（环境科学专业论文）城市景观水体生境改善技术与机理研究.pdf

2009 届研究生博士学位论文 学校代码 : 学号 : 10 2 6 9 5 2 0 6 0 8 0 2 0 0 9 年束呷忿尺 李 城市景观水体生境改善 技术与机理研究 院系 : 专业 : 研究方 向: 指 导教师 : 博士研究生: 2009 年 4 月完成 d issertation for th e d octoral d egree in 2009 u n iversity c od e: 102 69 e n ro llmen t n u m b er :5 2 0 6 0 8 0 2 0 0 9 e ast c h in a n orm al u n iversit y s tu d y o n t e ch n o lo g y a n d mech a n ism o f im p ro v em en t o f a q u a tie h a b ita t in u rb a n l a n d sca p e 、 v 血 ter a ff i liatio n : s eh o o l o f r esou rces 将凹凸棒石作 为吸附剂用于 降低水体 中磷的浓度 ，在小试规模上 进行 了 自配水和实际水 的效果研究 ;采用推流曝气生物膜技术降低水体 中的氨氮 浓度和改善水体 的流动状态 ， 在中试规模上进行 了 0. 5t 实际水的多组实验槽效果 比较 ，并对技术在工程上 的应用进行 了跟踪研究 。 通过研究得 出以下主要结论: (l) 什刹海与罗马湖水体中沉水植物较少 ，总氮浓度均处于劣 v 类水平 ， 但什刹海前海东岸透 明度达 70cm ，而罗马湖透 明度却只有 27cm 。造成两水体透 明度 存 在 较 大 不 同 的 原 因 是 二 者 磷 浓 度 存 在 较 大 差 异 ，什 刹 海 总 磷 仅 为 0.042m 留l ，而罗马湖 总磷达 0.36m 岁l 。可见 ， 磷 的浓度是藻类生长的限制 因子 ， 与水体透 明度负相关 。 (2) 柳荫湖和 罗马湖 的水质均较差 ，磷 的浓度水平均较高 ，但柳荫湖没有 蓝藻水华现象发生 ，而 罗马湖夏季蓝藻水华严重、透 明度较低 。造成两水体透 明 度差异的主要原因是水 体的深度不同，柳荫湖平均水深仅为 0. 5m ，小于光补偿 深度 ，满足水生植物生长 的光合作用条件 ，沉水植物与挺水植物生长茂盛 ; 而罗 马湖水深为 lm ，大于光补偿深度 ，沉水植物不能生长 。可见，水生植物对景观 水体 中浮游藻类 的生 长有 抑制 作用 ，水下 光照强度 是水 生植物光 合作用 的保 障 ， 只有在水体深度小于光补偿深度 的条件下 ，才能形成建康的水生态系统 ，从而改 善水体的透 明度 。 (3 ) 天然蛙石 、凹凸棒石 的除磷性能较差 ，酸洗改性对蛙石和凹凸棒石 的 除磷性能有一定的增强作用 ，但效果提 高不大。蛙石和 凹凸棒石通过锻烧 改性后 吸附磷的效果 明显增强 ，但 是蛙石吸附除磷后 ，溶液 ph 值有较大升高 ，而凹 凸 棒石锻烧改性后溶液 ph 值升高不大 ，因此 ，应优先选用锻烧改性后的凹凸棒石 华东师范大学博士论文城市景观水体生境改善技术与机理研究 作为除磷吸附剂 。凹凸棒石锻烧改性的最佳条件是 500 缎烧 zh 。 (4) 用锻烧改性后的凹凸棒石，对含磷浓度 为 0.226m 梦l 、ph 值 为 8.04 的 清 河水 样 进 行 除磷 试验 ，投 加 7岁l 锻 烧 改性 的凹 凸棒石 时 ，磷 的去 除率 为 83 . 53% ，除磷后溶液 中磷浓度为 0. 037m 叭 。 (5) 在水体 中加入生物膜填料 ， 在不采取推流或曝气的措施时， 氨氮和 c o d 浓度略有降低。采用推流+ 生物膜填料技术措施 ，氨氮浓度与 c o d 浓度大幅度 降低 ，水体透 明度 由 24cm提高到 90ct n 。低有机物浓度条件下 ，在推流 + 生物 膜填料技术 的基础上 ，增加曝气措施 ，进一步提高透 明度 的效果不 明显 。 (6) 推流 + 生物膜填料技术改变 了水体的流态与流速 ，降低 了水体 中的氨 氮浓度 ，提高 了水体 的透明度 ，其中，氨氮浓度 的降低可能是抑制水体 中藻类暴 发 的重要影 响因素 。 (7) 推流 + 生物膜填料技术的工程应用表 明: 在低浓度 的氮 、磷条件下 ， 该技术对透 明度 的改善效果 明显。水深 lm 、面积 10000衬 的水体 ，治理投资为 50 万元 ，每月运行费用为 1000 元左右。该技术具有效果好、管理简便、运行费 用低等特 点 。 综上所 述 ，采 用锻烧方式对 凹凸棒石进行 改性可 以有效 降低 景观 水体 中的 磷 ，以达到控磷而提高水体透 明度 的 目的; 推流 + 生物膜填料技术可 以降低景观 水体 中氨氮 的浓度 ，改善水体的流态和流速 ，从而抑制藻类暴发而 改善水体 的透 明度 。 关键词 : 景观水体生境改善透 明度吸 附除磷推流 复氧 华东师范大学阵士论文城市景观水体生境改善技术与机理研究 a b stra ct h ab itat imp ro v em en t 15 th e k ey faeto r to resto re th e h ealth y aqu a一 eco sys tem o f ur ban lan d seap e w ater b o d y， an d its tran sp aren cy en h an ein g 15 the em p h asis an d d iff i cu lt又 wh ich 15 o n e o f the im p o rtant in d ieators o f u rban lan d seap es w ater b o d y th at transpareney of ur b an一 landseapes w ater w as not hi gh enough w as du e to phy t oplankton over-gr o w th. th e eff e cts of nutri ent eoneenirations and w ater fl ow state in w ater on the div ersity and eonsisteney of phytoplank ton in uthan landsc叩e w ater w as rem ar k able. the technologies，their m echanism s and engineer ing ap p lieatio n to red u ee mi trien t eo n een tr atio n s an d im p rov in g w ater fl o w state in ur ban lan d seap e w ater b o d y w ere in v e stig ated in o rd er to enh an ee its w ater tran sp ar e n ey under support ing by national“ 863” pro j ect(2006a a 062 343). th e w ater quality and h abitat charaeter i sties of ty p ical landseape w ater b ody in b eij ing w ere analyzed by m onitori ng and fi eld study. a tt apulgite w as used as adsothent to redu ee phosphor (p) eoneent r ation in w ater by si m ulating w ater and fi eld w ater at sm all一 seale ex p er i m en t eo n d itio n . th at the p lu g fl o w reaeratio n 一io fi lm teehn o lo g y w as u sed to red u ee th e an u n o n ia一 n itr o g en eo n cen tration an d im p ro v e the fl o w state in w ater w as eo n d u eted to eo mpare their eff e ets u n d er m ed iu m 一 seale eondition usi ng 0. 5 t fi led w ater， and the applieation of those teehnologies w ere stud ied as follow in g . a eeo rdin g to the research ， m ain eon clu sion s are foun d as: th e aq u atic v eg etatio n 15 few an d to tal n itr o g en co n e en tratio n o f w ater 15 u n d er v lev el in s h ishah ai l ak e an d l u o m a l ak e. tr an sp aren ey in eastem area o f s h ish ah ai w as 7 0 em ， b ut that in lu o m a l ak e w as oli ly 2 7 cm .th e d iff e ren ee o f p eo n cen tratio n m ay be the reason that the phosphor coneentration w as 0. 042m g/l in shishahai and 0 . 36m g/l in lu om a l ake.t herefore， p eoneentration 15 the lim iti ng faetor of algae gr ow th， w hich 15 n eg ativ e co rrelatio n w ith tran sp aren cy o f w ater. th e depth of liu外n l ake 15 only o. s m ， less than light eomp ensation depth， the p h o tosyn thesis o f aq u atie v eg etatio n 15 m ct.h en ee， sub m erged an d em erg in g v eg etatio n b o th are fl o ur i sh . h o w ev er ， the d ep th o f l u o m a l ak e 15 l m ，m o re than light com pensation depth， the aquatie vegetation ean n ot be developed.th erefore， the algae gr o wth ean be eontr olled by aquatie vegetation， and the light iniensity un der 111 华东师范大学博士论文 城市景观水体生境改善技术与机理研究 w ater 15 the gu aran t ee for aq u atic v eg etatio n p h o to syn thesis， an d w ater tran sp aren ey 15 the m ai n i m port ant faetor that aff e ets the light i ntensi ty under w ater . th e eff e ct o f p rem ov ed b y n atural v er micu lite an d at t ap u lgite w as w eak ，an d their eap aeity after m o d ifi eatio n b y acid p ick lin g also w as lo w. h o w ev er， the so rptio n p eapaeity of the natural verm iculi te and at tapulgite aft er m odifi eation inereased 51娜 fi ean t ly， and the best eondit ion for ealeini n g m odi fi eati on w as burni ng for z h ours at 7 0 0an d 500 . if the p i n overi 外ng w ater w as sothed by vennieulite ealeining m odifi eation， its ph of the solution i ncreased ra p idly. h ow ever ， the ph inereases little for at tapulgite. t herefore， using of at tapulgite ealeining m odifi cation 15 batter than verm ieulite as p adsothent.for instanee， the 7g/l of attapulgite caleining m odifi eationthe w as added in overl外ng w ater w ith 0. 226 m g/l p and ph s， 04 fr om q i ng r iver. r esult show ed that about 83. 53 % p w as rem oved and its p eoneentr ation deereased to 0. 037m g/l . t he eoneentr at i on of am m onia nitr ogen and c o d in overl如ng w ater deereased little putting biofi lm fi ller under the condition of w ithout pl ugging fl ow and aerating， w hieh w ere decreased largely under the condition ofpluging fl ow and adding biofi lm together， and their tr anspareney of over l 如ng w ater inereased fr o m 24 cm to 90 em .50 u n d er the eo n d itio n o f lo w o rgan ic eom p o u n d s eo n een tration ， the eff e et o f tr anspareney enh ancing w as not obvi ous by aerating on the base of pluging fl ow and ad d in g b io fl lm to g ether. t he situation and speed of the overl如ng w ater w ere changed by plugging fl ow an d ad d in g b io fi lm ，an d the a幻 nrno n ia n itro g en co n een tr a tio n w as red u ced ，w h ich 15 m ay b e the reason that w ater tr anspareney ean be im proved. r eduei ng of am mo垃a nitr ogen eoneentration in w ater m a如 e result in algae bloom l im ited grow th.h ow ever， th i s p o in t n eed s to b e p rov ed in futu r e. th e ap p lieatio n o f p lu g g in g fl o w an d ad d in g b io fi lm tech n o lo g ies in d ieated that the tran sp ar e n cy ean b e im p rov ed o b v io u sly u n d er the eo n d itio n o f lo w n itro g en an d phosphorus eoncentrations in overl户ng w ater. for the w ater body that its depth 15 l m an d area 15 1 0 0 0 0 m z， 5 0 0 ， 0 0 0 r mb 15 n eed ed ， an d 山 e ru n几e w as 比 o ut 一 0 0 0 枷b 华东师范大学博士论文城市景观水体生境改善技术与机理研究 p er m o n th. man ag em en t w as v ery eo nv en ien t. a s the wh ole， the att apulgite caleining m odifi eation ean be utilized to rem ove p from lan d seap e w ater ， its tran sp aren ey ean b e enh an eed an d p eon eentration ean b e redueed.t he an u nonia ni trogen eoneentration and situation， fl ow speed of overl外ng w ater all ean be im proved the by using plugg i ng fl ow and adding biofi l m ， the algae gr ow th w as 11而 ted an d its tran sp aren ey also w as in ereased . ke y w o r d s :la n d se a p e w a te r ;imp r o v e me n t o f a q u a tie h a b ita t ; tr a n sp a r en cy ;p h o sp h o ro u s r e mo v a l b y a d so r p tio n ;d r iv in g flo w a e r a tio n 华东师范大学博士论文城市景观水体生境改善技术与扫 健 研究 目录 摘要 . “ 二 “ 二 ” 二 ” . “ . . . . . . . . “ . ” . . “ . ” . “ “ ” . ” . . . . “ . . . . . . . . ” “ . ” ” “ . .i a b s t r a c t .” 二 ” .” .” .” .“ .” .” “ ” “ .” “ .“ . 111 第一章绪论 二 “ .“ ” “ ” ” . ” ” . ” . . ” . ” ” 。 . . “ . . . “ ” . ” “ ” ” ” .” 1 1 .1 景观水体的污染状况与成因. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.1 我国景观水体的污染状况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1. 2 景观水体的污染成因 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1. 2 景观水体的水质要求. ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. 2.1 水环境质量标准要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. 2. 2 污水排放及再生水利用水质标准要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1 . 2. 3 标准分析 比较与景观水体水质要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . 8 1 . 3 景观水体治理技术研究进展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1. 3.1 水生态恢复技术研究进展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1. 3. 2 景观水体生境改善技术研究进展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . n 1 . 3. 3 景观水体曝气生物膜技术研究进展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1. 3. 4 景观水体吸附除磷技术研究进展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 1. 4 景观水体的治理思路与研究 问题 的提 出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1. 4.1 景观水体 的治理思路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 1， 4， 2 研 究 问题 的提 出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1. 5 论文的研究 目的与意义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1. 5.1 研究 目的 . . . . .， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1. 5. 2 研究意义 ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1. 6 研究 内容和技术路线. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1. 6.1 研 究 内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 1. 6. 2 技术路线 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 第二章典型景观水体特征研 究 ” ” . . .” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.1 研 究 目的， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2. 2 研究对象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2. 3 研究方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.4 柳荫湖景观水体研究 ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.4. 1 柳荫湖概况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2. 4.2 区位特 点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 华东师范大学博士论文城市景观水体生境改善技术与机理研究 2. 4. 3 水文、底质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2. 4.4 入湖水源 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2. 4.5 岸带生态 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2. 4.6 柳荫湖水质变化规律研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5 什刹海景观水体研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2. 5. 1 什刹海概况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2. 5. 2 区位特点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2. 5. 3 水文 、底质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2. 5. 4 岸带类型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2. 5. 5 岸带生态 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2. 5. 6 什刹海水系富营养化治理简介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2. 5. 7 什刹海水质变化规律研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2. 6 罗马湖景观水体研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2. 6.1 罗马湖概况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2. 6.2 区位特 点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2. 6.3 来水情况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2. 6.4 湖岸生态 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2. 6. 5 罗马湖水质监测 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2. 7 三个景观湖泊的对 比研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2. 7.1 三个湖 的特征 比较 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2. 7. 2 柳荫湖 、罗马湖水质 比较 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.7. 3 什刹海、罗马湖水质对 比 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 2. 8 小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 第三章推流曝气生物膜技术改善生境的效果研究. ” . . ” 二 ” . “ . ” . 50 3.1 研究 目的与研究 内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.1.1 研究 目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.1. 2 研究 内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3. 2 实验装置与分析测试方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3. 2.1 实验装置及 实验用水. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3. 2.2 水质指标分析测试方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3. 3 单独放置生物膜改善生境的效果研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3. 4 推流与生物膜联合改善生境 的效果研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56 3 . 5 推流+ 生物膜+ 曝气联合改善生境的效果研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 华东师范大学博士论文城市景观水体生境改善技术与机理研究 3. 6 推流曝气生物膜法 改善生境 的机理分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3. 7 小 结 .70 第 四章水体生境改善的磷吸附剂筛选及机理研究. ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.1 研 究 目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 4.2 研究 内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .