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人工浮岛工艺实用案例

发布时间:2016-07-23 08:50

作为中国黄河流域内蒙古段最大的淡水湖泊-乌梁素海,是全球范围内荒漠半荒漠地区极为少见的具有生物多样性和环保多功能的大型草型湖泊,但是由于长期的污染积累和气候条件的变化,使乌梁素海成为富营养化最为严重的草型湖泊,目前正面临着严峻的生态环境危机。水体富营养化不仅对水体水质有严重影响,而且还会影响到周边水环境和人为景观,甚至通过给水系统危害到公众的健康。而人工浮岛生态修复技术作为一项传统的修复富营养化水体水质技术,具有利用植物和微生物作用去除水体中的污染物,净化水质,充分利用水面和营造水上景观,以及造价低廉且不产生二次污染等优点,是一种简单高效的水体原位修复和控制技术,从而恢复良好的水生生态系统。目前,该技术在我国的研究日益增多。
目前对于减轻乌梁素海富营养化的研究较少,生态修复的研究多是在南方,关于北方寒旱区草原湖泊区域的研究基本没有。本研究通过对水质情况与乌梁素海富营养化相似的示范区进行水质净化效果研究,寻求一种高效、节能、有经济效益的方法,并将其应用于富营养化严重的乌梁素海。在选择经济植物的情况下还可以给周边居民带来一定的经济效益。
★  1 实验部分  ★
1.1 浮岛植物的选择
植物的选择以耐污能力强、除污效果好、根系发达以及具有一定经济和观赏价值为原则。实验分为室内和户外实验,室内实验于4-6月进行,于花苑市场购买经济植物油菜、木耳菜、空心菜的种子,室内育苗后将3种植物移植到受污染水面上,而且每周对植物生长情况进行观察并且对水样的总氮、总磷、氨氮和COD等指标进行测量,通过室内实验可以筛选出空心菜对水质的改善作用较好。故选择水生植物空心菜作为浮岛植物。
1.2 实验设计
通过对巴彦淖尔市乌拉特前旗乌梁素海海区周边进行实地考察,走访当地居民和养殖户,了解养殖情况及水质情况,初选开展的示范地点及居民、养殖户。通过遴选,选定乌梁素海附近养殖户的200亩放养塘,其具有一定的养殖经验和条件,在当地具有一定的代表性,示范区为活水体系,水体富营养化与乌梁素海相似。示范区水质数据见表1。
1.3 浮岛的构建
浮岛基质由PVC管(110管)制成,上下2层各有疏、密2种聚乙烯网片,规格为每快浮岛网箱长4m,宽1.3m,可以漂浮于水面。示范区应用2组浮岛,每组由5块浮岛组成,串联而成。
1.4 采集与分析方法
实验时间为2014年8-10月,空心菜处于生长旺期,每周取水1次,持续监测3个月。水样采集的位置为进水口、2组浮岛的出口及浮岛周边(作为对照)、出水口。水质指标主要选取总氮、总磷、氨氮、COD,监测方法均为水质监测的标准方法。
★  2 结果与讨论  ★
2.1 浮岛对总氮的去除效果
TN去除率总的变化趋势一致,出水和浮岛出水的去除率均呈现缓慢增加的趋势,而空白水的去除率变化较缓慢。分析原因,由于空白水样的净化效果主要依靠水体的自净能力、物理沉降等,导致空白水样的净化能力缓慢,最大去除率只有41%。进水经过2组浮岛的净化处理后氮元素的含量均有所下降,去除效果呈现上升的趋势,因为此时浮岛植物的新陈代谢旺盛,吸收了水中大量的磷元素,而且植物根系附着大量的微生物可以吸附水中的氮磷营养元素;同时浮岛植物与水草是竞争关系,浮岛阻止了水草的光合作用,减缓了水草的生长。进水通过第一块浮岛后的净化效果有所增强,随之经过第二块浮岛后的净化效果明显增强。经浮岛植物净化后水样的去除率相对空白水体提升了30%。浮岛出水和出水口去除率可达71%和77%。说明植物浮岛对污水的净化效果很好,其净化机理主要是植物吸收营养物质和根系微生物的降解作用。
2.2 浮岛对总磷的去除效果
根据进水和处理一定时间后系统中TP的质量浓度,计算TP的去除率。水系中TP去除率随处理时间的变化。
TP去除率随时间的延长而不断增加,而空白水样的去除率变化较缓慢。分析原因,空白水样的净化能力缓慢,去除率达40%。进水经过2组浮岛的净化处理后磷元素的含量均有所下降,去除效果呈现迅速上升的趋势,进水通过第1块浮岛后的净化效果有所增强,随之经过第2块浮岛后的净化效果明显增强。经浮岛植物处理后的水样相对空白水样去除率提升了40%,浮岛出水和出水口去除率可达80%和82%。说明植物浮岛对污水的净化效果很好,主要净化途径是通过植物的吸收、吸附作用去除水中的有机磷元素,而无机磷则通过物理沉降作用进入底泥中。
2.3 浮岛对氨氮的去除效果
根据进水和处理一定时间后系统中氨氮的质量浓度,计算氨氮的去除率。水系中氨氮去除率随处理时间的变化。
氨氮去除率的变化趋势与TN的相似,空白水体的去除率变化较缓慢。空白水样依靠水体的自净能力、物理沉降等功能,净化水体的去除率最高达40%。进水经过2组浮岛后氮元素的浓度有所下降,去除效果的趋势一致。进水通过2块浮岛后的净化效果增强,去除率提升了34%,浮岛出水和出水口去除率可达74%和77%。氨氮与总氮的去除途径相似,主要是通过植物的吸收、吸附作用。说明植物浮岛对污水的净化效果中植物的吸收、吸附起着重要作用。
2.4 浮岛对COD的去除效果
根据进水和处理一定时间后系统中的COD,计算COD的去除率。水系中COD去除率随处理时间的变化如图4所示。
COD的去除率均呈逐渐上升的趋势。系统中COD的去除主要依靠颗粒物的自然沉降和水中悬浮微生物的生化作用,因此空白水体的去除效果较缓慢,去除率达40%。同时植物的吸收、根系的吸附作用对COD去除的影响较小,而且植物在生长期间产生的衰败残留物及其有机质的分解溶出以及植物根系分泌物都会使系统中的有机物增加,这些因素导致植物浮岛对有机污染物的去除较空白没有大的提高,进水通过两块浮岛后的去除率相对空白水体只提升了26%,而浮岛出水和出水口去除率达66%和71%。
★  3 结 论  ★
1)采用人工浮岛技术处理富营养化水质可明显降低水中的TN、TP、氨氮、COD,较水体自身的净去除率较高,体现了人工浮岛技术的高效;
2)通过利用人工浮岛技术对示范区的水质净化效果研究,得出人工浮岛技术对水质净化有明显的效果,而且浮岛串联使用的效果更好;建议可以应用于富营养化严重的乌梁素海,改善乌梁素海的水质,减轻富营养化程度。
3)本研究中单独使用人工浮岛技术对富营养化水体进行净化,如果和水产养殖技术相结合,在增加居民经济收入的同时,改善乌梁素海入湖水质,无论是从改善居民生计还是乌梁素海水生态环境修复角度,都具有非常重要的社会经济与生态环境效益,若本示范项目能顺利实施并达到预期效果,将对整个乌梁素海周边的生产生活带来深远影响。
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