不同植物净化富营养化水体的效果和群落分析

为发掘高效净化富营养化水体的新型浮床植物,使生态浮床技术能够更好地服务于污染水体的治理,探究了不同浮床植物处理条件下各水体浮游植物群落和微生物群落的差异。在室外条件下,以绿萝、万年青和皇冠草作为试验植物,对人工配制的富营养化污水进行48 d的处理,比较植物生长情况和净化效果,分析浮游植物和微生物群落结构和多样性。结果表明,3种植物都能存活,万年青根系发达,生物量增加较多。4个水箱内溶解性磷(DP)、TN、TOC的降解趋势一致。试验结束后,万年青组能显著抑制水体中藻类生长,藻密度含量较低,藻的种类单一。万年青组对DP、TN、TOC的去除速率较快,效果较好,去除率分别为95.0%、97.57%和92.53%。藻类的吸收利用是对照组各污染指标下降的主要原因。     

组合生态浮床技术对富营养化水源水质的改善效果

通过延长浮床生态系统的食物链和强化浮床的微生物富集特性,构筑了以水生植物、水生动物及微生物生态系统为主体的组合生态浮床,考察了其对富营养化水源水质的改善效果。研究表明,当水体交换时间为7d、水力负荷为1.85m3/(m2.d)时,组合生态浮床对TN、TP、TOC、Chl-a的平均去除率分别为52.7%、54.5%、49.2%、80.2%,相应的去除负荷分别为4.03、0.79、0.49g/(m2.d)和25.31mg/(m2.d);对总藻毒素和胞外藻毒素的去除率分别为77.4%和68%。可见,该组合生态浮床是改善富营养化水源水质的有效方法。     

水绵强化浮床净化再生水补给的景观水体效果

在补充再生水的模拟景观水体中采用黄菖蒲生物浮床,并引入网箱种植的水绵构建水绵强化浮床,从而探讨中低温条件下水绵强化浮床对再生水补给的城市景观水体水质的净化效果。试验结果表明,水绵对铜绿微囊藻的生长具有明显的抑制作用,水绵强化浮床可以控制再生水补给的景观水体中的藻密度和叶绿素a(Chl-a)浓度,其在中低温连续运行60 d过程中,水绵强化浮床水体的藻密度和Chl-a浓度均值分别为1. 57×10~4个/mL和5. 59μg/L,为浮床水体对应值的34. 28%和54. 54%,为空白水体对应值的4. 89%和14. 44%。同时,水绵强化浮床对再生水补给的模拟景观水体中的氮和磷具有较好的去除效果,在TN、NH_4~+-N和NO_3~--N的本底浓度分别为7. 52、1. 71、5. 53 mg/L条件下,运行60 d后其对应的浓度分别降低至0. 20、0. 08、0. 06 mg/L;当TP和PO_4~(3-)-P的本底浓度分别为0. 75、0. 70 mg/L时,运行60 d后其对应的浓度分别降低至0. 01mg/L和检测限以下。因此,水绵强化浮床对再生水补给的景观水体中低温阶段的水质净化及藻类控制效果明显,可有效控制该类水体的富营养化,是一种高效的景观水体水质控制方法。     

植物碳源强化浮床净化效果及对根系微生物群落影响

为解决传统生态浮床对再生水补给景观水体中氮去除效果不佳的问题，在传统生态浮床(T-EFB)基础上引入植物碳源，构建植物碳源强化生态浮床(PCS-EFB)，并通过中试考察了两者对再生水补给景观水体水质的净化效果，以及植物碳源对根系微生物菌群的影响。结果表明，PCS-EFB可大幅降低水体中污染物浓度，试验全程对浊度、TN、NO₃^--N、藻密度和叶绿素a(Chl-a)的平均去除率分别可达46.52%、62.24%、92.84%、57.51%和63.86%。同时，植物碳源的缓释性与良好的可生化性使其在促进反硝化的同时不会引起水体COD的大幅增加。此外，植物碳源的添加还可提高浮床系统微生物多样性，同时增加Proteobacteria、Chloroflexi、Firmicutes等功能菌的相对丰度，促进水中污染物的去除和降解。因此，植物碳源强化生态浮床可用于以硝酸盐氮为主的景观水体净化，以保障水质和控制富营养化。     

ΔDO单一指标评价景观水体富营养化的研究

提出了采用水中溶解氧昼夜浓度最大差值(ΔDO)单一指标来及时评价景观水体富营养化程度的方法。在光暗比为1∶1、温度为25℃、光照强度为2 000 lx条件下,通过测定不同纯藻的光合产氧速率和叶绿素a(Chl-a)浓度,以及实际混合藻群的DO、ΔDO和Chl-a浓度,建立了不同藻种及混合藻群ΔDO与Chl-a浓度的关系,探讨了采用ΔDO单因素评价景观水体富营养化程度的可能性。结果表明,在含铜绿微囊藻、小球藻、伪鱼腥藻、混合藻群的实际景观水体中,ΔDO与Chl-a浓度的Pearson相关系数分别为0. 95、0. 96、0. 97和0. 93,相关性显著。因此,采用ΔDO作为富营养化程度单因素评价指标有一定的可行性。此外,还确定了不同ΔDO对应的水体富营养化程度范围,可为景观水体富营养化程度评价提供有效、快捷的方法。     

基于生物协同作用的强化生态浮床对养殖水体的净化效果

为了提高传统植物浮床对养殖水体的净化效果,降低养殖排放水污染,采用在凤眼莲Eichhornia crassipes浮床底部放置生物陶粒基质的方法构建强化生态浮床,研究了该强化生态浮床对养殖水体的净化效果。结果表明:用强化生态浮床净化水体16d时,对总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)、亚硝氮(NO-2-N)、总磷(TP)、化学耗氧量(COD)的去除率分别达到48.57%、68.52%、77.05%、71.17%、47.22%,均显著高于凤眼莲组和生物陶粒组(P<0.05);经强化生态浮床净化后的养殖水体中,TN、TP水平分别达到淡水池塘养殖排放水一级标准(SC/T9101—2007),NH+4-N浓度降至0.20mg/L以下,NO-2-N浓度降至0.01mg/L以下。研究表明,强化生态浮床中植物、基质和微生物的协同作用提高了其对污染物的去除效果。     

生态浮床对河口水质的净化效果研究

通过分析浮床建成前后、浮床撤除前后以及浮床边和开阔水道之间水质的差异,考察了浮床对河口水质的净化效果,并对净化机理进行了分析.结果表明,生态浮床具有很强的净化能力,经过浮床段后TN、TP和NH 4-N浓度均得到明显降低;浮床边的水质较好,浮床对TP、TN、NH4 -N的净去除率分别为10.4%、8.1%、18.1%;由于氮循环过程的复杂性,经过浮床段后NO-3-N和NO-2-N浓度反而显著升高;工程段水质的改善是湖水稀释、河流自净和浮床净化等综合作用的结果;撤除浮床后,对水体的净化效果大大降低,对TP、TN、NH4 -N的去除率仅分别为18.2%、9.2%、27.8%.     

组合生态浮床在滇池入湖河流治理中的应用

采用一套由植物浮床和填料浮床组合而成的生态浮床系统治理滇池入湖河流大清河,考察了组合浮床对入湖河流水质的净化效果.结果表明,组合生态浮床对水体中COD、TN、TP的去除效果较好,其面积污染负荷去除率分别为401.5、50.0、5.44 mg/(m2·d),年平均去除率分别为5.16%、4.2%和7.91%,水质的改善效果明显.     

太阳能曝气—生物强化浮床对景观水体中氮素的去除

针对景观水体富营养化现象日益严重,设置5组实验装置,探究太阳能曝气、轻质陶粒填料、美人蕉及固定化好氧反硝化细菌颗粒强化组合生态浮床对富营养化水体中氮素和有机物的去除效果。结果表明,组合浮床中曝气和填料的设置对COD的去除起主要作用,设置曝气浮床较无曝气浮床的COD去除率提高了25%,设置填料浮床较无填料浮床的COD去除率提高了20%。曝气对NH~+_4-N的去除可起到很好的效果,设置曝气浮床较无曝气浮床的NH~+_4-N去除率提高了81.17%。曝气可促进硝化反应的进行,NO~-_2-N会随氨氮浓度的降低而上升,且NO~-_3-N浓度变化与NO~-_2-N浓度变化具有一定的同步性。添加了固定化好氧反硝化细菌颗粒的组合生态浮床对氮素的去除效果最佳,其中对NH~+_4-N的去除率达到了97.57%、对TN的去除率为50.24%。固定化好氧反硝化细菌的加入可缩短氮素的转化进程,提高氮素的转化效率,利于氮素的去除。     

组合型生态浮床中各生物单元对污染物去除的贡献及净化机理

对组合型生态浮床中水生植物单元(空心菜)、水生动物单元(滤食性贝类三角帆蚌)、微生物强化单元(人工介质)进行组合配置,分析不同生物单元的污染物去除贡献率,试验结果表明,组合型生态浮床中人工介质单元对TN、TP、CODMn去除的贡献率分别为48.5％、46.7％、49.9％,均高于水生植物和水生动物单元,人工介质富集的微生物是氮磷等污染物的净化主体,而水生动物单元对Chl-a的去除贡献率达到了79.1％,表明水生动物单元的污染物去除途径主要为三角帆蚌对藻类等颗粒性有机物的滤食.通过三角帆蚌的滤食及排氨作用促进了颗粒有机物的可溶化和无机化,为组合型生态浮床中人工介质上微生物增殖以及植物的吸收提供了有利的基质条件,从而促进了浮床的污染物净化效能.     

淀山湖河口生态浮床试验工程设计与效果研究

在综合考虑淀山湖千墩浦河口区域的地形、水文、水质、植被、航道等环境因素和工程实施总体目标的基础上,从工程选址、浮床结构、浮床植物筛选、浮床布局以及浮床系统保护等方面开展了生态浮床试验工程的研究与设计,并通过实践进行了效果验证,为在淀山湖大规模开展浮床工程建设积累了技术参数和运行经验。工程运行一年来的情况表明,浮床技术可有效削减富营养化水体中的COD、TN、氨氮和TP等营养物质,为后续的生态修复工程奠定良好基础;选择的浮床植物较好地适应了淀山湖水体营养状况,植物收获量达到和超过了考核目标;设计的"消浪排+防浪围隔"防护系统结构可有效抵御风浪和船行波的影响,围隔对波浪能的消减率可达39%。     

低温下生态浮床净化重污染河水的研究

为了提高普通植物浮床在低温条件下对重污染水体的净化效果,引入陶粒作为浮床基质,在重庆地区的临江河构筑了植物—陶粒生态浮床,研究了美人蕉、风车草浮床在低温条件下对重污染河水中TN、TP和COD的去除效果。结果表明,关人蕉、风车草浮床对TN的平均去除率分别为36．2％、35．3％,对TP的平均去除率分别为30．1％、30．8％,对COD的平均去除率分别为27．8％、31．7％;其中,美人蕉、风车草的吸收作用可去除水体中7．2％、5．4％的TN,8．3％、6．8％的TP,陶粒的净化作用可去除水体中10．1％的TN、13％的TP和13．9％的COD。水温〉10℃时,关人蕉浮床的净化能力明显高于风车草浮床,而风车草浮床在10℃以下的净化效果较好。     

小翠湖的生态修复工程研究

采取引水环流、水体增氧、水体生物修复、底泥生物修复、恢复水生植被(包括生态浮床和湖滨植物带建设)、调整鱼类养殖结构等措施治理小翠湖,经过近5个月的施工和调试后,其水质得到明显改善,COD、BOD5、氨氮、磷酸盐、总氮、总磷分别由(40~50)、9.1、1.0、0.10、2.3、0.35 mg/L下降至20、4.9、0.5、0.04、1.74和0.18 mg/L.经过治理后,小翠湖的有机污染和富营养化得到一定程度的控制;藻类水华的暴发得到缓解,水体由治理前的暗绿色转变为黄绿色,透明度由38cm提高到近50cm,Chl-a浓度由120ug/L降至49ug/L,减少了59.2%.该修复工程的成功实施为已完成截污和清淤的城市景观湖等封闭水体的治理提供了技术支持.     

美人蕉和菖蒲生态浮床净化微污染源水的比较

利用美人蕉和菖蒲生态浮床净化微污染源水,在进水TN为0.91～1.17mg/L、TP为0.12～0.18mg/L、CODMn为5.48～9.36mg/L、DO为3.6～6.1mg/L时,两种生态浮床的出水水质均能满足集中式饮用水水源地水质标准(GB3838—2002)的要求;其中美人蕉和菖蒲浮床对TN的平均去除率分别为42.5%和36.2%,对TP的平均去除率为48.1%和44.2%,对CODMn的平均去除率为42.3%和36.3%,美人蕉浮床的净化效果要好于菖蒲浮床。可见,生态浮床的除污效果较好,可用于微污染源水的净化。     

生态浮床技术的应用及研究新进展

近年来为解决我国水域富营养化问题,一种以水生植物为主体,运用无土栽培技术原理的生态浮床技术应运而生。该技术以其治理富营养化水体的独特优点,既美化保护生态环境,又带来了一定的社会效益,且成本低,是一种极具发展潜力的技术。但是影响该技术的因素也较多,主要包括浮床水生植物选型、水体污染程度的差异、植物的种植方式和周边环境条件等。虽然目前该技术的成功应用实例不断增多,但是仍然存在一些亟需解决的问题,如植物根系和根际微生物群落相互作用的机理不明确、气候条件的不利影响、制作生态浮床材料的二次污染以及如何与其他污水处理技术相组合等。     

复合植物床生态系统对再生水的深度处理研究

采用三级挺水植物床和沉水植物床构建复合植物床生态系统,考察了该系统对再生水的深度处理效果,并初步分析了系统中基质、植物和微生物对氮、磷的去除贡献。结果表明:多级复合植物床生态系统能够有效去除再生水中的氮和磷,在该系统中,芦苇和香蒲对营养型污染物的去除效果比扁杆藨草好,沉水植物床则主要起稳定出水水质的作用。对TN的去除主要依靠植物的吸收、转化和微生物的反硝化;基质对TP的去除起主要作用,平均去除率达到87.1%。经复合植物床生态系统处理后的再生水不易引起藻类的大量繁殖,降低了再生水回用于景观用水的富营养化风险。     

曝气生态浮床/PRB组合工艺净化重污染河水研究

通过中试考察了曝气生态浮床/可渗滤反应墙(EAFB-PRB)组合工艺对重污染河水的净化效果.结果表明:组合工艺对COD、TN、NH_4~+-N和TP都有较好的去除效果,平均去除率分别为79.5%、27.9%、36.8%和87.0%;经处理后,水体的平均DO浓度由0.09 mg/L提高到1.7mg/L;对TSS的平均去除率达95.4%,出水清澈透明,感官效果好.可见,该组合工艺是改善重污染河水水质的有效方法.     

人工浮床加挂填料对富营养化河水的净化效果

人工浮床技术是治理富营养化水体的一种经济且高效的手段.应用3种填料、2种浮床、2种水力负荷对人工浮床中试系统进行组合构建,考察不同类型的浮床对太湖周边污染河水的净化效果.结果表明,采用人工浮床加挂人工填料的方法对富营养化河水进行外源污染控制是行之有效的,经过3种填料组合浮床净化后,出水水质都达到了生活生产用水水质标准.3种不同填料的组合浮床中,净化效果最好的是球形填料与框架结构组合,在低水力负荷率条件下,该系统对TP、NH4+ -N、NO3-N和CODMn的去除率分别达到74.3％、76.6％、63.6％和67.5％.     

改进型Living Machine系统净化城市河水的研究

以净化城市受污染河水为目标,对Living Machine系统进行改进而构建了植物浮床生态箱/植物浮床生态箱/人工湿地/沉水植物生态箱系统,在系统中引入了多种植物以及鱼类、螺蛳、虾等物种,并以间歇方式运行,平均水力停留时间为2 d.结果表明,经过该系统处理后河水的DO含量提高了100%,对NH4--N的去除率为82.4%,对TN的去除率为23.4%,对TP的去除率为50.2%,对COD的去除率为28.1%;出水DO、NH4+-N、TN、TP、COD分别为5.20、0.42、9.78、0.34、12.72 mg/L.     

生态坝对阳澄湖养殖水体的原位修复研究

水产养殖是导致湖泊富营养化和水生生态系统破坏的重要因素。生态坝是由填料浮床和植物浮床构成的透水围坝,可实现湖泊资源开发利用和环境保护的双重目标。在阳澄湖大闸蟹养殖区内分别构建200 m2的生态坝修复区和对照区,考察了2012年6月—12月和2013年3月—10月两个阶段的运行情况。结果表明,在生态坝运行良好期间,修复区水体的浊度、叶绿素a、COD、TN、NO-3-N、NH3-N、TP浓度平均比对照区水体低7.0%、9.4%、16.8%、4.4%、20.3%、54.2%、20.6%;生态坝削弱了风浪对水体的扰动,利于颗粒态污染物的沉降;植物吸收和填料上微生物的降解转化在水质净化中起重要作用;同时生态坝还有利于养殖水体生态系统的恢复。