植物浮床对富营养化水体的修复工艺研究

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水体富营养化是当前水环境面临的主要问题。植物浮床技术作为经济、高效且符合可持续发展要求的技术之一,已成为水体富营养化治理研究和应用的热点。本论文考察了以塑料为床体的普通植物浮床和以可漂浮生态混凝土为床体的生态混凝土植物浮床对富营养化水中氮磷的去除效果。主要研究结果如下:(1)考察了以聚苯乙烯泡沫塑料为床体的美人蕉植物浮床对富营养水中氮磷的去除效果。结果表明浮床对富营养水中氮磷去除率很高,第18天处理组水中总氮、NH4+-N、NO3--N、总磷、PO4--P的去除率分别达到97.8%,91.5%,98.1%、96.3%和98.7%。相较对照组,尽管处理组中氮磷浓度显著下降,但处理组中细菌和原生生物α多样性和群落组成与对照组差异不明显。表明植物浮床可以在短时间内迅速去除水中氮磷,但难以同时快速恢复水中微生物群落。(2)以陶粒为骨料制备可漂浮生态混凝土,并以此混凝土为床体构建生态混凝土植物浮床,考察该浮床对富营养水中氮磷的去除。静态吸附实验结果表明5-8 mm粒径生态混凝土试块对水中总氮和总磷的吸附效果最好,144 h的吸附量分别为241.49 mg/kg和74.38 mg/kg,其次为10-15 mm粒径试块,最次为20-25 mm粒径试块。种植美人蕉的生态混凝土植物浮床比以聚乙烯塑料为床体的种植美人蕉的普通植物浮床对水中氮磷的去除效果更好,其中5-8 mm粒径生态混凝土植物浮床的氮磷去除效果最佳,其次为10-15 mm,再次为20-25 mm,最次为普通植物浮床。42天内,5-8 mm粒径生态混凝土植物浮床对总氮、NO3--N、总磷和PO4--P的平均去除率分别为12.2%、21.0%、74.1%和81.4%,普通植物浮床对总氮、NO3--N、总磷和PO4--P的平均去除率仅分别为2.80%、5.4%、5.2%和10.7%。(3)对溪源江水质进行了为期一年的监测,并利用生态混凝土植物浮床对模拟的溪源江水中氮磷进行去除。溪源江水质时间特征为:总氮、NH4+-N、NO3--N、总磷、PO4--P和叶绿素a浓度从2018年10月到2019年1月(或2月)整体含量较高,12月或1月达到全年最高;而2019年3月(或2月)至2019年9月整体含量较低;空间特征为:总氮、NH4+-N、总磷、PO4--P和叶绿素a浓度在中游河段最高,下游河段次之,上游河段含量最少。(4)种植美人蕉的生态混凝土植物浮床对模拟的溪源江水中总氮、NO3--N、NH4+-N、总磷、PO4--P的平均去除速率分别为758.7 mg/d/m~2、213.2 mg/d/m~2、828.7 mg/d/m~2、35.2 mg/d/m~2和36.0 mg/d/m~2;种植水竹的生态混凝土植物浮床对模拟的溪源江水中总氮、NO3--N、NH4+-N、总磷和PO4--P的平均去除速率分别为509.0 mg/d/m~2、256.3 mg/d/m~2、816.4 mg/d/m~2、40.1 mg/d/m~2和41.6mg/d/m~2。
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