多级生态库塘-湿地对低污染水体中氮磷去除效果研究

摘要

随着大理市人口的增加及当地社会经济的快速发展，洱海正处于由轻度营养化向中度营养化转变的过渡阶段。目前流域内高浓度污水的排放已得到了普遍控制，但入湖沟渠中低污染水体的排放，已成为湖泊保护的新难点。为减轻入湖沟渠中低污染水对洱海水质的影响，大理市根据当地地势特征及沟渠中低污染水的水质特点，采用“调蓄塘+表流湿地+生态植物塘”的模式，在洱海周边新建100多个多级生态库塘-湿地系统，用以处理入湖沟渠中的低污染水体，减少入湖污染负荷量。 本研究针对大理市洱海入湖沟渠低污染水的处理，在洱海西区5个乡镇共选取8个多级生态库塘-湿地系统为研究对象，通过定期采样监测各系统及其各个子单元的进出水水质，研究分析多级生态库塘-湿地系统的进出水水质特点及其运行效果；针对多级库塘-湿地系统的结构特征，选取一个典型系统，根据系统中各子系统进出水水质变化，建立氮磷营养盐的沿程削减模型；将该模型应用于其他7个库塘-湿地系统中，通过配对样本t测验，对拟合值和实测值进行检验，以验证模型是否具有普遍适用性。以期为多级生态库塘-湿地系统的运行维护管理及后期的优化设计提供数据支撑。主要取得以下结论： （1）海西区域多级生态库塘-湿地系统进水ρ(TN)、ρ(NH4+-N)、ρ(NO3--N)、ρ(TP)及ρ(PO43--P)分别为0.85～37.97、0.13～24.69、0.22～15.05、0.09～12.94、0.004～5.504mg/L，远高于《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)V类水质标准〔ρ(TN)=2mg/L、ρ(NH4+-N)=2mg/L、ρ(TP)=0.2mg/L〕。出水ρ(TN)、ρ(NH4+-N)、ρ(NO3--N)、ρ(TP)及ρ(PO43--P)依次为0.18～11.58、0.08～7.58、0.06～10.89、0.003～2.806、0.001～1.309mg/L。各库塘-湿地系统对低污染水中η(TN)、η(NH4+-N)、η(NO3--N)、η(TP)及η(PO43--P)范围分别为在13.85%～80.75%、22.62%～86.43%、0.4%～99.27%、37.51%～91.30%、0.60%～99.27%。相较于进水水体中污染物浓度，水体中氮磷营养盐得到了有效的净化效果。多级库塘-湿地系统对氮磷污染物的去除效果因雨、旱季有所差异，旱季系统对污染物的去除效果优于雨季，旱季间歇性断流有利于系统中氮磷污染物的去除。 （2）以喜洲镇美坝村“调蓄塘+表流湿地+沉水植物塘”结构的5级串联表面流库塘-湿地系统为研究对象，发现该系统出水ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为1.77、0.05mg/L，出水水质已基本优于GB3838－2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类标准，且η(TN)、η(TP)的平均去除率分别为57.75%、67.43%。低污染水在经过库塘-湿地系统中调蓄塘、一级表流及二级表流湿地之后，η(TN)、η(TP)的平均去除率依次为45.35%、50.59%，且二级表流湿地中出水ρ(TN)、ρ(TP)分别为2.36、0.06mg/L，已达到较好的出水水质。氮、磷污染物浓度沿程削减的模型拟合结果表明，指数削减模型较适宜表征ρ(TN)在库塘-湿地中的过程，而线性削减模型是库塘-湿地中ρ(TP)沿程削减的最佳拟合模型，该模型的建立可为后续库塘-湿地系统的优化设计及水质预测提供一定的理论依据。 （3）将上述沿程ρ(TN)、ρ(TP)削减的最佳拟合模型用于拟合其他7个多级库塘-湿地系统，通过配对样本的t测验，对拟合值和实测值进行检验。发现多级串联库塘-湿地系统中ρ(TN)沿程浓度削减模型并不具有普遍适用性，对D2、D3串联库塘-湿地系统具有较好的拟合结果，对其他串联系统的拟合效果较差，因为用于模型验证的数据较少，结果存在一定的偶然性可能。而ρ(TP)沿程浓度削减模型的拟合值与实测值基本R2>0.5，该模型可应用于预测大理市洱海西区多级串联库塘-湿地系统中子单元的出水ρ(TP)。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 低污染水概述

1.3 低污染水生态净化技术

1.4 多级生态库塘-湿地技术

1.5 课题来源、研究的总体思路及框架

第二章 实验区概况及实验方法

2.1 洱海流域自然环境概况

2.2 实验区库塘-湿地基本情况

2.3 采样方案

2.4 水质检测方法及数据分析方法

第三章 洱海西区多级库塘-湿地运行效果分析

3.1 引言

3.2 库塘-湿地系统进出水中氮素分布特征

3.3 库塘-湿地系统进出水中磷素分布特征

3.4 本章小结

第四章 串联库塘-湿地沿程对低污染水净化效果研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与分析

4.4 讨论

4.5 本章小结

第五章 多级串联结构生态库塘-湿地模型拟合验证

5.1 引言

5.2 串联库塘-湿地沿程污染物浓度削减模型拟合

5.3 讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 论文主要结论

6.2 不足及展望

参考文献

致谢

作 者 简 介