静态人工湿地对景观水体富营养化控制研究[开题报告].doc

1、毕业论文 开题报告 环境工程 静态人工湿地对景观水体富营养化控制研究 一、选题的背景、意义 在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，而在海水系统中往往是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，例如，在正常的淡水系统中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长，而在海水系统中磷是不缺的，而氮含量却是有限的，因而含氮 污染物 加入就会消除这一限制因素，从而出现植物的过度生长。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，

2、特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化 ，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。 人工湿地对废水的处理综合了物理、化学和生物 3种作用。它

3、成熟后，填料表面和植物根系中生长了大量的微生物形成生物膜，废水流经时， SS被填料及根系阻挡截留，有机质通过生物膜的吸附及同化、异化作用而得以去除。湿地床层中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，保证了 废水中的氯、磷不仅能被植物及微生物作为营养成分直接吸收，还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用从废水中去除，最后通过湿地基质的定期更换或收割使污染物质最终从系统中去除。 人工湿地污水净化系统工艺需要种植大量的水生植物。水生生物群落在污水净化过程中起着重要的作用。然而水生植物也存在着不同地区生长优势不一样和不同季节不同植物的生长情况不同的差别。

4、因此，其净化效果也将因地区和季节的不同而产生差异。本课题利用不同湿地植物进行景观水处理的静态试验研究，为嘉兴地区控制景观水污染中湿地植物的选用提供实验资料 和设计依据。 二、 相关研究的最新成果及动态 2.1 人工湿地污水处理技术及其应用 采用湿地改善水质并非是一个新发明。当人们开始排放污水或废水时，湿地就开始用于净化污水。废水通常直接或间接排入洼地，若当时没有湿地， 污水的排放也会很快导致湿地的形成 (Cooper and Boon. 1987) 。即使今天，从单幢住宅和乡村农场排出的污水还在居住地很近的沟渠或地下过滤系统处理，这常在排放地形成典型的湿地。用于废水处理的这些系统很少，但在许多

5、地区一直被作为一种普遍认同的方法。人工湿地 (Constructed wetland) 这个词是个很新的发明，但此概念已很老，我们知道古代中国和埃及使用此法已有多年。但最早公开报道是由澳大利亚 Brian Mackney 于 1904 年发现的一篇文章。 1953 年，德国的 Dr . Kathe Seidel 在其研究工作中发现芦苇能去除大量有机和无机物。Dr Seidel 通过进一步实验发现一些污水中细菌在通过种植的芦苇时消失 (大肠菌、肠球菌、沙门氏菌 )( Seidel 1964. 1966)。实验表明芦苇及其他高大植物能从水中去除重金属和碳水化合物。进入 60年代 ，这些实验室观察开

6、始推广至许多大规模实验用以处理工业废水、江河水、地面径流和生活污水 (Seidel 1978) 并由 Dr . Seidel 开发出一种 “Max - planck Instit ute - Process”。该系统由四或五级组成，每级由几个并联并栽有挺水植物的池子组成。该系统存在堵塞和积水问题。 根据 Dr . seidel 的思路，荷兰于 1967 年还开发了一种现称为 Lelystad Process 的大规模处理系统，该系统是一个占地一公顷的星形自由水面流湿地，水深 0. 4m，由于运行 问题，该系统后有一 400m 长浅沟，随后大量这种湿地在荷兰建成。 Dr . Seidel 的工作

7、也刺激了德国在这方面的研究 (1978) 。在 60 年代中期， Dr . Seidel 与 Dr . Kickut h 合作并由 Dr . Kickut h 在 60 年代中期开发了 “根区法 ”(RZM)，此根区法由一种有芦苇的矩形池子组成。土壤经选择含有钙，铁，铝添加剂，以改善土壤结构和对 P 的沉淀性能。水以地下潜流水平流过芦苇根。污水流过芦苇床时，有机物降解， N 被硝化反硝化， P 与 Ca， Fe ， Al 共沉积累 于土壤中。水面保持在地面水平，在池子进口、出口进行布水和收集。此法问题在于土壤渗透能力并非象 Dr . Kickut h 预测随时间而增大，且芦苇传氧至根的能力也通

8、常被认为比 Dr . Kickut h 声称的要少 (1990) 。 在北美，由于观察到自然湿地的同化能力，而在 70 年代开始对不同设计的人工湿地进行实验。大部分初期工作都使用自然湿地处理污水，不久就暴露出应用自然处理系统处理污水会导致种类组成、种群结构、功能及湿地总体价值的显著变化，并意识到人工湿地具有应用的巨大潜力。因人工湿地不影响自然湿地 价值，且可对处理工艺优化控制。 欧洲的早期工作对美国人工湿地技术产生了影响。在 60 年代末，美国 NASA 的国家空间技术实验室研究开发了一种 “采用厌氧微生物和芦苇处理污水的复合系统 ”。 1976 年美国NASA 出版了一本题为 “充分利用水生

9、植物 ”的书。在其中描述了欧洲系统及早期 NASA 系统。 NASA 的砾石床系统在去除 BOD 、 SS、大肠菌及氮方面非常有效。北美的其他国家也进行了一些开拓性工作。 2.2 人工湿地对景观水体富营养化控制方面的研究 2.2.1 湖北农村地区富营养化水体的人工生态浮岛技术修复研究 机理 ： （ 1）植物根系吸附并吸收水体中氮磷等营养盐类，供给自身生长； （ 2）植物根系增大水体接触氧化的表面积，并能分泌大量的酶，加速污染物质的分解； （ 3）浮岛植物根系能与微生物形成互生协同效应，浮岛植物输送氧气至根区，在根区形成好氧、兼性和厌氧的不同小生境，为多种微生物的生存提供适宜的环境，促进一些具有

10、氮磷降解能力的微生物生长，同时微生物可以把一些植物不能直接吸收的有机物降解成植物能吸收的营养，供应植物生长所需。 （ 4）浮岛要占据一定的水面，在富营养化的水体中能起到遮蔽日光的作用 ，减弱藻类的光合作用，延缓藻类的生长速度。 2.2.2 人工湿地对以再生水为水源的封闭景观水体的治理 作为湖水补水水源的市政再生水，因其营养盐含量远高于发生富营养化的临界含量，其直接补入使湖水营养盐大幅增加，在环境条件 (气温、光照等 )适宜时必然爆发水华，因此在再生水补入之前，有必要增加水质改善措施根据该湖运行现状，考虑景观要求，可采用人工湿地等生态处理方法处理再生水根据国内外相关文献的研究报道，人工湿地处理措

11、施不仅能满足景观要求而且水质处理效果好，对 TP、 TN 的去除率都在 60%左右也可 结合景观效果，利用现有的土地植被，采用土壤渗滤系统处理再生水以去除率均为 60%计，经人工湿地等处理后，再生水的 TP、 TN 可降低至 0.4， mg/L 和 16， mg/L虽然距离 类水体的要求还较远，但通过辅以其他水质控制措施，有望减轻或者控制湖水的富营养状况。 总之，关于水体富营养化问题的成因有不同的见解。多数学者认为氮、磷等营养物质浓度升高，是藻类大量繁殖的原因，其中又以磷为关键因素。影响藻类生长的物理、化学和生物因素 (如阳光、营养盐类、季节变化、水温、 pH 值，以及生物本身的相互关系 )是

12、极为复杂的 。因此，很难预测藻类生长的趋势，也难以定出表示富营养化的指标。目前一般采用的指标是：水体中氮含量超过 0.2-0.3ppm，生化需氧量大于 10ppm，磷含量大于 0.01-0.02ppm，pH 值 7-9 的淡水中细菌总数每毫升超过 10 万个，表征藻类数量的叶绿素 a 含量大于10mg/L。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 人工湿地污水净化系统工艺需要种植大量的水生植物。水生生物群落在污水净化过程中起着重要的作用。然而水生植物也存在着不同地区生长优势不一样和不同季节不同植物 的生长情况不同的差别。因此，其净化效果也将因地区和季节的不同而产

13、生差异。本课题利用不同湿地植物进行景观水处理的静态试验研究，为嘉兴地区控制景观水污染中湿地植物的选用提供实验资料和设计依据。 自制静态人工湿地模型，并对其进行稳定化培养 .待稳定后，以校园景观水体为处理对象，研究不同植物对污染物（ COD、氨氮、磷）的去除效果，并建立模型，求得湿地对污染物去除的反应动力学方程。 四 、 论文详细工作进度和安排 1、 11 月下旬：完成选题审批表和毕业论文任务书的制定； 2、 12 月 1 月上旬：学生完成文献综述、开 题报告和外文翻译，并制定具体的实验方案； 3、 1 月中旬 3 月下旬：根据实验方案，合理选择实验方法，并展开实验研究工作； 4、 4 月上旬

14、5 月上旬：数据整理，完成毕业论文初稿的撰写； 5、 5 月上旬 5 月中旬：论文修改，准备答辩； 6、 5 月下旬：完成答辩。 五、主要参考文献 1张智，林艳 .水体富营养化及其治理措施 .重庆环境科学 .2002 ， 24（ 3）： 52 54 2周志华 ， 徐学良 .水体富营养化形成机制及其防治措施的研究 .吉林水利 . 2005，总 269： 5 7 3吴晓磊 .人工湿地废水处理机理 .环境科学 .1994， 16(3);83-86 4杨猛 .城市景观水体的综合指标评价方法的研究 .华东大学硕士学位论文 .2005， 12 5甘树应，杨青等 .景观水体污染处理工艺研究及工程应用 .给水

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