潜流人工湿地中草本与木本植物模式去污效应比较研究

摘要

针对人工湿地植物应用大部分为草本的现状，本研究提出在应用草本植物的基础上，增加木本植物，从而构建组合植物模式的思路。以校园生活污水为设计进水，以菖蒲(Acorus calamusL)、香蒲(Typha orientalis Presl)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis Linn.)、夹竹桃(Nerium indicum Mill.)4种植物为试验材料，制作了空间层次分为上、中、下三层的潜流人工湿地系统8套，分别为系统1（菖蒲）、系统2（香蒲）、系统3（木芙蓉）、系统4（夹竹桃）、系统5（草本组合:菖蒲+香蒲）、系统6（木本组合:木芙蓉+夹竹桃）、系统7（草、木本组合:菖蒲+香蒲+木芙蓉+夹竹桃）、系统8（空白）。本试验研究了随季节变化组合植物模式与单一植物模式对不同空间层中CODCr、TN、TP以及DO浓度的影响，并对产生差异的原因进行分析:包括不同植物模式的植物株高、根系特性、地上地下部分生物量、地上地下部的根系氮磷积累量、填料中磷酸酶、脲酶活性以及微生物多样性等因素;并剖析了特征差异与影响因素的相关性，最终揭示造成组合植物模式与单一植物模式去污效应差异的主导因子。本研究结果表明:
　　(1)无植物系统的CODCr、TN、TP去除率以及DO的浓度均显著低于有植物系统，说明植物在污染物去除以及为系统补给溶解氧上发挥着重要的作用;
　　(2)单一系统的CODCr去除效果比组合系统更稳定，冬季低温对单一系统的CODCr去除影响较小;TN、TP去除率则呈现出单一系统的年平均去除率优于组合系统的规律;
　　(3)在运行前期，草本植物系统的CODCr、 TN、TP去除率均优于木本，DO浓度也呈现草本植物高于木本植物的规律，但当系统稳定后，木本系统的CODCr、TN、TP去除率和DO浓度更高;
　　(4) CODCr、TN、TP以及DO的浓度均呈现上层＞中层＞下层的规律，CODCr和TP的去除集中在填料上层，而TN的去除集中在填料的中下层，次年春季，木本植物系统中层DO的浓度明显高于草本植物;
　　(5)木本植物的生物量要明显大于草本植物，尤其是木芙蓉，但在系统6中，木芙蓉的生长明显受到夹竹桃的抑制，存活率以及生物量明显低于其单一系统，草本植物菖蒲也是如此，在与香蒲混种时生长势较弱，这也是组合系统污染物去除效果不及单一系统的主要原因之一，所以同类型植物混种一定要慎重考虑;
　　(6)木本植物系统的全氮全磷量显著高于草本系统，植物地下部分的全磷量与系统TP的去除率在0.01水平上显著正相关，全氮量与TN去除率的正相关系数也较高;
　　(7)磷酸酶的活性与TP的去除率呈现显著性正相关，脲酶的活性与TN的去除率同样呈现显著性正相关，这说明脲酶和磷酸酶在分别在TN和TP去除过程中发挥了重要的作用;
　　(8)微生物中细菌所占比重最大，其次为放线菌，真菌最少，无植物系统的微生物数量比有植物系统低1-2个数量级，差异显著。微生物数量对TP和CODCr以及TN去除率均有影响，微生物数量越多，对污染物的去除效果越好。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 人工湿地分类

1．1．1 表面流人工湿地

1．1．2 水平潜流人工湿地

1．1．3 垂直潜流人工湿地

1．2．人工湿地的组成

1．2．1 填料

1．2．2 植物

1．2．3 微生物

1．3．人工湿地净化机理

1．3．1 固体悬浮物的去除机理

1．3．2 有机物的去除

1．3．3 氮的去除

1．3．4 磷的去除

1．4 国内外人工湿地处理污水研究

1．5 研究目的、意义及技术路线

1．5．1 研究目的与意义

1．5．2 技术路线图

2．不同模式去污效应季节变化规律

2．1 试验装置设计

2．1．1 试验装置组成及结构

2．1．2 植物的选择

2．2 试验方法

2．2．1 进水来源及水质情况

2．2．2 水样采集

2．2．3 试验分析方法

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 CODCr年变化规律

2．3．2 TN年变化规律

2．3．3 TP年变化规律

2．3．4 DO年变化规律

2．4 本章小结

3．不同模式去污效应比较研究

3．1 材料与方法

3．1．1 样品采集

3．1．2 分析方法与步骤

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 植物生长情况分析

3．2．2 植物根系测定

3．2．3 植物氮磷含量测定

3．2．4 酶活性测定

3．2．5 微生物数量测定

3．3 本章小结

4．结果与展望

4．1 结果

4．2 展望

参考文献

附录

致谢