（市政工程专业论文）生态浮床技术净化城市景观水体的试验研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 本论文选择美人蕉、黄菖蒲作为生态浮床栽培植物，通过静态模拟实验，研究了二 者单独和混合等量种植时对受污染景观水体的净化效果及该技术对保障再生水源景观 水体水质的效果及规律。实验设空白对照、美人蕉、黄菖蒲、美人蕉黄菖蒲混种四个系 统，主要实验结果如下： ( 1 ) 生态浮床净化景观水体的试验发现，美人蕉、黄菖蒲在受试水体中能够正常 生长，二者无论是单独种植还是混合种植，其净化效果均明显好于空白对照。其中黄菖 蒲对t n 的去除效果最好，去除率为6 9 4 ；美人蕉对t p 的去除效果最好，去除率为 7 0 5 ；二者混种对t n 、t p 的去除效果均较好，去除率分别为4 , 7 8 、5 6 8 。美人蕉、 黄菖蒲均可作为景观水体的净化和修复植物。 ( 2 ) 生态浮床净化再生水源景观水体的试验是在前一阶段试验基础上进行的，此 阶段植物己接近生长巅峰，污染物通过植物吸收去除的量减少，微生物代谢是其去除的 主要途径，所以该阶段浮床系统对各污染指标的去除率差别不大且较前一阶段低。美人 蕉、黄菖蒲及二者混种系统对t n 的去除率分别为4 0 3 、5 1 2 、4 9 9 ；对n h 4 十- n 的去除率分别为9 9 1 、9 8 8 、9 8 7 ；对t p 的去除率分别为4 6 2 、4 1 o 、4 6 7 ； 对c o d m n 的去除率分别为3 1 0 、3 2 6 、3 4 o 。 ( 3 ) 通过分析浮床系统对t n 、t p 的去除效果与试验时间的关系得出，美人蕉、 黄菖蒲及二者混种对t n 、t p 的去除规律均符合三次方函数关系，拟合曲线的相关系数 r 2 在o 9 2 以上，甚至达到0 9 9 。因此可以预测，随着试验时间的延长，t n 、t p 的去 除效果将更好。 生态浮床技术作为一种低成本、能持续去除水体中氮磷等污染物质的原位生态修复 技术，能有效改善水体的感官性状，防止水体富营养化，适宜在景观水体的修复及治理 中推广应用。 关键词：景观水体，生态浮床技术，再生水，生态修复 山东建筑大学硕士学位论文 s t u d y o nt h es c e n i cw a t e r p u r i f i c a t i o nb ye c o l o g i c a lf l o a t i n gb e d s u n y u a n k u i ( m u n i c i p a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yl i m e i a b s t r a c t t h i sp a p e rw es e l e c t e dc a n n ag e n e r a l i sa n di r i sp s e u d a c o r u sa st h et e s t e dp l a n t s w h i c hw e r ep l a n t e di nt h ee c o l o g i c a lf l o a t i n gb e d s b a s e do nt h es t a t i cs i m u l a t i o nt e s t s ， w ea n a l y z e dt h ep u r i f i c a t i o ne f f e c t sa n dr u l e so fe c o l o g i c a lf l o a t i n gb e dt e c h n o l o g yo n p o l l u t e ds c e n i cw a t e rb o d y , a n da l s ot h ee f f e c t so ft h et e c h n o l o g y o nc o n t r o l l i n gt h e w a t e rq u a l i t yo fr e c l a i m e dw a t e ri ns c e n i cw a t e r s t h ee x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u ti n f o u rw a t e rt a n k s ：c kc a n n ag e n e r a l i s ，i r i sp s e u d a c o r u sa n dm i x e dp l a n t i n gs y s t e mo f b o t hp l a n t s c o n c l u s i o n sw e r es u m m e du pa st h ef o l l o w i n g ： f i r s t l y , t h et e s to fp u r i f i c a t i o ne f f e c t sa m o n gt h ef o u rt r e a t m e n t ss h o w e d t h a tb o t hc a n n a g e n e r a l i sa n di r i sp s e u d a c o r u sg r e w w e l la n dt h ep u r i f y i n ge f f i c i e n c yo fp l a n t e d t r e a t m e n t sw e r es u p e r i o rt ou n p l a n t e dt r e a t m e n t ss i g n i f i c a n t l y i r i sp s e u d a c o r u sg i v e s t h eh i g h e s tr e m o v a lr a t eo ft n ，t h er e s u l ti s6 9 4 ；c a n n ag e n e r a l i sg i v e st h eh i g h e s t r e m o v a lr a t eo ft p , t h er e s u l ti s7 0 5 ；t h em i x e df l o a t i n gb e ds y s t e mg i v e sb o t hg o o d r e m o v a lr a t e so ft n 、t p , t h er e s u l t sw e r e4 7 8 、5 6 8 s ob o t ht h et w op l a n t sc o u l db e u s e dt op u r i f yp o l l u t e ds c e n i cw a t e r s s e c o n d l y , b a s e do nt h ep r e v i o u se x p e r i m e n t ，t h et e s to fp u r i f i c a t i o ne f f e c t so ft h e r e c l a i m e dw a t e rr e u s e di nl a n d s c a p ew a t e rb o d yw a sc o n d u c t e d b e c a u s eo ft h ep l a n t sh a v e g r o w nt ot h ep e a k ，t h eq u a n t i t yo fp o l l u t a n t sr e m o v e db yp l a n t sr e d u c e m i c r o b i a l m e t a b o l i s mp l a y e das i g n i f i c a n tr o l ei nt h ep o l l u t a n t sr e m o v a l ，s ot h er e m o v a lr a t e so fa l lt h e t h r e ef l o a t i n gb e d s y s t e m sw e r ec l o s et oe a c ho t h e r t h et n r e m o v a lr a t e so fc a n n ag e n e r a l i s ， i r i sp s e u d a c o r u sa n dm i x e dp l a n t i n gs y s t e mw e r e4 0 3 、51 2 、4 9 9 ，t h et pr e m o v a l r a t e sw e r e4 6 2 、4 1 o 、4 6 7 ，t h en h 4 + nr e m o v a lr a t e sw e r e9 9 1 、9 8 8 、9 8 7 ，t h e c o d m nr e m o v a lr a t e sw e r e31 o 、3 2 6 、3 4 o 1 1 山东建筑大学硕士学位论文 t h i r d l y , b ya n a l y z i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er e m o v a lr a t e so ft n 、t pa n dt h e l e n g t ho ft e s tt i m e ，w ec a nf i n dt h a tt h er u l e so fp o l l u t a n t sr e m o v a lw e r ec o n f o r mt ot h e c u b i cf u n c t i o n t h ei n t e r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t so ft h ef i t t i n gc u r v e sw e r em o r et h a no 9 2 e v e nt o0 9 9 s oi tc a nb ec a l c u l a t e dt h a tt h er e m o v a le f f e c t so ft n 、t pw i l lg r o wb e t t e r a st h et e s tt i m eg o e s i nc o n c l u s i o n ，t h ee c o l o g i c a lf l o a t i n gb e dt e c h n o l o g yc o u l db ea p p l i e dw i d e l ya s o n eo fh i g he f f i c i e n ta n de c o n o m i cb i o l o g yr e s t o r et e c h n o l o g yi ni m p r o v i n gw a t e r q u a l i t yo fs c e n i cw a t e rb o d i e s k e yw o r d s ：s c e n i cw a t e rb o d y , e c o l o g i c a lf l o a t i n gb e d ，r e c l a i m e dw a t e r , e c o l o g i c a l r e p m r i i i 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而 使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人承担本声明的法律责任： 学位论文作者签名：因：型玺日期塑也：墨! ! 鱼 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件扣 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、 汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名：因：煎金日期迦：! ! ：! ! 曼 导师签名：拙日期匹l q ：6 1 垒导师 签 名：一4 阻一 日期 一匹l 皿业 山东建筑大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 水是环境中最活跃的因子，是孕育人和城市的重要载体，是人类文明的发祥地。随 着社会的发展、生活水平的提高，人们逐渐意识到高品质的生活还需要有良好的生态环 境，而水环境无疑是构成自然和谐的生态环境的第一要素。因此，近年来各种以水为主 题的公园、住宅小区大量涌现，城市景观水体的开发成为各个城市生态建设的重要内容。 城市水面通常包括自然水面( 如大小湖泊、河流等) 及人工水环境( 如人工湖、护城河、 小区水景等) ，其中城市景观水体主要是指小型的天然湖泊、人工湖泊及公园、小区、 ： 公共场所的水景【1 4 1 ，多是利用天然水体改造或完全由人工建造的用于观赏、娱乐或美 化环境的封闭、半封闭水体。 城市景观水体是城市水资源的重要组成部分，具有重要的功能。 ( 1 ) 城市景观水体能调节当地的生态环境，是维系生物繁衍和生存不可缺少的要 素，是保持生物多样性、维持生态平衡的基本保障。它能滋润草木植被、净化空气、调 节气候，是改善城市小气候，缓解城市热岛效应的重要手段。 ( 2 ) 城市景观水体为市民提供了休闲娱乐的场所，使人们可以亲近自然、放松心 情，提高生活质量。开发滨水丰富多彩的旅游娱乐活动能使人产生回归自然的轻松情怀， 为现代人缓解工作生活中的压力。 ( 3 ) 城市景观水体还是重要的旅游资源，良好的水环境能为城市增色，从而促进 旅游业的发展。总之，城市景观水体可为一个城市带来环境、经济和社会效益，在建设 生态服务功能、社会经济功能和景观视觉效果均佳的可持续发展的城市生态系统中，发 挥着特有的、无可替代的作用和地位。 1 2 研究背景 1 2 1 城市景观水体污染现状及原因 城市景观水体补给量少，为流动性差的相对封闭缓流水体，相对水库、河流而言， 具有水域面积小、水环境容量小、易污染、水体自净能力差等特点，加之初始设计的局 山东建筑大学硕士学位论文 限性、后期的污染以及水质监管薄弱等因素，城市景观水体的水质正遭受日益严重的污 染。据统计，我国9 0 以上的公园水体都遭到不同程度的污染，化学需氧量、生化需氧 量、总氮、总磷和氨氮等指标，大都低于地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 - - 2 0 0 2 ) i v 类水质标准，更不符合景观娱乐用水水质标准( g b l 2 9 4 1 - - 9 1 ) 【5 】，表1 1 为我国 相关景观用水的水质标准。2 0 0 8 年，在对部城市内湖的水质评价中发现，北京昆明湖 为类水质，处于中营养状态；杭州西湖、南京玄武湖、济南大明湖为劣v 类水质，处 于轻度富营养化状态；武汉东湖为劣v 类水质，处于中度富营养化状态，各湖泊的主要 污染指标是总氮和总磷【6 】。由此可见，我国城市景观水体的污染问题已十分普遍，严重 影响了周围居民的生活质量和亲水意愿。 表1 1 相关景观用水水质标准m g l - 1 景观娱乐用水水质标准( g b l 2 9 4 1 - - 9 1 )g b 3 8 3 h 0 0 2 项目 与人体直接接触的 与人体非直接接触的一般景观用水水体类v 类 色度颜色无异常变化 颜色无异常变化 盟5 o 嗅 不得含有任何异嗅不得含有任何异嗅无明显异嗅 透明度i 庀1 21 2o 5 p h6 5 名56 5 召56 5 召5 6 - 9 6 9 溶解轮54332 氨氮s 0 50 5o 51 5 2 0 总氮s1 52 0 总磷s o 0 2 0 0 2 0 0 5 0 10 2 c o d u 雠 美人蕉 空白系统。在相同试 验条件下，三种植物浮床系统中之所以黄菖蒲对t n 的去除效果最好，是由于其在生长 山东建筑大学硕士学位论文 过程中能更多地吸收并积累氮元素且生物量较大。 ( 2 ) 对n h 4 + - n 的去除效果 各系统对试验水体中n h 4 + - n 的去除效果见图3 3 。 0l o2 03 04 05 0 天数d 图3 3 试验水体中n h ；- n 的去除效果 由图3 3 可见，各系统对氨氮的去除效果均很好，且去除速率较快。在试验初期的 1 0 天内，空白系统、美人蕉、黄菖蒲、混种系统内水体的n h 4 + - n 浓度即由1 5 2 m g l 分别降至0 2 4 m g l 、o 11m g l 、0 2m g l 、o 17m g l ，去除率在8 4 2 , - - 9 2 8 左右，去 除效果十分明显，而至实验结束时，n h 4 + - n 的最终去除率为8 8 2 * o , - - 9 0 1 ，两者相差 很小，这说明水体中存在着相当数量的硝化细菌，能在短期内即可将氨氮去除。王超【6 8 】 等对黄花水龙等3 种植物对氨氮的吸收效果研究也有类似的结果。浮床系统的氨氮去除 曲线波动是由于植物根系腐败产生n h 4 + - n 重新释放到水体中，造成其浓度略有升高。 ( 3 ) 对t p 的去除效果 各系统对试验水体中t p 的去除效果见图3 4 。 由图3 4 可见，各植物浮床系统的去除效果好于空白对照系统，其中美人蕉、混种 系统对t p 的去除效果最好，基本呈直线趋势下降，到试验结束时，二者的t p 浓度已 降至o 1 3 m g l 、o 1 9 m g l ，去除率分别为7 0 5 、5 6 8 。而黄菖蒲和空白对照系统对 t p 的去除效果要差些，其去除率为3 6 4 和3 4 。浮床植物在磷的去除中发挥了重要 作用6 9 , 7 0 ，一方面植物通过同化作用吸收磷，合成植物细胞；另一方面，植物根系上附 着了大量微生物，能够摄取磷元素合成a t p 和聚磷酸盐。试验中期，空白对照水体中 藻类开始大量繁殖，并迅速布满了水箱四壁及底部，由于藻类亦能吸收、吸附磷元素 6 4 2 l 8 6 4 2 0 i l 0 o o o 喘m酶蹶 山东建筑大学硕士学位论文 7 1 - 7 3 】，所以对照水体中的t p 去除率也达到了较高的3 4 。 o 天数d 图3 4 试验水体中t p 的去除效果 o1 02 03 0 天数d 6 0 图3 5 试验水体中c o d m 。的去除效果 ( 4 ) 对c o d m n 的去除效果 各系统对试验水体中c o d m n 的去除效果见图3 5 。 本试验水体中的c o d 主要通过沉淀作用、植物根系吸附截留和根系微生物代谢 分解来去除，所以植物浮床系统对c o d m n 的去除效果稍好于空白对照系统。在试验初 期，c o d 主要通过沉淀作用去除，所以各系统的去除效果相当且去除速度较快。随 着浮床系统中植物直根和须根的不断生长，根系对c o d m n 的吸附截留作用逐渐增强， 所以浮床系统c o d m n 的去除效果逐渐提高。而且发达的根系还为微生物提供了附着空 5 4 5 3 5 2 5 l 4 仉 3 m 2 n j m 仉 m 眈 n 叭 m 1 m m 5 6 5 5 5 4 6 5 4 巨qou 山东建筑大学硕士学位论文 删，微生物能摄取水中有机物来合成自身组织，对c o d 的去除起了一定的作用。最 终，美人蕉、黄菖蒲、混种和空白对照系统的去除率分别为2 82 、2 97 、3 03 、2 17 。 34 分析与讨论 34 1 净化能力比较 利用不同浮床对受试水体中污染物的去除率来 e 较其净化能力，见图3 6 l 0 9 0 8 0 7 0 6 0 $ 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 nhn 甚m娃翟0 * - m 指“ 图3 6 各植物浮床对水体的净化能力比较 由图3 6 可看出，三种植物浮床系统对氨氮和有机物的去除效果相当。美人蕉系统 对总磷的去除效果最好，对总氮去除效果稍差：黄菖蒲系统对总氮的去除效果最好，对 总磷的去除效果稍差，因此若将两种植物混和种植于同一系统内，则可能会同时取得较 好的氮磷去除效果。实验结果证明此推测是成立的，混种系统内两种植物均能良好生长， 黄菖蒲与美人蕉各自发挥自己或脱氮或除磷的优势，因此对氮磷的去除率均较高。但由 于混种系统中，美人蕉和黄菖蒲各自的植株数相比单独种植的浮床系统少，因此氨磷去 除率分别比单独种植系统的稍低。磷元素是引起水体富营养化的主要限制因子，因此可 选择美人蕉或美人蕉与黄菖蒲混种的生态浮床系统来防治水体富营养化。 山东建筑大学硕士学位论文 3 4 2 生态浮床水质净化的动态分析 为进一步探讨水体中氮磷污染物的去除规律，选择指数函数、线性函数、二次方函 数和三次方函数曲线方程分别与三种植物浮床内受试水样的t n 、t p 浓度随时间变化的 动态曲线拟合，拟合方程见表3 6 、表3 7 。拟合方程的相关系数r 2 值越高说明该模型 与实测值曲线拟合程度越高，可用作生态浮床去除该污染物的数学模型。 表3 6 生态浮床去除t n 的拟合模型 注：y 为t n 的浓度( m g u 1 ) ，x 为反应时间( d ) 。 比较表3 6 中各拟合模型的r 2 值可知，几种模型的r 2 均很高，在0 9 5 以上，但以 三次方模型为最高，因此其能更好反映生态浮床中t n 的动态去除规律。 山东建筑大学硕士学位论文 表3 7 生态浮床去除1 1 p 的拟合模型 注；y 为t p 的浓度( m g u 1 ) ，x 为反应时间( d ) 。 比较表3 7 中各拟合模型的r 2 值可知，三次方模型同样最符合生态浮床中t p 去除 的动态曲线。t n 、t p 去除动态曲线与三次方函数的拟合情况见图3 7 3 1 2 。 01 02 03 04 05 06 0 天数d 图3 7 美人蕉去除水体t n 的动态曲线拟合 2 7 5 4 5 3 5 2 5 l 5 o 4 3 2 l o j吕z-l 山东建筑大学硕士学位论文 4 5 4 3 5 3 蔷2 5 宣 言 2 1 5 1 o 5 o 0 5 0 4 0 3 目 山 卜o 2 o 1 0 ol o2 03 04 05 06 0 天数d 图3 8 黄菖蒲去除水体t n 的动态曲线拟合 01 02 03 04 05 0 6 0 天数d 图3 9 混种系统去除水体t n 动态曲线拟合 01 02 03 04 05 0 天数d 图3 1 0 美人蕉去除水体t p 的动态曲线拟合 2 8 6 0 5 4 5 3 5 2 5 l 5 o 4 3 2 l o ，l目z卜 山东建筑大学硕士学位论文 o 5 o 4 0 3 b 0 基 皇0 2 0 1 0 0 5 0 4 一o 3 蛊 盒0 2 o 1 o 0l o2 03 04 05 0 天数d 图3 1 l 黄菖蒲去除水体皿的动态曲线拟合 ol o 天数d 图3 1 2 混种系统去除水体t p 的动态曲线拟舍 采用不同拟合方法，对美人蕉、黄菖蒲、混种美人蕉和黄菖蒲系统去除总氮、总磷 的动态过程进行曲线拟合，从图中可看出三次方模型拟合的图形与实测曲线相当吻合且 具有最大的相关系数r 2 。由于各植物系统中t n 、t p 浓度与试验时间呈三次方函数的 衰减关系，因此可以预测在植物的生长周期内，随时间的延长，水体中的t n 、t p 将会 得到持续的去除，这也正是生态浮床技术的优点之一。 3 。5 本章小结 通过空白对照系统、美人蕉、黄菖蒲及美人蕉和黄菖蒲混种系统对景观水体水质净 2 9 山东建筑大学硕士学位论文 化效果的研究，得出以下结论： 1 ) 植物浮床系统对水体氮磷等污染物有较好的去除效果，与空白对照系统相比， 能有效抑制藻类繁殖，防止水体富营养化。美人蕉、黄菖蒲、美人蕉和黄菖蒲混种系统 及空白对照系统对t n 的去除率分别为4 2 3 、6 9 4 、4 7 8 、2 0 5 ；对氨氮的去除 率分别为8 8 8 、8 8 2 、8 9 5 、9 0 1 ；对t p 的去除率分别为7 0 5 、3 6 4 、5 6 8 和3 4 ；对c o d 的去除率分别为2 8 2 、2 9 7 、3 0 3 和2 1 7 。 2 ) 浮床美人蕉对t p 的去除效果较好，可用于净化磷含量较高的景观水体：黄菖 蒲对t n 的去除效果较好，可用于净化氮含量较高的景观水体；混种美人蕉和黄菖蒲综 合了二者的优势，因此能同时取得良好的t n 、t p 去除率，可用于净化氮磷含量均较高 的景观水体。 3 ) 通过选择指数函数、线性函数、二次方函数和三次方函数曲线分别与植物浮床 内受试水样的t n 、t p 浓度随时间变化的动态曲线拟合得出，三次方函数与t n 、t p 的 动态去除曲线拟合度最高，t n 、t p 浓度会随试验时间的延长而得到持续去除。美人 蕉去除t n 、t p 的拟合方程分别为y = 3 1 0 击x 3 + o 0 0 0 3 x 2 0 0 3 4 7 x + 4 3 0 8 9 、 y = 1 0 石x 3 - 6 1 0 一x 2 0 0 0 6 2 x + 0 4 4 6 3 ；黄菖蒲去除t n 、t p 的拟合方程分别为 1 i ，= 一1 0 - 5 x 3 + 0 0 0 1 4 x 2 - 0 0 8 4 6 x + 4 1 0 1 6 、3 1 = 1 0 一x 3 - 0 o o o l x 2 0 0 0 1 l x + 0 4 3 3 1 ；美人蕉与黄菖蒲 混种去除t n 、t p 的拟合方程分别为y = 1 0 。5 x 3 + o 0 0 1 x 2 0 0 5 8 3 x + 4 3 0 6 1 、 y = 2 10 一x 3 _ 0 0 0 0 2 x 2 + 0 0 0 0 4 x + 0 4 3 0 4 。 山东建筑大学硕士学位论文 第4 章生态浮床保障再生水源景观水体水质试验研究 4 1 试验目的 再生水回用是缓解当前水资源短缺问题的有效措施，而将再生水作为景观水体的补 给水源则是再生水回用的重要途径。当利用再生水构建或补充城市景观水体时，由于再 生水中的氮磷含量偏高，容易导致水体中的藻类过度繁殖，引起富营养化，所以再生水 回用前应达到相应的标准。目前我国已经制定了一些关于城市再生水用于景观环境用水 的水质标准，如城市污水再生利用景观环境用水水质标准( g b t1 8 9 2 1 - - - - 2 0 0 2 ) ， 但这些标准对氮磷等污染物的排放要求仍偏低，即使再生水达到了相关水质标准的要 求，它相对于自然状态的河流湖泊而言，污染物的本底值依旧很耐7 4 川】，因此在当前再 生水水质难以提高的情况下，探索一种经济有效的再生水源景观水体水质保障技术变得 十分迫切。生态浮床技术能持续去除水体中的氮磷等污染物，已越来越多地应用于河湖 的治理中，为探求该技术对保障再生水源景观水体水质的效果，本试验拟通过人工静态 模拟试验的方法，研究其对水体感官性状的改善情况、氮磷及有机污染物的去除情况等， 从而分析其保障水体水质、防止水体富营养化的效果及可行性，为实际应用提供参考。 表4 1 景观环境用水再生水水质指标m g r 1 ( g b t1 8 9 2 1 - - 2 0 0 2 ) 观赏性景观环境用水娱乐性景观环境用水 项目 河道类湖泊类水景类河道类湖泊类水景类 基本要求无飘浮物，无令人不愉快的嗅和味无飘浮物，无令人不愉快的嗅和味 p h 6 - 96 9 总氮冬 1 51 5 氨氮s 55 总磷s1 o0 5o 51 o0 50 5 b o d s _ 1 066666 d 0 堂 1 52 0 粪大肠菌群个l 5 1 0 0 0 02 0 0 05 0 0 不得检出 阴离子表面活性剂s 0 50 5 3 l 山东建筑大学硕士学位论文 4 2 材料与方法 4 2 1 供试水样 试验水体为山东建筑大学中水站出水及映雪湖湖水按1 ：1 配置而成，水体浑浊呈 淡黄色且有腥臭味，基本水质情况见表4 2 。 表4 2 试验水体的基本水质m g l 1 注：湖水水质为2 0 0 9 年7 月l o 日取样测得。 4 2 2 试验方法 本试验在前一阶段试验的基础上进行，将水箱内处理过的人工湖水抽出，换以新配 的供试水样，浮床植物不再重新栽培，其中1 群水箱为无植物的空白对照系统，2 撑、3 群水 箱分别为美人蕉和黄菖蒲系统，4 群水箱为混合种植美人蕉与黄菖蒲系统。试验时间为 2 0 0 9 年7 月1 0 日至2 0 0 9 年9 月8 日，共计6 0 天。 4 2 3 分析项目及检测方法 实验期间每隔5 天测一次水质，指标包括t n 、t p 、n h 4 + - h i 、c o d 等，取样前用 蒸馏水补充因蒸发和植物蒸腾作用损失的水分。检测方法按水和废水监测分析方法 ( 第四版) 中的方法执行，具体见表3 2 。 4 3 水质净化效果 实验发现，空白对照系统与生态浮床内受试水体的性状在实验前后对比明显，浮床 内的水体经过处理后，水体变得清澈透明，腥臭味消失，而空白对照系统的水体未有明 显变化。除感官性状得到明显改善外，生态浮床内水体的氮磷等污染物也得到了有效去 除，去除情况见表4 3 。 3 2 山东建筑大学硕士学位论文 表4 3 各系统对试验水体的水质净4 匕效：k m g l 1 空白系统 美人蕉系统黄菖蒲系统混种系统 指标 起结去除率起 结去除率 起 结去除率 起结 去除率 始束始束始束始束 t n1 5 9 51 0 9 l3 1 61 5 9 59 5 34 0 31 5 9 57 7 95 1 21 5 9 57 9 94 9 9 n h 4 + - n 1 1 8o 39 7 51 1 8o 1 l9 9 11 1 80 1 49 8 81 1 80 1 59 8 7 t po 3 90 0 87 9 50 3 90 2 14 6 2o 3 9o 2 34 1 oo 3 9o 24 8 7 c o d m 。 5 6 44 5 71 8 95 6 43 8 93 1 o5 6 43 83 2 65 6 43 7 23 4 0 各系统内的水样体积为6 0 l ，浮床面积为4 0 c m x 3 0 c m = 0 1 2 m 2 。通过计算得出试验 结束时各系统的污染物去除量，见表4 4 。 表4 4 试验期间各系统对污染物的去除量 去除量( m g )单位面积去除量( m g m 2 ) 项目 t nt p n h a + = nc o d m 。 t nt p n h 4 + - nc o d m 。 空白3 0 2 41 8 66 9 06 4 22 5 2 01 5 55 7 5 05 3 5 美人蕉 3 8 5 2 1 0 87 0 1 4 1 0 53 2 1 09 0 5 8 4 58 7 5 黄菖蒲 4 8 9 69 66 9 9 6l1 0 44 0 8 08 05 8 3 09 2 0 混种4 7 7 61 1 46 9 91 1 5 23 9 8 09 55 8 2 59 6 0 由于在前一阶段植物已近生长极限，在本阶段植物生长量不大，相应的植物对氮磷 等污染物的吸收量也就不大，污染物的去除主要依靠浮床根际区微生物的作用，植物此 时的作用更在于为微生物提供生存环境，供给溶解氧等。浮床系统中的植物根系十分发 达，纵横交错，拥有巨大的表面积，为微生物提供了良好载体，微生物在其上大量繁殖 聚集形成了具有活性的生物膜。生物膜中包含各种具有降解有机物及脱氮除磷功能的细 菌、真菌、放线菌，以及少量的原生动物和微型后生动物。 ( 1 ) 对t n 、n i - 1 4 + - n 的去除效果 各系统对试验水体中t n 、n h 4 + - n 的去除效果见图4 1 、图4 2 。总氮包括有机氮、 氨氮、硝态氮及亚硝态氮，再生水中的氮主要以氨氮形式存在，因此受试水体中氨氮所 占比例较大。浮床系统中氮的去除途径主要有沉降作用、植物的吸收及植物根际区微生 物的硝化、反硝化作用。由表4 3 、图4 1 可以看出，空白、美人蕉、黄菖蒲、混种美 人蕉与黄菖蒲系统对t n 的去除率分别为3 1 6 、4 0 3 、5 1 2 、4 9 9 ；由表4 3 、图 4 2 可以看出，各实验系统对n h 4 + - n 的去除率均很高，空白、美人蕉、黄菖蒲、混种 3 3 山东建筑大学硕士学位论文 美人蕉与黄菖蒲系统对n h 4 + n 的去除率分别为9 7 5 、9 9 1 、9 8 8 、9 8 7 。植物 浮床系统和空白对照系统对n h 4 + - n 的去除效果相差不大，这是由于水样中的溶解氧浓 度较高，空白对照系统中的n h 4 + n 可经硝化作用转化为n 0 2 - n 或n 0 3 - n 。硝化作用 只改变了氮的形式，将铵态氮转化为硝态氮，在本实验中硝态氮的去除主要依靠植物的 吸收及反硝化菌的反硝化作用。由于植物根系为微生物提供了良好的栖息环境，所以植 物浮床系统内的微生物数量较空白对照系统多，并在根系上形成了一层生物膜，生物膜 内部易形成缺氧环境，有利于反硝化作用进行，因此与空白对照系统相比植物浮床系统 能更好地去除水体中的t n 。 o 天数d 图4 1 试验水体中t n 的去除效果 ol o2 03 0 4 0 天数d 图4 2 试验水体中n h 4 + - n 的去除效果 3 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 4 3 2 l o 9 8 z l l l 1 l l 芒神点蚕 屹 m 8 6 4 2 0 兽酶城 山东建筑大学硕士学位论文 ( 2 ) 对1 1 p 的去除效果 各系统对试验水体中t p 的去除效果见图4 3 。 一 凹 吕 山 b 01 02 03 04 05 06 0 天数d 图4 3 试验水体中t p 的去除效果 空白、美人蕉、黄菖蒲、混种美人蕉与黄菖蒲系统对t p 的去除率分别为7 9 5 、 4 6 2 、4 1 0 、4 6 7 。各植物浮床系统的t p 去除率相差不大，这是由于这一阶段各 植物已达生长巅峰，对磷的同化吸收减少，根系微生物的作用成为磷去除的主要途径， 而各浮床系统中植物根系均很发达，根际附着微生物量相差不大，因此对磷的去除效果 相当。另外还发现，空白对照系统的t p 浓度由试验初期的o 3 9m g l 降到0 0 8 m g l ， 去除率为7 9 5 ，高于各植物浮床系统，这和该系统内藻类的大量繁殖不无关系。由于 受试水体中氮磷元素的浓度较高，且系统内没有水生植物与其争夺营养，藻类能在水箱 内疯长而布满了整个水箱四壁及底部。藻类在其生长过程中能大量吸收水体中的可溶性 磷酸盐组成自身有机体，并且藻类还具有超前储磷的本领，即藻类能在第一时间将尽 可能多的磷储存在体内以维持以后的生长。大量藻类形成的群落还具有对水体中悬浮物 质的良好沉淀和过滤作用，减弱了沉积物中磷的水平转移和转化。 ( 3 ) 对c o d m n 的去除效果 各系统对试验水体中c o d m n 的去除效果见图4 4 。 各系统的c o d m n 随时间的延续都有不同程度的降低，其中空白对照系统的去除率 为2 1 7 ，美人蕉系统的去除率为2 8 2 ，黄菖蒲系统的去除率为2 9 7 ，混种系统的 去除率为3 0 3 ，各浮床系统的c o d m n 去除率相差不大，且略高于空白对照系统。试 3 5 山东建筑大学硕士学位论文 验初期，由于悬浮物质的沉淀各系统的c o d m 。去除速度均较快。随着沉淀作用的减 弱微生物对有机物的代谢成为其主要去除途径但由于试验水体的有机物浓度已经很 低( 初始时为5 6 4 r a g l ) ，此时有机物的降解速率与其浓度呈缴反应关系，微生物处 于稳定期或衰亡期，微生物的酶系统也多未被饱和【”】，所以去除率不高。 6 5 5 5 主 三 5 4 3 , 5 44 分析与讨论 l o 2 0 3 0 4 05 0 * 撤巾 图4 4 试验水体中c o d m 的去除效果 4 4 1 净化能力比较 利用各系统对受试水体中污染物的去除率来比较其净化能力见图4 5 。 口咒 m口嚣7 j 蒲 埔阶 图4 5 各系统对水体的牟化能力比较 3 0 舯 帅 和 帅 钟 柏 m 0 * 毪啪 山东建筑大学硕士学位论文 由图可看出，各植物对总氮的净化能力：黄菖蒲 混种 美人蕉 空白；总磷的净化 能力：空白 混种 美人蕉 黄菖蒲；有机物的净化能力：混种 黄菖蒲 美人蕉 空白。 总体来看，三种植物浮床系统对总氮、氨氮、t p 和有机物的去除效果均相差不大，这 是由于净化效果的差异主要体现在不同植物对氮磷的不同需求量，此阶段植物已近生长 巅峰，对氮磷的吸收量均较少，污染物的去除主要依靠植物根系的吸附和根际微生物的 代谢。 4 4 2 生态浮床水质；争化的动态分析 为进一步探讨水体中氮磷污染物的去除规律，选择指数函数、线性函数、二次方函 数和三次方函数曲线方程分别与三种植物浮床内受试水样的t n 、t p 浓度随时间变化的 动态曲线拟合，拟合方程见表4 5 、表4 6 。拟合方程的相关系数r 2 值越高说明该模型 与实测值曲线拟合程度越高，可用作生态浮床去除污染物的数学模型。 表4 5 生态浮床去除t n 的拟合模型 注：y 为t n 的浓度( m g l 。1 ) ，x 为反应时间( d ) 。 比较表4 5 中各拟合模型的相关系数r 2 值可知，以三次方函数为最高，其能更好反 映t n 的动态去除规律。三次方函数与t n 去除动态曲线的拟合情况见图4 8 。 3 7 山东建筑大学硕士学位论文 一 鼬 g z b 0l o2 03 0 4 05 06 0 天数d 图4 6 美人蕉去除水体t n 的动态曲线拟合 ol o2 03 0 4 05 06 0 天数d 图4 7 黄菖蒲去除水体t n 的动态曲线拟合 o1 02 03 04 05 06 0 天数d 图4 8 混种系统去除水体t n 动态曲线拟合 3 8 协搭 m b 眩 m 9 8 7 b h b 佗n m 9 8 7 ，l吕z一 怕 塔 m n 眩 m 9 8 7 rl霉z_ 山东建筑大学硕士学位论文 表4 6 生态浮床去除t p 的拟合模型 注：y 为t p 的浓度( m g l 1 ) ，x 为反应时间( d ) 。 比较表4 6 中各拟合模型的r 2 值可知，三次方函数最符合生态浮床中t p 去除的动 态去除规律。三次方函数与t p 去除动态曲线的拟合情况见图4 9 - 4 1 1 。 0 1 0 天数d 图4 9 美人蕉去除水体t p 的动态曲线拟合 3 9 诣 “ 拍 卫 坫 j m 0 m o m o m o rim虿山卜 山东建筑大学硕士学位论文 o 天数d 图4 1 0 黄菖蒲去除水体t p 的动态曲线 01 0 天数f d 4 0 图4 1 1 混种系统去除水体t p 的动态曲线拟合 采用不同拟合方法，对美人蕉、黄莒蒲、混种美人蕉和黄菖蒲系统去除总氮、总磷 过程进行曲线拟合，结果显示三次方拟合模型的图形与实际数据的趋势相当吻合，这与 前一阶段的试验结果类似，进一步说明了各植物系统中t n 、t p 浓度与试验时间呈三次 方函数的衰减关系。 4 5 本章小结 通过各系统对再生水源景观水体水质改善效果的试验研究，得出以下结论g 1 ) 空白对照系统、美人蕉、黄菖蒲及美人蕉和黄菖蒲混种系统对t n 的去除率分 别为3 1 6 、4 0 3 、5 1 2 、4 9 9 ；对n h 4 + n 的去除率分别为9 7 5 、9 9 1 、9 8 8 、 5 4 5 3 5 2 5 l n 吣 n 毗 n 叭 n ，l目山_ 山东建筑大学硕士学位论文 9 8 7 ；对t p 的去除率分别为7 9 5 、4 6 2 、4 1 o 、4 6 7 ；对c o d 的去除率分别 为1 8 9 、3 1 o 、3 2 6 、3 4 o 。由于水生植物的存在，各植物浮床系统内的水体感 官性状得到明显改善，防止了藻类滋生和水体富营养化；而空白对照系统内的水体水质 未得到有效改善，藻类大量繁殖。 2 ) 通过选择指数函数、线性函数、二次方函数和三次方函数曲线分别与植物浮床 内受试水样的t n 、t p 浓度随时间变化的动态曲线拟合得出，三次方函数与t n 、t p 的 动态去除曲线拟合程度最高，因此确定美人蕉去除t n 、t p 的拟合方程分别为 y = 一4 1 0 。5 x 3 + o 0 0 4 3 x 2 0 2 3 6 3 x + 1 5 6 5 9 、y = 5 1 0 一x 3 + 0 0 0 0 6 x 2 - 0 0 2 0 3 x + 0 4 0 6 7 ；黄菖蒲去 除t n 、t p的拟合方程分别为 y = 6 1 0 。5 x 3 + o 0 0 5 8 x 2 0 2 8 2 3 x + 1 5 8 3 9 、 y = 1 0 击x 3 + 0 0 0 0 1 x 2 0 0 0 6 4 x + 0 3 8 8 8 ；美人蕉与黄菖蒲混种去除t n 、