（环境科学专业论文）白洋淀水质评价及藕田富营养化水体的净化技术研究.pdf

标，符合食用标准。 3 粘土矿物膨润土、沸石粉、硅藻土对水体中营养盐及有机物的净化率分别为 总磷( t p ) ：4 4 2 2 ，3 2 5 4 ，6 6 1 4 ；氨氮( n h 4 + 。n ) ：9 6 0 4 ，5 1 4 8 ，6 9 4 3 ； 总氮( t n ) ：8 2 6 7 ，7 4 2 8 ，2 5 8 和化学需氧量( c o d e r ) ：3 8 9 6 ，7 2 1 0 ，7 0 9 3 。 总体而言，三种粘土矿物对氨氮( n h 4 + n ) 的净化效果最佳，尤其是膨润土，净化率高 达9 6 以上；而对总氮( t n ) n 净化率，硅藻土仅有4 3 7 。 本论文通过水培蔬菜及粘土矿物对白洋淀水体富营养化的净化效应研究，提出富 营养化防治及水体自净机制的实用技术，为村镇污水灌溉处理消纳净化利用提供科学 的理论依据。 关键宇：富营养化水体；水质评价；水培蔬菜；粘土矿物；水质净化； s t u d yo ne v a l u a t i o no fw a t e rq u a l i t yi nb a i y a n g d i a n l a k ea n dp u r i f i c a t i o ne f f e c to f e u t r o p h i e a t i o nw a t e ri nt h ea r t i f i e a lw e t l a n do fl o t u s a u t h o r ：c a oy i n z h u m a j o r ：e n v i r o n m e n ts c i e n c e s u p e r v i s o r ：l i us h u q i n g a b s t r a c t w a t e rp o l l u t i o ni sam a i nf a c t o rc a u s i n gs h o r t a g eo fw a t e rs u p p l y b e c a u s eo fi n t e r n a l a n de x t e r n a lp o l l u t i o ns o u r c e sd i dn o tg e te f f e c t i v e l yc o n t r o la n dt r e a t m e n t ，b a i y a n g d i a n w a t e rq u a l i t yi sd e t e r i o r a t e dg r a d u a l l y i no r d e rt oi m p r o v et h ew a t e rq u a l i t y , v a r i o u s m e a s u r e sh a v eb e e nt a k e n a r t i f i c i a lw e t l a n do fl o t u sf i e l di so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t w a y st op u r i f ye u t r o p h i cw a t e ni nt h ep u r i f i c a t i o np r o c e s sw i t ha r t i f i c i a ll o t u sf i e l d ， f a r m e r ss p e n dal a r g ea m o u n to ff e r t i l i z e ri nl o t u sf i e l d ，i no r d e rt op u r s u et h eh i g hy i e l d b e n e f i t s a n dt h e ns e c o n d a r yp o l l u t i o nh a sb e e na r o u s e d i no r d e rt op r o v i d em o r eb a s i c a lt h e o r yo fp l a n t i n gp u r i f i c a t i o ni ne u t r o p h i cw a t e ri n b a i y a n g d i a n t h ee x p e r i m e n tb a s e do ne v a l u a t i o no f w a t e rq u a l i t yi nb a i y a n g d i a nl a c k ， s t u d i e dt h ee f f e c t i v e n e s so nt h er e m o v a l o fp h o s p h o r u s ，n i t r o g e na n do r g a n i cm a t t e rf r o m e u t r o p h i cw a t e ra n dp r o c e s s i n gq u a l i t yo fh y d r o p o n i cp l a n t s i nt h i st e s t ，t h eb i o l o g i c a l p u r i f i c a t i o nt e s tc o n c l u d i n gs t a t i cs i m u l a t i o nt e s t si nl a ba n dl o t u sf i e l dt e s ta n du s i n gg r e e n l e a f yv e g e t a b l e sa se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l sh a sb e e nc a r r i e do u t d e t e r m i n er e m o v a l e f f i c i e n c yo f t o t a lp h o s p h o r u s ，t o t a ln i t r o g e n ，a m m o n i an i t r o g e n ，c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ， a n dd e t e r m i n ec o n t e n to fn i t r a t ea n dh e a v ym e t a li nv e g e t a b l e s ，a n dj u d g et h eh y d r o p o n i c v e g e t a b l e si ne u t r o p h i cw a t e ri s c o n s i s t e n tw i t ht h ee d i b l es t a n d a r d i ta l s or e s e a r c h e d p u r i f ye f f e c to fc l a ym i n e r a lw h i c hc o n s i s to fb e n t o n i t e ，d i a t o m i t e ，z e o l i t ep o w d e rt od e a l w i t he m e r g e n c ya b r u p tc h a n g e so f p l a n t i n gi nt h ep o l l u t e dw a t e r t h er e s u l t ss h o w ： 1 t h eo v e r a l lw a t e rq u a l i t yn u t r i t i o n a ls t a t u so fb a i y a n g d i a ni sm o d e r a t e t h ew a t e r o fn a n l i u z h u a n gi st h em o s ts e r i o u s ! p o l l u t i o nd e g r e e ，b e l o n gt of lb a dc l a s sv ，w a t e r q u a l i t yi sn o tu pt o1 vs u c hr e q u e s t s ；t h 。ew a t e rq u a l i t yo fs h a o c h e d i a nz a o l i n t a ic a i p u t a i d u a n c u ng u a n g d i a nz h a n g z h u a n gb e l o n gt oac l a s s w h i c hi sn o tu pt oi i is u c h r e q u e s t s t h ew a t e rq u a l i t yo fz a o l i n z h u a n gc a i p u t a id u a n c u nw a n g j i a z h a ii sm e d i u m e u t r o p h i c a t i o n ，t h ew a t e rq u a l i t yo fq u a n t o ug u a n g d i a n z h a n g z h u a n gs h a o c h e d i a ni s m i l de u t r o p h i c a t i o n ，t h ew a t e rq u a l i t yo fn a n l i u z h u a n gi ss e v e r ee u t r o p h i c a t i o n o v e rt h e s t a n d a r dr a t eo fa m m o n i a n i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h o r u si so n eh u n d r e dp e r c e n t 2 t h e r ei st h ee f f e c t i v e n e s so nt h er e m o v a lo fp h o s p h o r u s ，n i t r o g e na n do r g a n i c m a t t e rf r o me u t r o p h i cw a t e r t h er e m o v a le f f e c to ft o t a lp h o s p h o r u si sb e s ta n dt h et o r e m o v a le f f e c to fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n di sw o r s ti nt h ep u r i f i c a t i o np r o c e s so fe u t r o p h i c w a t e rw i t h1 e t t u c ea n dr a p ei nt h ei n d o o rs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t t h ep u r i f i c a t i o nr a t eo f t h em a i np o l l u t a n t si ns e w a g ei nt h ei n d o o rs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t ，w h i c hp u r i f y i n gr a t eb y v e g e t a b l er e s p e c t i v e l yi st o t a lp h o s p h o r u s9 6 9 7 ，a m m o n i an i t r o g e n9 7 - 9 8 ，t o t a l n i t r o g e n8 2 - 8 8 ，c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d2 4 2 8 ，a c t u a lp u r i f i c a t i o nr a t ei st o t a l p h o s p h o r u s3 2 - 3 6 ，a m m o n i an i t r o g e n6 一1 4 ，t o t a ln i t r o g e n 12 - 18 ，c h e m i c a l o x y g e nd e m a n d6 - 13 i nt h el o t u sf i e l de x p e r i m e n t ，t h ep u r i f i c a t i o nr a t eo ft h em a i np o l l u t a n t si ns e w a g ei s t o t a l p h o s p h o r u s4 0 - 5 4 ，a m m o n i an i t r o g e n8 9 - 9 3 ，t o t a ln i t r o g e n5 5 0 0 - 5 7 ， c h e m i c a l o x y g e nd e m a n d7 5 一8 2 ，a c t u a lp u r i f i c a t i o n r a t ei st o t a l p h o s p h o r u s 18 3 2 ，m n m o n i an i t r o g e n4 一16 ，t o t a ln i t r o g e n9 - 11 ，c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d 3 12 ，t h ep u r i f i c a t i o nr a t eo ft o t a lp h o s p h o r u st o t a ln i t r o g e na m m o n i an i t r o g e no ft h e i n d o o rs i m u l a t i o ne x p e r i m e n ti ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h e l o t u sf i e l de x p e r i m e n t t h e p u r i f i c a t i o nr a t eo fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n do ft h el o t u sf i e l de x p e r i m e n ti ss i g n i f i c a n t l y h i g h e rt h a nt h ei n d o o rs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t ，b u ta c t u a lp u r i f i c a t i o nr a t e o fi n d o o r s i m u l a t i o ne x p e r i m e n ti sal i t t l eh i g h e rt h a nt h el o t u sf i e l de x p e r i m e n t 3 t h er e m o v a lr a t eo fb e n t o n i t e ，z e o l i t ep o w d e r , d i a t o m a c e o u se a r t ho fn u t r i e n ts a l t a n do r g a n i ci nw a t e rr e s p e c t i v e l yi st o t a lp h o s p h o r u s4 4 2 2 ，3 2 5 4 ，6 6 1 4 ；a m m o n i a n i t r o g e n9 6 0 4 ，51 4 8 ，6 9 4 3 ；t o t a ln i t r o g e n8 2 6 7 ，7 4 2 8 ，2 5 8 ；c h e m i c a lo x y g e n d e m a n d3 8 9 6 ，7 2 10 ，7 0 9 3 o v e r a l l ，t h et h r e ek i n d so fc l a ym i n e r a l so nt h er e m o v a l e f f e c to fa m m o n i a n i t r o g e ni st h eb e s t ，e s p e c i a l l yt h eb e n t o n i t e ，t h ep u r i f i c a t i o nr a t ei sh i g h u pt o9 6 ，t h et o t a ln i t r o g e nr e m o v a lr a t eo f d i a t o m i t ei so n l y4 3 7 p a p e rs t u d i e d t h e p u r i f i c a t i o n e f f e c to fe u t r o p h i c a t i o nw a t e ru s e h y d r o p o n i c v e g e t a b l e sa n dd a ym i n e r a l ，a n dp r o p o s e dap r a c t i c a lt e c h n o l o g yo fe u t r o p h i c a t i o nc o n t r o l a n dw a t e rs e l f - p u r i f i c a t i o n 1 1 1 et e c h n o l o g yw o u l db ep o s i t i v ef o rd i s p o s a lp u r i f i c a t i o no f v i l l a g es e w a g ei nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：e u t r o p h i c a t i o n ；w a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o n ；h y d r o p o n i cv e g e t a b l e s ；c l a y m i n e r n ；p u r i f i c a t i o n 白洋淀水质评价及藕田富营养化水体的净化技术研究 1 1 研究意义 前言 水体富营养化是目前水环境面临的严重问题之，已成为当今世界性水污染治理 的一大难题，引起了人们极大的关注。我国水体已经普遍面临富营养化问题，水体富 营养化是我国当前最重大的水环境问题，对人类的生活环境产生极大的负面影响， 进而影响经济建设和社会发展，已成为制约我国经济社会可持续协调发展的主要因素 之一。因此如何治理水体的富营养化，降低其中营养盐的含量，恢复水体的综合功能， 已经成为了当今全球性环境问题的研究热点。目前处理水体富营养化已有多种途径， 利用湿地水生高等植物对营养盐的吸收和降解能力来防治和修复富营养化水体的研 究已开展了多年，并表现出了很好的净化效果。藕田湿地对水体中的氮磷均有较强的 富集能力，可降低水体中的氮磷含量，减轻富营养化程度，成为治理、调节和抑制湖 泊富营养化的途径之一。但是藕具有一定的经济价值，致使人们为了提高产量和经济 效益，在藕田水体中投入大量化肥，造成水体富营养化客观实际问题，因此，本研究 以藕田富营养化水体为研究对象，探索包括天然水体自然净化、蔬菜净化、粘土矿物 等对富营养化水体净化的不同途径和：方法。为降低藕田内二次污染以及种植过程中应 对突发污染状况提供理论方法，并进一步为白洋淀地区水体富营养化的控制和治理提 供科学依据。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 水环境富营养化污染现状 水体富营养化( e u t r o p h i c a t i o n ) 是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营 养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖， 水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖 泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。而人为排放含 营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。水体 出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，如果发生在淡水中称为水华。因占优势的 浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋 中则叫做赤潮或红潮( 纠。 近年来，水体富营养化已成为全球性的水污染问题，据联合国环境规划署( u n c d ) 的一项调查表明，全球范围内有3 0 4 0 的湖泊和水库受到不同程度的富营养化的 影响，欧洲、非洲、北美洲和南美洲分别有5 3 ，2 8 ，4 8 和4 1 的湖泊存在不同 程度的富营养化现象，亚太地区5 4 的湖泊处于富营养化状态 3 】。富营养化使水体水 质恶化，加速湖泊老化，使湖泊生态系统和水的功能受到阻碍和破坏，因此富营养化 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 治理受到众多国家的关注和重视。 我国是一个湖泊众多的国家之一，大大小小的湖泊加起来有2 7 0 0 多个，总面积 接近9 1 0 2 0k m 2 ，其中有2 3 0 5 个大于1k m 2 的天然湖泊，面积为7 1 7 8 7k m 2 ，约占全 国陆地总面积的0 8 ，湖泊总贮水量为7 0 x 1 0 nm 3 ，其中淡水贮水量为2 2 6 1 1 0 m 3 【4 5 ，6 】。按湖泊的地理分布特点，全国可划分为青藏高原湖区、东部平原湖区、蒙新 高原湖区、东北平原及山地湖区、云贵高原湖区五个主要湖区【_ 7 1 。其中东部平原湖区 是我国淡水湖泊最集中的区域，是中国湖泊密度最大的湖区，湖泊总面积为2 1 8 4 7 k m 2 ，约占全国湖泊总面积的2 9 4 。我国著名的五大淡水湖洞庭湖、鄱阳湖、洪泽 湖、太湖和巢湖都分布在这里。 在2 0 纪8 0 年代以前，这些地区的湖泊的水质普遍较好，调查显示，富营养化状 态湖泊只占总调查面积的5 ：8 0 年代后期至今，随着经济的迅猛发展以及人口的急 剧增长，湖泊受到人类活动的影响越来越多，在短短几十年内，我国的大部分湖泊迅 速从贫营养型转变成富营养型甚至超富营养型【8 】。2 0 1 0 年中国环境状况公报p j 显示， 湖泊( 水库) 富营养化问题突出，2 6 个国控重点湖( 水库) 中，满足i i 类水质的湖库1 个， 占3 8 ；i i i 类水质的湖库5 个，占1 9 2 ；i v 类水质的湖库4 个，占15 4 ；v 类水质湖库6 个，占2 3 1 ；劣v 类水质湖库l o 个，占3 8 5 。主要污染指标是总 氮和总磷。2 6 个国控重点湖( 水库) 中，营养状态为重度富营养的1 个，占3 8 ；中 度富营养的2 个，占7 7 ；轻度富营养的1 1 个，占4 2 3 ；其他均为中营养，占4 6 2 。 其中滇池为重度富营养化，达赉湖和白洋淀为中度富营养化。总体来看，2 6 个国控 重点湖( 水库) 中，大型水库水质好于大型淡水湖泊和城市内湖。 长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、和辽河七大水系总体为轻度污染。七 大水系的2 0 4 条河流4 0 9 个地表水国控监测断面中，i - i l l 类、i v v 类和劣v 类水质 的断面比例分别为5 9 9 、2 3 7 和1 6 4 。主要污染指标为五日生化需氧量、高锰 酸盐指数和氨氮。其中珠江、长江水质较好，松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河 为中度污染，海河为重度污染。浙闽区河流水质总体良好，3 1 个国控监测断面中，i i i i 类和类水质的断面比例分别为8 0 6 和1 9 4 。西南诸河水质总体良好，1 7 个国 控监测断面中，i - i i i 类和劣v 类水质的断面比例分别为8 8 2 和1 1 8 。西北诸河水 质为优，2 8 个国控的监测断面中，i i i i 类水质、v 类水质和劣v 类水质的断面比例 分别为9 2 8 ，3 6 和3 6 。 综上可以看出，湖泊水环境面临富营养化形势严峻，在很多地区水质性缺水己经 严重制约了地方经济的可持续发展，水体富营养化已经成为当前我国水环境保护中最 重要的环境问题之一。 1 2 2 富营养化水体生物净化 防止水体富营养化，主要是解决水体中氮、磷的污染问题，通常可以采取控制外 源污染和去除内源污染负荷等措施。因此，根据造成水体富营养化的具体原因，探索 一条既经济又有效的修复方法成为当前的主要任务。其中利用生物生态的方法来修复 2 白洋淀水质评价及藕田富营养化水体的挣化技术研究 水体的措施，近年来在国内外发展迅速，它是按照自然界自身的规律去恢复自然界的 本来面貌，强调利用自然界自身的自净能力去修复受污染的水体【1 0 】，这种污水处理的 技术，是利用植物或微生物的生命活动，对水中的污染物进行迁移、转化及降解作用， 从而达到净化水体目的的技术，此技术廉价实用且不会形成二次污染，可以与绿化环 境及景观改善相结合，兼具经济效益和环境效益。 1 植物修复水体的机理 ( 1 ) 植物的吸收利用作用。植物在其生长的过程中需要大量的氮磷等营养物质u ， 富营养化的水体中含有大量的氮磷等营养物质，恰好能满足植物的生长需要，最后大 量的营养物质随着水生植物的收割被运移出水生生态系统，从而达到净化水体的目 的。周小平等 眩1 研究了空心菜、水芹和无植物系统在富营养化水体中对n 、p 的去 除效果及其n 2 0 的排放情况。结果表明，浮床植物系统对水体中n 、p 具有良好的净 化效果。童昌华1 1 3 】等研究了凤眼莲、金鱼藻、狐尾藻、微齿眼子菜、马来眼子菜、苦 草等6 种水生植物对养鱼池的富营养化水体的净化效果。结果表明，对总氮o - n ) 、总 磷( t p ) 去除效果显著，其中狐尾藻、微齿眼子菜2 种植物的净化效果最佳；高吉喜刮 等比较了慈姑、茭白、菹草、金鱼藻、满江红、水花生和菱角7 种植物对污水中n 、 p 的去除效果。结果表明，对t n 、t f 均有较高的去除率。 但 植物的富集作用。水尘植物对重金属离子、农药和其它人工合成的化合物等 有较强的富集能力，富集、固定在植物体内的污染物通过被收割的方式离开水体从而 达到净化水体的作用，富集系数和净化作用与水体中污染物质的数量、年代、种类以 及植物在水体中的生长时间和生长量等特性相关。许多水生植物演化出特定的生理机 制使其脱毒，例如通过螯合和区室化等作用来耐受并吸收富集污染环境中的重金属， 重金属的诱导就可以使风眼莲体内产：生有重金属络合作用的金属硫肤【l5 】；中国对湖南 省吉首市东河附近密集工业区周围的金属污染进行了调查【1 引，发现蓖齿眼子菜和竹叶 眼子菜对东河受污染水体中直接去除重金属的能力很高，水中的镉、铅、锰、锌和铜 的平均去除率分别为9 2 ，7 9 ，8 6 ，6 7 和7 0 。湿地植物存在氧气运输系统即 通气组织，能够将氧气运输到根部以维持湿地植物的有氧呼吸作用，或者通过向根区 释放氧气来氧化根区的毒性物质，称：艺为根系泌氧，根系泌氧可以氧化根区的环境和 氧化还原性的毒性物质，以保证湿地植物的根免受毒害而影响生长，这在重金属和多 环芳烃等污染物的研究中已经被证实7 38 1 。 ( 3 ) 植物的沉降、吸附、凝集和过滤作用。植物庞大的根系生长在水体中，是 植物与污染物直接作用的区域，当水流经过时，在水中形成一道密集的过滤层，可以 过滤水体中的污染物质，主要是在其表面进行离子交换、整合、吸附、沉淀等各种物 理、化学和生物作用 1 9 1 ，包括吸附和粘附悬浮物、不溶性胶体、凝集的菌胶团以及细 菌的新陈代谢产物【2 叭，吸附和富集重金属或一些有毒物质等，使周围的水体变得澄清， 同时为微生物提供较大的附着面积【2 。水体中的有机物主要也是通过植物根系对有机 物的吸附和截留作用去除掉的。水解产生的可溶性化合物与可溶性有机物吸附在生物 膜的表面，这些生物膜可吸附在根系或水体中脱落的植物残体表面【22 1 ，从污水中直接 吸收营养物质并加以利用，例如水体中磷素的去除途径主要包括：植物根系的吸附与 3 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 过滤、植物的同化吸收作用、根区微生物的降解及污染水体中悬浮物质的物理化学作 用【2 川。另外，植物根系释放的抗生素等物质可直接抑制、杀死污水中的细菌 2 4 1 ，在 污水的净化中发挥重要作用。 ( 4 ) 微生物的降解作用。微生物在污水处理系统中对各种污染物的降解和迁移转 化均起着重要作用【2 引。根区中的微生物和植物之间存在着比较复杂的生态关系，一方 面，水生植物通过植株枝条和根系的气体传输和释放作用，将大气中的氧气和光合作 用产生的氧气运送到植株的各处，并向水体中扩散，氧化分解根系周围的沉降物；另 一方面，水生植物根系分泌物直接影响着水体中的微生物【2 引，根际区域为微生物提供 附着的基质和栖息的场所，植物代谢产物、脱落物和残体及溶解的有机碳、氨基酸和 维生素以及植物根系分泌物中含有的十几种糖、氨基酸、维生素、丹宁、生物碱、磷 脂和其他未经鉴定的化合物等生长因子，可以刺激微生物的生长，而另外一些有机物 对微生物却有抑制作用。另外，植物根际和水体底部形成很多厌氧和好氧的小区，为 微生物生理活动提供了一定的环境，从而形成“根际区”【2 ”。在基质表面，大量微生物 形成的灰色生物膜，增加了分解代谢的面积及微生物的数量，使植物根部富集或沉降 下来污染物，这些污染物被微生物通过分解利用或者代谢降解去除掉口引。同时，富营 养化水体中，根区中的微生物对于植物的生长也有着显著性的影响，微生物代谢产生 的有机酸，可以使水中许多不溶性的无机盐形成可溶性的无机盐，以便植物的吸收和 利用；又如贝氏硫细菌能把对植物生长有毒害作用的h 2 s 氧化成无毒的硫元素和硫酸 盐；反硝化菌和氨化菌等能够提高铵态氮向硝酸盐和亚硝酸盐的转化速率1 2 引，有利于 水生植物的吸收、利用，进而减少底泥向水体中释放营养盐的数量。 ( 5 ) 对藻类的抑制作用：对藻类生物的抑制作用主要表现在：水生植物通过遮光、 对营养物质的竞争和根系分泌出克藻物质等过程，达到抑制藻类生长的效果【3o ，3 1 】。水 生植物可以有效的遮蔽阳光，控制浮游藻类的光合作用，可以有效地抑制藻类的繁殖 生长 3 2 】；水生植物大量的吸收储存水体中的氮、磷等营养盐物质，使水体中含有的氮、 磷物质浓度减少，与藻类形成强烈竞争，致使藻类因不能获得足够的营养源大量死亡， 以上过程皆达到抑制藻类的生长的效果；另外许多水生植物如金鱼藻、满江红、轮藻、 水花生、马蹄莲、水浮莲、狐尾藻、紫萍、凤眼莲、石营蒲、浮萍、芦苇等能够向水 体中分泌生物碱、酚等克藻化学物质，这些都可以破坏藻类生理代谢功能的正常进行， 抑制浮游藻类的生长繁殖过程，使得藻类死亡，提高水体透明度，减少水体中的d o 含量，提高沉水植物与共生菌的数量，更进一步净化水质。 ( 6 ) 植物自身性状和抗性能力。不同种类的植物所需的在水体中的生长条件，在 吸收营养盐物质及恢复受污水体时所起的作用，和在生态系统中所处的地位是不同 的。由于水生植物长期生活在弱光、缺氧的环境下，在本身的形态结构上产生了特殊 的性状【3 3 】，根、茎、叶成了其完整的通气组织，保证了各器官和组织对氧气的需求【j4 j ； 叶片肉质，栅栏组织发达，表皮厚角质层，污染点处的根、茎、叶表皮细胞排列紧密， 这些结构都有效的增强其耐污性能和及抗能力。i a m c h a t u r a p a t r 掣圳利用室内盆栽试 验研究了风车草、黄葛浦和再力花等2 1 种湿地植物对氮、磷的去除能力，结果显示 磷酸盐浓度2 0m g l 、在硝态氮浓度2 0 1 3m g l 的条件下，山莺尾、菖蒲和再力花对 4 白洋淀水质评价及藕田富营养化水体的净化技术研究 _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ - - _ _ _ _ l - _ 。_ _ _ - _ _ l _ _ _ _ l _ _ _ - _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ - - - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ 。i 。_ _ 。- l - - _ 。_ _ 。_ - - l _ 。_ _ 。- _ 。_ l 。一 氮磷的去除效率最佳；梅菲、吴永红经过试验研究表明，人工水草也具备高等水生植 物改善富营养化湖泊水环境的两大功能克藻和净化水质，是一种很有研究价值的生 态净化水质装置 3 6 j ；由于沉水植物需要其特有的生境，因此通常不被用于处理浊度较 高的污水，而主要用于对富营养化浅水湖泊进行生态修复【3 7 , 3 8 ；y a n g 等【3 9 】在深圳福 田自然保护区构建了水平潜流人工湿地，研究桐花树( a e g i c e r a sc o m i c u l a t u m ) 、秋茄 ( k a n d e l i ac a n d e l ) 矛l l 海桑( s o n n e r a t i ac a s e o l a r i s ) 对市政废水的处理效果，通过研究其相 关性，结果显示，植物的高度与除磷外的各种污染物的去除效果显著相关，植物的盖 度与全部污染物的去除效果显著相关。三种红树植物的人工湿地对化学需氧量和生化 需氧量的去除没有显著性差异，但对总氮的去除率海桑显著高于秋茄和桐花树，而对 总磷的去除率海桑和桐花树显著高于秋茄。 2 植物修复水体的应用 随着当今社会和经济的快速发展、工业的兴起和城市化进程的加快，越来越多的 工业、农业、居民生活污水直接排放进入到水体中，水环境质量明显的出现恶化态势。 近年来，在工业化国家近自然型治理水系正逐渐成为改善水体环境的新理念、心方法， 这通常是指通过运用物理的方法或生态( 包括生物) 的方法或综合运用这些技术的方 法，对受污染的水体进行治理，从而形成的一种被污染水体净化的工程技术。目前国 外在这方面己有很多的研究，比如如德国、日本等，有些已经应用于治理实践；国内 一些学者也开始了很多有关的研究和报道，并且在实践中将一些技术进行了应用，随 着进一步的研究，以湿地植物为主体的水体处理和水体修复的生态工程技术，因成本 低、效益好，所以越来越多地被重视且应用于污水处理和水环境的生态修复一。 ( 1 ) 生物稳定塘，即氧化塘，这是一种依托自然生物的净化能力的生物处理技术， 传统的氧化塘是天然的或经过人工适当修整的土地，设置了围堤和防渗层的污水池 塘，污水在塘内缓慢的流动，较长时间的贮留，有机物、营养元素和其他污染物质是 通过存活在污水中的微生物、藻类、水生植物等多种生物的综合作用进行多级转换、 降解、去除污染物，溶解氧则由塘内生长的藻类通过光合作用和水面富氧作用而提供， 从而实现污水的无害化、资源化和再利用的目的，整个净化过程与自然水体的自净过 程相近。稳定塘不仅能处理生活污水，还用于处理农田排灌水、养殖废水、化工、石 油、食品、皮革、造纸、纺织等工业废水，尤其在有机污染物的处理中效果显著【4 l ，4 引。 现在美国有7 0 0 0 多座稳定塘，德国有2 0 0 0 多座稳定塘，法国有1 5 0 0 多座稳定塘， 在俄罗斯稳定塘已成为小城镇污水处理的主要方法m 3 i 。 根据塘内微生物类型、供氧方式和功能可将其分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝 气塘和深度处理塘。好氧稳定塘是一类主要靠塘内藻类光合作用而供氧的氧化塘，深 度较浅，阳光能够透入塘底，主要由藻类供氧，全部塘水都呈好氧状态，好氧微生物 对有机污染物的降解是污水的主要净化作用；兼性稳定塘是城市污水处理中最常用的 一种稳定塘，净化是由好氧、兼性、厌氧微生物协同共同完成的，其塘水较深，上部 水层阳光能够透入，藻类光合作用旺盛，溶解氧比较充足，呈好氧状态，塘底为沉淀 污泥，处于厌氧状态，进行厌氧发酵，介于好氧与厌氧之问为兼性区，存活大量的兼 性微生物；厌氧稳定塘一般用作为高浓度有机废水的首级处理工艺，继之还设兼性塘、 5 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 好氧塘甚至深度处理塘，其塘水深度，有机负荷率高，整个塘水基本上都呈厌氧状态， 在其中进行水解、产酸以及产甲烷菌发酵等厌氧反应全过程，净化速度低，污水停留 时间长；曝气稳定塘塘深在2 0m 以上，由表面曝气器供氧，并对塘水进行搅动，在 曝气条件下，藻类的生长与光合作用受到抑制，曝气塘有机负荷和去除率都比较高， 占地面积小，但运行费用高，且出水悬浮物浓度较高，使用时可在后面连接兼性塘来 改善最终出水水质。 随着研究的深入，现在又发展出了一些新的稳定塘技术，既能达到很好的污水净 化效果，又能收获一定的湿地植物产品，产生很好的经济效益，如高效藻类塘、水生 植物塘、悬挂人工介质塘、超深氧化塘和高级综合塘( a i p s ) 等。卢少勇等【4 4 j 研究了利 用“稳定塘植物床”系统对农田排灌水进行处理，结果表明，“稳定塘植物床 复 合系统能成功地控制农业面源污染，该系统的抗冲击负荷能力较强，能够在水力负荷 高、进水量波动大的情况下，达到设计目标。赵学敏等【4 5 j 通过将预处理塘、好氧塘、 水生植物塘和养殖塘串联组合成改良型生物稳定塘系统对滇池流域受污染的河流进 行净化，结果表明，生物稳定塘对各营养盐有一定去除效果，是一种有效的污水处理 系统。 ( 2 ) 人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统，源于对自然湿地的模拟，它 利用自然生态系统中的物理、化学和生物的共同作用，和生态系统中物种共生、物质 循环再生原理，通过基质的物理沉淀、过滤、絮凝、吸附、络合反应、离子交换、硝 化和反硝化作用、植物对营养元素的吸收和微生物的吸附、代谢作用等将水体中的 s s 、n 、p 、b o d 、c o d 等营养物质去除，同时为植物、微生物的生长以及氧气的传 输提供必备的条件【4 6 i ，在促进污水中污染物良性循环的前提下，充分的发挥资源生产 潜力，获得污水处理与资源化的最优效益，以此来实现对污水的净化。 人工湿地中植物的选择是其重要的组成部分，一般选用处理性能好、生长期长、 成活率高、抗水性强、美观且兼具经济价值的植物( 如芦苇、茭白、菖蒲等) 。湿地植 物根系形成一个网络状结构，并与填料中生存的动物、微生物形成一个特有的动植物 生态系统，废水流经时通过过滤、沉淀、吸附、离子交换、植物吸收和微生物分解代 谢 4 7 , 4 8 】等作用去除水体中的污染物质，最终通过对湿地基质的定期更换或者植物的收 割使污染物质最终从系统中去除【4 9 5 0 5 1 5 2 | ，从而实现对污水的高效净化处理，例如悬 浮物被填料及根系阻挡截留，氮、磷等营养物质被植物直接吸收或沉降在污水中，有 机质通过生物膜吸附及同化、异化作用得以去除。处理设施一般包括格栅、沉淀池、 稳定塘和人工湿地等。其工艺流程如图1 所示。 6 图1 人工湿地污水处理系统工艺流程 f i g 1t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so fc o n s t r u c t e dw e t l a n d 白洋淀水质评价及藕田富营养化水体的净化技术研究 在2 0 世纪6 0 年代人工湿地就开始用于农村地区生活污水的处理【53 l ，并得到良好 的效果，大到几千几万人口地区的生活排放污水的处理【5 引，小至小型的一户的污水处 理净化，这在发达国家与发展中国家中同样有广泛的应用。随着人工湿地系统的不断 发展改进，人们将其应用领域进一步拓宽，在市政废水【55 l 、矿区重金属污水b 引、农业 废水【5 7 】、石油化工废水【5 8 】、垃圾渗滤液【5 9 】的处理领域以及城市暴雨径流污染控制o j 等方面都进行了积极的探索和实践应用，其它的用途包括：减少从垃圾渗滤液的处理、 农业到地表水的污染物、工业废水处理和污泥固化。卢建等【6 1 】和尹振娟等【6 2 】研究了生 物法人工湿地组合工艺( a m c o c w ) 对小城镇混合污水的处理效果，结果表明，两种 处理方法组合成本低、效率高、运行可持续，出水中的有机物和氮素均能够稳定达到 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 的类水质标准，在实际应用过程中对高有 机负荷的污水处理具有良好的效用，并且二者间在处理氮素过程中实现了优劣互补。 此外，这种系统非常适合于处理隔离的居住区，因为不需要外加能源、合格的操作人 员，而且污泥产量低、运行和维护费用低。将来人工湿地还会被进一步用于高级处理 方面，如在富营养化的地表水中净化去除营养物质等；在常规污水处理厂中进一步净 化其出水，以求能够成功补充淡水资源；充分利用人工湿地技术优势进行污泥脱水等， 这些已经开始研究。值得注意的是利用人工湿地净化处理废水时必须做到目标明确， 针对各自的典型污染物进行合理设计；具体净化技术【o 川。 ( 3 ) 生物浮床技术是在无土栽培技术的原理基础上以高分子材料为载体基质，采 用生态工程措施综合现代农艺而成的一种水面无土种植的净化技术 6 4 1 。把高等水生植 物或改良后的陆生植物栽种到受污染：水体的水面，利用根系在生态系统所起的物质转 化作用和根系的截留、吸附、吸收作用，以减少水体中的氮、磷等物质，并通过收获 植物体的方式将吸附积累在植物体内和根系表面的污染物及氮、磷等营养物质清离水 体；植物遮挡阳光能够显著抑制藻类的光合作用，降低浮游植物的生物量，有效防止 水华的发生并将水体透明度提升，以上皆能达到净化水体的效果；浮床上的植物还能 为水生动物及鸟类提供良好舒适的栖息环境，下部植物根系创造了鱼类和水生昆虫的 生息环境，能够提升水生生物的多样性，使生态得以恢复；用水面浮床种植水稻、花 卉等粮食和经济作物来处理废水，既可以保护环境，营造美丽的水上景观x 6 6 j ，同时 又能缓解土地资源供需矛盾的紧张，充分的利用空间及各种资源，最终取得与陆地种 植相同甚至更高的社会效益和经济效益【6