风车草浮床及人工湿地系统对生活污水氮的净化效果毕业论文.doc

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1、摘 要本实验在华南师范大学生物园内构建风车草植物浮床和人工湿地污水处理系统，并比较研究植物浮床分别在相同水力停留时间（植物浮床1）和相同水力负荷（植物浮床2）条件下与人工湿地对氮的净化效果。主要研究结果如下。（1）风车草浮床系统和人工湿地系统对氮（包括总氮、氨态氮和硝态氮）的去除率具有相似的季节变化规律。2009年5-8月，随着气温的不断升高，植物浮床和人工湿地系统对氮的去除率都呈现上升趋势。2009年9月至2010年1月，随着气温的不断降低，人工湿地对氮的去除率略有下降，而植物浮床对氮的去除率则下降明显，其下降幅度明显大于人工湿地。（2）整个实验期间，植物浮床1、植物浮床2和人工湿地对TN去

2、除率平均值分别为37.43%、53.21%、49.17%，人工湿地明显小于植物浮床2，而大于植物浮床1。整个实验期间，植物浮床1、植物浮床2和人工湿地对NH4N和NO3N去除率平均值分别为39.53%、63.9%、72.26%和42.54%、55.47%、65.66%，人工湿地明显大于植物浮床。（3）实验前期（2009年58月）植物浮床风车草生长速率和氮吸收能力大于人工湿地，7月份收割时植物浮床和人工湿地的风车草生物量、氮吸收量分别为1120.00 g/箱、1033.10 g/箱和17944.62 mg/箱、15684.64 mg/箱；实验后期（2009年9月至2010年1月）植物浮床风车草生

3、长速率和氮吸收能力比人工湿地差，12份收割时风车草生物量、氮吸收量分别为1940.40 g/箱、4092.10 g/箱和29072.03 mg/箱、63489.00 mg/箱。由此可得知，在实验的前期，浮床风车草生长好于人工湿地，且浮床风车草对N的吸收能力较高。但到了后期，浮床植物出现明显衰老，湿地植物仍保持较好生长，浮床植物对N的吸收能力较湿地植物低。关键词：风车草，人工湿地，植物浮床，水力停留时间，水力负荷ABSTRACTIn the study, Cyperus alternifolius plants floating-bed and constructed wetland waste

4、water treatment system were built in biological park of South China Normal University. Plants floating-bed at the same hydraulic retention time(plants floating-bed 1) and the same hydraulic loading rate(plants floating-bed 2) were compared with constructed wetland in purification of nitrogen. The ma

5、jor results are summarized as follows:(1)There is a similar seasonal variation in nitrogen removal rate of Cyperus alternifolius plants floating-bed and constructed wetland system. From May 2009 to August 2009, nitrogen removal rate of plants floating-beds and constructed wetlands system increased g

6、radually with temperature increase. Form September 2009 to January 2010, when temperatures decreased gradually, nitrogen removal rate of constructed wetlands decreased slightly, while the nitrogen removal rate of plants floating-beds decreased obviously, the decrease was more obvious than the constr

7、ucted wetland.(2)During the entire experiment, TN average removal rate of plants floating-beds 1, plants floating-bed 2 and constructed wetland were 37.43%, 53.21% and 49.17%, plants floating-beds 1 constructed wetland plants floating-bed 2. NH4N and NO3N average removal rate of plants floating-beds

8、 1, plants floating-bed 2 and constructed wetland were 39.53%,63.9%, 72.26% and 42.54%,55.47%,65.66%, plants floating-beds 1 plants floating-bed 2 香根草 菖蒲。张智等24利用风车草浮床系统对富营养化的双龙湖进行修复，实验表明，通过在湖面种植4米宽的风车草带可以在距其25米的范围内起到净化修复湖水的作用，对污水中的TN、TP、COD和BOD有较好的净化效果，并降低了水体中的藻类含量。且在影响半径内水质随着离风车草带距离的减小而逐渐好转。风车草在富营养

9、化鱼塘水进行漂浮种植，可以正常生长，而且与彩叶草和茉莉等比较，净化效果最佳25。1.4 研究意义人工湿地技术成熟，在废水处理工艺上目前已广泛受到关注。但其水力停留时间过长，基质中有机质积累过高以及杂质的沉淀会引起堵塞，而浮床系统直接从水体中去除营养物，不会引起堵塞，管理相对比较容易，并且它对废水进行原位处理，不另外占用土地，能适应各种水深，但其发展较晚，技术相对不是太成熟、太完善。此外，国外也有人曾经用以往别人的实验结果，对人工湿地和植物浮床的磷吸收能力进行了比较。我们实验室的靖元孝26教授和李彬27师兄也曾研究了风车草浮床系统和人工湿地系统对污水的净化效果，发现风车草在这两种系统中仍然能保持

10、良好的生长，并且对污水的净化取得了较好的效果。但是这些研究都是在不同时间、不同环境下间接实施的，无法科学、合理地分析和比较人工湿地系统和植物浮床系统对生活污水的净化效果，特别是对有机污染物的净化效果。而本次实验通过比较人工湿地和浮床在相同水力停留时间和相同水力负荷的条件下人工湿地和浮床的除污能力，鉴于以上这两种系统各自存在的优点和不足，可以尝试将两种系统进行整合或相互补充，从而为生态治理和修复提供更为广阔的思路和前景。为此，本实验初步探讨风车草在用于浮床系统治理污水过程中的对氮的净化比较，为合理利用生态技术治理污水提供理论基础和科学依据。2 材料与方法2.1 实验场地和实验材料处理实验从200

11、9年3月开始至2010年1月于广东省广州市华南师范大学标本园内进行，实验用的风车草来源于标本园人工湿地。据广州市气象局网站公布的相关资料，实验的相关气候条件如下：广州位于东经112度57分-114度03分，北纬22度35分-23度35分，属南亚热带季风气候区。年平均气温为21.4-21.9度，最热的为7-8月，平均气温28.0-28.7度，最冷为1-2月，平均气温12.4-13.5度。年降雨量平均为1623.6-1899.8mm，雨量主要在4-9月的汛期，10月至翌年3月是少雨季节。年平均太阳辐射值为4367.2-4597.3兆焦耳/平方米，年内太阳辐射以2月最低，7月最高。风车草人工湿地的处

12、理是在塑料水箱中（长，宽，高分别为67cm，51cm，38cm）加入碎石（直径13cm）至30cm高，在箱内竖直插入一塑料管至箱底以备抽水使用。从人工湿地挖出的风车草去土洗净，剪去腐烂的黑根。每个水箱移栽四株风车草(每株5个分蘖，每株鲜重生物量为500 g，高50cm)。风车草浮床处理方法，每个水箱选取生长接近使用于人工湿地的风车草四株(每株5个分蘖，每株鲜重生物量为500 g, 高50cm)，用尼龙绳和竹条将风车草固定，使风车草根部刚好完全淹没在污水中。每种处理三个重复。2.2 实验设计据计算植物浮床和人工湿地容纳污水体积分别为135和60L，本实验分别比较研究植物浮床在相同水力停留时间（植

13、物浮床1，停留时间2天）和相同水力负荷（植物浮床2，停留时间4.5天）条件下与人工湿地系统（停留时间2天）对生活污水的净化效果。污水来源于华南师范大学行政学院的生活污水。污水浓度为：TN：32.97159.6mg/L、TP：1.544.75mg/L、NH4N：14.3953.58mg/L、NO3-N：0.631.60mg/L、CODCr：87.30241.93mg/L、BOD5：32.3157.09 mg/L。设一个缓冲污水池以沉淀杂质和降低污水浓度的不稳定性。抽取缓冲污水池中的生活污水分别到植物浮床和人工湿地，待其混匀后用五点采样法进行采样，用于测量进水浓度。2天后从人工湿地采集出水水样，2

14、天和4.5天后分别从植物浮床采集出水水样，比较研究植物浮床在相同水力停留时间和相同水力负荷条件下与人工湿地系统对生活污水的净化效果进行。考虑到降雨对污水的稀释作用，尽量避免在降雨期间进行水样采集和分析。在采集处理后水样前，如果因蒸发和蒸腾作用导致水箱水量减少，可补充自来水，保持水箱水量平衡，同时计算补充自来水中无机物和有机物的含量。每月灌水三次，每月测定一次。2009年3、4月对风车草浮床和湿地系统驯化培养，2009年5月开始正式记录测得的实验数据，2009年7月、2010年12月对植物进行收割，测定其体内氮含量。2.3 测定指标及测定方法2.3.1 污水浓度测定（1）总氮（TN）用过硫酸钾氧

15、化紫外分光光度法测定。在120124的碱性介质条件下，用过硫酸钾作氧化剂，可将水中的氨氮、亚硝酸盐氮及大部分的有机氮化合物氧化成硝酸盐，然后，用紫外分光光度法分别于220nm与275nm处测定其吸光度，按A=A220-2*A275计算硝酸盐氮的吸光度值，从而计算总氮的含量。（2）氨氮（NH4N）用纳氏试剂光度法测定。碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成淡红棕色胶态化合物，在420nm波长下测定其吸光值。（3）硝氮 (NO3N)用紫外分光光度法测定。用紫外分光光度法分别于220nm与275nm处测定其吸光度，按A=A220-2*A275计算硝氮的吸光度值。2.3.2 植物体内N含量测定将植株根茎

16、叶各部分用清水洗干净，然后放人烘箱内75烘48 h，直至恒重。分别称取烘干的根茎叶各部分用硫酸过氧化氢进行消化，冷却稀释后，其N含量采用碱性过硫酸钾氧化紫外分光光度法测定。2.4 数据处理使用Microsoft excel 2003记录实验数据，使用Origin 7.5绘图以及统计计算各指标的平均值和标准差，并通过方差分析检验差异的显著性。3结果与分析3.1 风车草浮床及人工湿地系统对水体总氮的净化效果风车草浮床及人工湿地对生活污水的TN去除率变化情况见图3-1 图3-1 植物浮床和人工湿地TN去除率（植物浮床1：与人工湿地的水力停留时间相同 ；植物浮床2：与人工湿地的水力负荷相同）由图3-1

17、可以看出，风车草浮床系统和人工湿地系统总氮去除率具有相似的季节变化规律。在5-7月，随着植物的生长、生物量的增加、植物覆盖度的增大以及气温的不断升高，TN去除率不断上升，植物浮床1、植物浮床2 TN去除率的最大值分别达到45.66%、63.18%，人工湿地TN去除率的最大值为54.4%。8-12月，随着气温的不断降低，植物生长的放缓，人工湿地TN去除率比较稳定，而植物浮床1和植物浮床2总氮去除率稍有下降。到2010年1月，由于受寒流的影响，温度急剧降低，植物浮床1、植物浮床2和人工湿地TN去除率迅速下降，均达到最低值，分别为22.48%、38.39%、36.65%。整个实验期间，植物浮床1、植

18、物浮床2和人工湿地TN去除率平均值分别为37.43%、53.21%、49.17%，人工湿地TN去除率明显小于植物浮床2，而大于植物浮床1。此外，在9月到翌年1月，由于植物浮床TN去除率下降速率明显大于人工湿地，人工湿地TN去除率与植物浮床2变得较为接近，且与植物浮床1的差距进一步加大。3.2 风车草浮床及人工湿地系统对水体氨氮的净化效果风车草浮床及人工湿地对生活污水的NH4N去除率变化比较情况见图3-2 图3-2 植物浮床和人工湿地NH4N去除率（植物浮床1：与人工湿地的水力停留时间相同 ；植物浮床2：与人工湿地的水力负荷相同）图3-2结果表明，风车草浮床系统和人工湿地系统NH4N去除率具有相

19、似的季度变化规律。在5-7月，随着植物的生长、植株分蘖的增多，植株覆盖度和生物量的增大，植物浮床2和人工湿地的NH4N去除率逐渐上升，于7月达到最大值，分别为75.64%、86.89%，植物浮床1 NH4N去除率则在8月达到最大值51.42%。9月到12月，随着风车草生长放缓和温度不断下降，NH4N去除率不断下降。到2010年1月，由于受寒流的影响，温度明显降低，植物浮床1、植物浮床2 NH4N去除率降到最低值，分别为25.12%、46.3%，而人工湿地NH4N去除率则和2009年12月的最低值62.69%变化不大。整个实验期间，植物浮床1、植物浮床2和人工湿地NH4N去除率平均值分别为39.

20、53%、63.9%、72.26%，人工湿地NH4N去除率明显大于植物浮床。3.3 风车草浮床及人工湿地系统对水体硝氮的净化效果风车草浮床及人工湿地对生活污水的NO3N去除率变化比较情况见图3-3 图3-3 植物浮床和人工湿地NO3N去除率（植物浮床1：与人工湿地的水力停留时间相同 ；植物浮床2：与人工湿地的水力负荷相同）图3-3结果表明，风车草浮床系统和人工湿地系统硝氮去除率具有相似的季节变化规律。在5-7月，随着植物的生长、植株分蘖的增多，植株覆盖度和生物量的增大，NO3N去除率不断上升，植物浮床1、植物浮床2和人工湿地NO3N去除率的最大值，分别达到分别为51.78%、70.35%、80.

21、17%。由于受到降雨的影响，8月的NO3N去除率都有所下降。9月到12月，随着风车草生长衰老、风车草生长放缓以及温度不断下降，NO3N去除率有所下降，但是不明显。到翌年1月，由于温度的明显降低，植物浮床1、植物浮床2和人工湿地NO3N去除率达到最低值，分别为30.66%、37.58%、42.53%。整个实验期间，植物浮床1、植物浮床2和人工湿地NO3N去除率平均值分别为42.54%、55.47%、65.66%，人工湿地NO3N去除率明显大于植物浮床。3.4 植物浮床及人工湿地系统风车草对生活污水氮的吸收能力表3-1植物浮床和人工湿地风车草生物量及氮吸收量7月12月生物量（g干重/箱）氮吸收量（

22、mg/箱）生物量（g干重/箱）氮吸收量（mg/箱）人工湿地1033.1053.4815684.64待添加的隐藏文字内容286.374092.10569.5563489.00653.42植物浮床1120.0084.4617944.6298.661940.40295.6629072.03401.95表3-1可以看出，7月收获时，植物浮床和人工湿地风车草总生物量分别为1120.00 g/箱和1033.10 g/箱，植物浮床和人工湿地风车草N吸收量分别为17944.62 mg/箱和15684.64 mg/箱,植物浮床系统中风车草生物量和N吸收量大于人工湿地。12月收割时，浮床和湿地总生物量分别为194

23、0.40g/箱和4092.10 g/箱，浮床和湿地N吸收量分别为29072.03 g/箱和63489.00 g/箱，浮床风车草生物量和N吸收量都要低于湿地。7-12月人工湿地的生物量增量为3059 g/箱，大于浮床的820.4 g/箱，人工湿地的N吸收量增量为47804.36 g/箱，大于浮床的11127.41 g/箱。4小结与讨论4.1 小结经过9个月的实验观察与分析，得出了以下几点结论：（1）风车草浮床系统和人工湿地系统对氮的去除率具有相似的季节变化规律。2009年5-8月，植物浮床和人工湿地系统对氮的去除率都呈现上升趋势。2009年9月至2010年1月，人工湿地对氮的去除率都呈现下降趋势

24、，而植物浮床对氮的去除率则下降明显，其下降幅度明显大于人工湿地。（2）整个实验期间，植物浮床1、植物浮床2和人工湿地对TN去除率平均值分别为37.43%、53.21%、49.17%，人工湿地明显小于植物浮床2，而大于植物浮床1。整个实验期间，植物浮床1、植物浮床2和人工湿地对NH4N和NO3N去除率平均值分别为39.53%、63.9%、72.26%和42.54%、55.47%、65.66%，人工湿地明显大于植物浮床。（3）实验前期（2009年58月）植物浮床风车草生长速率和氮吸收能力大于人工湿地，7月份收割时植物浮床和人工湿地的风车草生物量、氮吸收量分别为1120.00 g/箱和1033.10

25、 g/箱和17944.62 mg/箱、15684.64 mg/箱；实验后期（2009年9月至2010年1月）植物浮床风车草生长速率和氮吸收能力比人工湿地差，12份收割时风车草生物量、氮吸收量分别为1940.40g/箱、4092.10 g/箱和29072.03 mg/箱、63489.00 mg/箱。4.2 讨论(1) 风车草浮床系统和人工湿地系统对氮的去除率具有相似的季度变化规律。在5-7月，随着植物的生长、植株分蘖的增多，植株覆盖度和生物量的增大，N的去除率不断上升。9月到12月，随着风车草生长衰老、植物生长的放缓以及温度不断下降，N的去除率都不断下降，特别是植物浮床TN去除率下降速率明显大于

26、人工湿地，可能主要是由于浮床系统中风车草生长明显衰老，并且生长空间受一定限制，去除效果相对湿地系统逐步降低。到翌年1月，由于受寒流的影响，温度急剧降低，植物浮床1、植物浮床2和人工湿地对N的去除率达到最低值。（2）实验前期（2009年58月）植物浮床与人工湿地污水处理系统中风车草生长较快，N的去除率维持高水平，其中植物浮床风车草的生长比人工湿地的要好，氮吸收能力也优于人工湿地。实验后期（2009年9月至2010年1月）生长开始减慢，N的去除率处于较低水平。由于前期植物浮床风车草生长旺盛，植物浮床生长空间已逐渐饱和，到了后期种间竞争加剧；同时浮床系统中的风车草的根直接与污水接触，植物体内积累的有

27、害物质较多。因此到了实验后期植物浮床风车草的生长速率、氮吸收能力不如人工湿地。参考文献1 李志炎,唐宇力,杨在娟,等.人工湿地植物研究现状J.浙江林业科技,2004 ,24(4):56-59.2 张丽，韩乔，司马卫平人工湿地污水处理技术综述J山西建筑，2007，33(28)：204-2053 高敬，我国人工湿地研究文献统计分析J.农业图书情报学刊，2006，l8(5)：125-1274 彭超英，朱国洪人工湿地污水处理的研究J重庆环境科学，2000，22(6)：43-455 许振成白泥坑人工湿地污水处理系统工程设计建设总报告A国家环保局华南科学研究所，19916 籍国东，孙铁珩，李顺人工湿地及其

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