雨影响，这意味着污染物的表面径流不能忽视。讨论各个处理单元去除率分析从以上实验结果可知，结合稳定塘和人工湿地处理富营养化湖水的应用所得到的去除率中，对硝酸盐氮、非离子氨、叶绿素a和藻类的去除率很高，它
15、们最终去除率依次达到95.20%, 93.33%, 98.45% 和 99.87%。主要依靠植物吸收来去除氮。Lamchaturapatr (2007)等人研究表明，在很多情况下，与有植物处理工艺比较，无植物处理工艺对氮的去除率相对较低。在实验过程中，CODMn and BOD5的去除率维持在中等水平而且较少有波动。在通过处理系统后，它们对有机物的载荷量只减少30%到50%，换而言之，这意味着它们的去除率是有限的。在实验过程中，总氮和总磷的去除率大约维持在50%。通常，溶解态的无机磷和氮被吸收、储存形成生物质。Senzia (2003) 等人研究表明，如果每年都能清除地上生物量，进水中的氮有1
16、1.9%能被去除。为了维持去除率的持续性，吸收磷和氮的植物需在腐烂前被清除，这样能够帮助提高去除率的有效性。Thullen(2005)等人的研究也表明，适当的植物管理不但能提高处理效果，还能大大提高人工湿地的野生动植物价值。各变量间的相关系数各变量间的相关系数用以下方程式计算所得，结果如表二所示。注：和为参数值， 和 为这两种参数的均值，相关系数从-1到+1之间变化，当为-1时表示完全无相关性，当为+1时表示完全相关。 根据表二的数据，与CODMn 值相关性较大的变量是BOD5 (r绝对值 =0.984) 和 总磷 (r绝对值=0.984)，与总氮值相关性较大的变量是氨氮 (r绝对值=0.921) 和总磷 (r绝对值=0.956),非离子氮与叶绿素a(r绝对值=0.9
