浮萍去除和利用水体中不同形态氮的研究

摘要

随着社会的发展和人们生活水平的提高，水体富营养化问题日益严重，水体藻类的爆发给全球环境造成了严重的危害，导致了巨大的经济损失。浮萍由于具有生长繁殖快、蛋白质含量高、易收获、相比其他水生植物不易造成二次污染、对水体中氮、磷具有较高的去除率、适合生长的pH和温度范围较广等优点，已经被许多国家应用于污水处理。然而，关于浮萍去除和利用水体中不同形态氮的研究相对较少。
　　 本试验研究内容主要包括:
　　 (1)以青萍为材料，在高(1mmol/L，14mg/L)、中(0.5mmol/L，7mg/L)、低(0.05mmol/L，0.7mg/L)氮素供应水平下，设置不同铵/硝比(5/0、4/1、3/2、2/3、1/4和0/5)处理，进行培养试验，观测青萍对不同形态氮和总氮的去除效果。
　　 (2)在高氮水平下，设置高(30℃)、中(20℃)、低(10℃)不同温度和不同铵/硝比(5/0、4/1、3/2、2/3、1/4和0/5)处理，研究氮素形态与几种浮萍对富营养物质的利用与去除效果之间的关系，及其受温度的影响情况。
　　 (3)在高(30℃，)、中(20℃)、低(10℃)不同温度条件下，观测浮萍的生物量增长动态，并分析浮萍生物量增加与积温的关系。
　　 主要研究结果如下:
　　 (1)在低氮供应水平下，无论何种铵/硝比处理，青萍对水体中NH4+-N和NO3--N的去除效率都很高，在10天内均能接近100％。青萍处理10天后，培养液中的TN（总氮）浓度维持在0.2mg/L左右。在低氮供应水平下，不同铵/硝比处理中青萍的鲜重相对增长率仅维持在0.3d-1左右。NH4+-N比例的增加有利于提高浮萍体内叶绿素的含量。
　　 (2)在中氮供应水平下，不同铵/硝比处理会影响青萍对水体中NH4+-N和NO3--N的去除效率。高比例NH4+-N处理会导致青萍对水体中氮素的去除时间延长，100％NH4+-N处理中NH4+-N在第25天左右才能基本去除。所有处理中的NO3--N在第15天时都能够基本去除完。不同处理下TN的去除率在第15天达到最高(76.5～94.6％)。15天后，高比例NH4+-N的处理（铵/硝比为5/0和4/1），青萍生长受到明显的抑制，水体中TN浓度开始上升。
　　 (3)在高氮供应水平下，NH4+-N比例较低的处理中NH4+-N在第5～10天去除率均达到100％，NO3--N在第15～20天达到100％的去除;TN的去除率在第15天接近100％。高比例NH4+-N处理中各种浮萍的生长均受到了不同程度的毒害作用，青萍的相对增长率只有0.1d-1左右，并伴有叶片解体、发白等症状，影响了水体中NH4+-N、NO3--N和TN的去除效果。当铵/硝比为2/3时，青萍体内的叶绿素含量在所有处理中最高。100％NO3--N处理中青萍的相对增长率达到所有处理的最大值，为1.5d-1，此时，青萍的叶片饱满、个体较大。
　　 (4)当水中的NO3--N浓度大于40mg/L、铵/硝比小于1/4且环境条件适宜时，可以导致培养液中藻类的大量发生，以未培养青萍的对照更为突出。100％NH4+-N处理培养液没有藻类发生，随着NO3--N所占比例的提高，培养液中藻类的发生量明显增加。水体中浮萍的存在能在一定程度上抑制藻类的发生。
　　 (5)在高温(30℃)培养条件下，青萍在1mmol/L的硝态氮营养液中长势最好，其鲜重相对增长率达到了25.1d-1。青萍对高浓度硝态氮水体中的富营养化元素的累积量较大，去除效果较好，青萍是修复高浓度硝态氮水体的最佳选择。
　　 (6)在高浓度铵态氮培养液中，不同培养温度对紫背浮萍生长及氮素的吸收影响较大。在高温(30℃)条件下，紫背浮萍长势明显优于少根紫萍和青萍，体内氮累积量也是三种浮萍中最高的。在高温季节修复高浓度铵态氮水体时，应优先选用紫背浮萍。但在低温(10℃)条件下，紫背浮萍随培养的时间延长呈负增长，在低温季节不宜选用紫背浮萍修复富营养化水体。
　　 (7)在中(20℃)、低温(10℃)培养条件下，少根紫萍对高浓度铵态氮和硝态氮水体中的富营养化元素累积量最大，相应季节可选用少根紫萍来修复高浓度的铵态氮和硝态氮水体。
　　 (8)紫背浮萍在10℃和20℃下长势较差，30℃下显著增长。不同温度下，紫背浮萍的相对增长率是三种浮萍中最低的。低温下少根紫萍的生物量最大，高温下青萍的生物量最大。
　　 通过对浮萍去除和利用水中不同形态氮的研究，发现浮萍对不同氮浓度下不同铵/硝比富营养化水体中营养物质的去除效果有所不同，并受到培养温度的影响较大。应根据富营养化水体的不同环境温度、氮素水平及氮素形态比例选择适宜的浮萍品种，提高利用浮萍修复富营养化水体的总体效果。

目录

摘要

1 文献综述

1．1 水体富营养化的起因及现状

1．1．1 水体富营养化的起因

1．1．2 水体富营养化的现状

1．1．3 水体富营养化中的氮素污染

1．2 水体富营养化的危害

1．2．1 降低水体透明度，水体水质下降

1．2．2 水中溶解氧下降，鱼类大量死亡

1．2．3 藻类种群变化，分泌有毒物质

1．2．4 危害人类的身体健康

1．2．5 增加造水成本，造成较多的经济损失

1．3 水生植物修复富营养化水体的研究进展

1．3．1 水生植物和水生植物修复技术

1．3．2 水生植物处理富营养化水体机理

1．3．3 存在的问题

1．4 浮萍修复富营养化水体的研究进展

1．4．1 环境条件对浮萍生长的影响

1．4．2 浮萍对水体中氮的去除机制

1．5 本研究的主要内容、目的和意义

2 青萍对不同氮素水平下不同铵／硝比水体中氮的去除

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设计

2．1．3 测定方法

2．1．4 主要仪器

2．2 结果与分析

2．2．1 低浓度氮条件下青萍对不同铵／硝比水体中氮的去除

2．2．2 中浓度氮条件下青萍对不同铵／硝比水体中氮的去除

2．2．3 高浓度氮条件下青萍对不同铵／硝比水体中氮的去除

2．2．4 青萍的生长量及其叶绿素含量比较

2．2．5 不同浓度铵／硝比水体与藻类的发生

2．3 小结

3 不同温度下高浓度铵、硝态氮对浮萍生长的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验设计

3．1．3 测定方法

3．1．4 主要仪器

3．2 结果与分析

3．2．1 不同温度下高浓度氨硝态氮对浮萍生长的影响

3．2．2 不同温度下高浓度铵、硝态氮对浮萍体内大量元素含量和总累积量的影响

3．3 小结

4 温度对浮萍生长的影响

4．1 实验材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验设计

4．1．3 测定分析方法

3．1．4 主要仪器

4．2 结果与分析

4．2．1 不同温度下三种浮萍的生长曲线

4．2．2 不同温度下三种浮萍的根长

4．2．3 不同温度下三种浮萍体内脯氨酸的含量

4．2．4 不同温度下三种浮萍的含水率

4．3 小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 创新

5．3 不足

5．4 展望

参考文献

致谢

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