水葫芦净化富营养化水体及其能源化利用

摘要

水葫芦于20世纪30年代传入我国,近年来由于流域水体的富营养化使其蔓延速度极快,侵占水道,干扰水生生态系统平衡,影响当地的经济生产,成为一大公害。生态工程是一种全新的技术和方法,它在无需投入大量能源的情况下,保护生态系统和非再生资源,而且将污染物转化为人类可以利用的再生资源,避免污染的转移。本研究遵循生态工程设计的基本原则,首先通过野外观测和实验室试验研究,摸清流域水葫芦的生长规律,并在此基础上提出水葫芦生长控制的对策建议；随后定量研究了通过水葫芦打捞净化水体中营养盐的效果；对于所打捞的水葫芦,则结合研究区的实际情况,进行水葫芦厌氧发酵试验,确定和优化了水葫芦厌氧发酵技术参数；提出了发酵产物的综合利用途径。主要研究结果如下： (1)不同浓度的污水对水葫芦的生长繁殖有着明显的促进作用,尤其是中等浓度的污水(CODcr介于500～700mg/L之间),在环境条件适宜的情况下,水葫芦的生物量在5天左右可增一倍。 (2)水葫芦对不同浓度的污水有很强的净化能力,在自然状态下,30天内对水中CODcr、TN、TP的去除率分别在66％～90％、70％～85％、55％～60％之间。并且水葫芦对污水中的CODcr、TN、TP去除速率,均符合一级动力学方程,且具有很好的相关性。 (3)水葫芦吸收营养盐用于光合作用,这些营养盐被固定在植物组织中,当水葫芦被收获时,水中的营养盐将通过包含在植物组织中而被去除。试验结果表明水葫芦去除水体营养盐氮的最大理论值为0.056 kg/m2·a.去除水体营养盐磷的最大理论值为0.013 kg/m2·a。 (4)在实验室进行了接种率、破碎程度、温度等对水葫芦厌氧发酵产气效率影响的研究。水葫芦与活性污泥的最佳接种率为1:1TS：经简单切分后产气效率最高,原料产气率为0.5316m3/kg(TS);高温消化与中温消化相比,产气效率无明显优势,对于水葫芦大规模的厌氧消化而言,选择经济有效的常温或中温范围即可；水葫芦厌氧发酵酸化时间为5-10天。 (5)水葫芦厌氧发酵初期,pH值快速降低,直到pH值降低到最低点。随后,pH值升高,此时,产甲烷反应占优势。厌氧发酵末期,pH值趋于稳定,产气过程趋于停滞。 (6)水葫芦厌氧发酵产生的沼气为可燃性气体,其主要成分甲烷占总体积的60％左右。水葫芦经过厌氧发酵后,可利用于农作物的元素氮、磷、钾几乎没有损失。水葫芦发酵后的沼液的有机质含量比人粪尿高5-6倍,氮素比例也较高,渣肥的养分含量高,含有丰富的有机质和较多的腐植酸。

目录

文摘

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声明

1文献综述

1.1水葫芦的生物学特性

1.2水葫芦的危害和控制

1.2.1水葫芦的危害

1.2.2水葫芦的控制

1.3水葫芦的资源化利用

1.3.1水体生物修复

1.3.2基于水葫芦高矿质养分的应用研究

1.3.3厌氧制能

1.4水葫芦的控制和利用研究中存在的问题

2引言

3材料与方法

3.1水葫芦净化富营养化水体的研究

3.1.1材料

3.1.2主要试验仪器

3.1.3主要试剂

3.1.4试验方法

3.2水葫芦厌氧发酵研究

3.2.1试验材料

3.2.2主要试验仪器

3.2.3厌氧发酵试验装置

3.2.4分析方法

3.2.5试验处理

4结果与分析

4.1水葫芦净化富营养化水体的研究

4.1.1不同浓度污水对水葫芦生长的影响

4.1.2水葫芦对不同浓度污水中有机物的净化效果

4.1.3水葫芦对不同浓度污水中TN的净化效果

4.1.4水葫芦对不同浓度污水中TP的去除效果

4.1.5水葫芦的生长与氮磷净化作用的比较

4.1.6水葫芦收获去除营养盐计算

4.2水葫芦厌氧发酵研究

4.2.1不同温度条件对水葫芦厌氧发酵产气量的影响

4.2.2不同接种比率对水葫芦厌氧发酵累积产气量的影响

4.2.3不同破碎程度对水葫芦厌氧发酵产气量的影响

4.2.4水葫芦厌氧发酵过程pH值变化

4.2.5水葫芦厌氧发酵产物的综合利用

5讨论

5.1水葫芦净化富营养化水体的研究

5.1.1水葫芦对氮磷营养的需求及分布规律初探

5.1.2水葫芦对污水的净化机理探讨

5.1.3收获水葫芦去除营养盐模型

5.2水葫芦厌氧发酵研究

5.2.1不同温度条件对水葫芦厌氧发酵产气量的影响

5.2.2不同接种比率对水葫芦厌氧发酵累积产气量的影响

5.2.3不同破碎程度对水葫芦厌氧发酵产气量的影响

5.2.4水葫芦厌氧发酵产物的综合利用

6结论

6.1水葫芦净化富营养化水体的研究

6.2水葫芦厌氧发酵研究

参考文献

致 谢

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