植物凈化槽處理城市黑臭河水的效果、機(jī)理及工程示范.pdf

1、在城市污染河道治理與生態(tài)修復(fù)中,生物-生態(tài)法已越來越受到人們的高度重視。其中,水生植物技術(shù)以其良好的凈化效果、獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)效益、能耗低、簡單易行以及有利于重建和恢復(fù)良好的水生生態(tài)系統(tǒng)等特點(diǎn),正日益受到人們的關(guān)注。本論文以復(fù)合型嚴(yán)重污染的黑臭河水為對象,構(gòu)建植物凈化槽（栽植兩種不同植株密度的水生植物:挺水植物梭魚草Pontederia cordataL.;浮葉植物睡蓮Nymphaea tetragona）,開展水生植物凈化黑臭河水的試驗(yàn)及工

2、程示范研究,分析植物凈化黑臭河水的效果、植物-微生物協(xié)同作用機(jī)制以及多級(jí)原位組合生物技術(shù)治理黑臭河道的工程示范效益,探討黑臭河道水質(zhì)生物凈化的機(jī)理,旨為治理工程的技術(shù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成及運(yùn)行調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。測定了8個(gè)水培有睡蓮（N.tetragona）、梭魚草（P.cordata）的凈化槽（栽植密度:k1/4=5、k1/2=10、k1/1=20;曝氣、非曝氣）的植物根組織過氧化物酶POD、過氧化氫酶CAT活性與葉片可溶性蛋白（SP）、葉綠

3、素（Chl）含量及對應(yīng)水質(zhì)的日變化,測定了不同凈化槽中植物的形態(tài)大小、分蘗數(shù)、根密度、生物量、氮磷積累量,探討了植物生理狀況日變化與黑臭河水水質(zhì)的相關(guān)性及植物栽植密度對其生理特性及河水凈化效果的影響,研究了長期連續(xù)曝氣下兩種植物的生理響應(yīng)及凈化效果,比較了兩種植物的生理特性及脫氮除磷效果,運(yùn)用ERIC-PCR分子標(biāo)記技術(shù)分析了植物根區(qū)微生物的群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)與根區(qū)泌氧及河水凈化效果三者之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),另設(shè)空白槽對照（CK）。通過工程示范,長

4、期跟蹤考察了人工曝氣與植物浮床及填料掛膜三者復(fù)合的治理技術(shù)對城市黑臭河水的凈化效果。結(jié)果表明:植物根組織POD、CAT活性、葉片Chla、Chlb、SP含量與凈化槽中溶P、NH4+-N去除率間呈正相關(guān);植物栽植密度較高的凈化槽,植物的根、莖、葉較長,分蘗數(shù)、根密度較大,植株生物量、氮磷積累量較高,葉片Chla、Chlb、SP含量與凈化槽的溶解性P、NH4+-N去除率較高,而根組織POD、CAT活性較弱;隨著光照增強(qiáng),植物根組織POD、C

5、AT活性增強(qiáng),葉片SP、Chla、Chlb含量及凈化槽中溶解性P、NH4+-N去除率升高;夏季,由于光合午休影響,植物葉片SP含量及凈化槽中DO濃度日變化呈雙峰型,峰值約在12:00pm與14:00pm左右,在13:00pm左右,植物葉片SP含量及凈化槽中DO濃度下降;在10:00am-14:00pm時(shí)段,植物根組織CAT、POD活性、葉片Chla、Chlb、SP含量及凈化槽中溶解性P、NH4+-N去除率高于其他時(shí)段。長期曝氣影響植物的

6、生理特性及黑臭河水的凈化效果;梭魚草對曝氣影響的耐性比睡蓮強(qiáng);曝氣槽中植物的根、莖、葉長度比非曝氣槽中植物短,葉片Chla、Chlb、SP含量比非曝氣槽中植物低,而根組織POD、CAT活性比非曝氣槽中植物高;曝氣槽中植株的氮磷積累量、生物量比非曝氣槽中植物低;曝氣槽中梭魚草的分蘗數(shù)、根密度高于非曝氣槽中梭魚草,而睡蓮則相反;梭魚草曝氣槽中BOD5、COD、NH4+-N去除效率比梭魚草非曝氣槽高（如夏季,分別高5.97％、7.12%、6.

7、29%）,而TP、溶解性P去除率比非曝氣槽明顯低（如夏季,分別低38.18%、43.79%）;春、夏季,睡蓮曝氣槽中BOD5、COD、NH4+-N去除率比睡蓮非曝氣槽高,而TP、溶解性P去除率比睡蓮非曝氣槽低,但是,秋季睡蓮曝氣槽中BOD5、COD、NH4+-N、TP、溶解性P去除率分別比睡蓮非曝氣槽低5.71%、5.99%、6.06%、12.36%、9.95%。梭魚草的除磷效果比睡蓮明顯,但兩者的脫氮效果差異不明顯;梭魚草的耐污性較睡

8、蓮強(qiáng),但睡蓮在黑臭河水脅迫下的生命期比梭魚草長;兩種植物根組織的POD活性、葉片Chla、SP含量差異顯著,而根組織Chlb、CAT活性差異不顯著;睡蓮根組織POD、CAT活性比梭魚草高（如春季,分別高0.0961 U/（g·min）、1.4206 mg/（g·min））,而葉片Chla、Chlb、SP含量比梭魚草低（如春季,分別低0.0010 mg/g、0.0231 mg/g、24.91 mg/g）;睡蓮的根比梭魚草長,而莖、葉略短;

9、睡蓮的分蘗數(shù)、根密度、生物量、氮磷積累量比梭魚草低;睡蓮槽中TP、溶解性P去除率比梭魚草槽低,而兩凈化槽中NH4+-N去除效果差異不明顯。睡蓮、梭魚草的根區(qū)泌氧與黑臭河水的凈化效果及植物根區(qū)微生物種群結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)三者之間存在關(guān)聯(lián)性。在10:00am-14:00pm時(shí)段,由于光照較強(qiáng),植物根區(qū)泌氧量升高,根區(qū)微生物的種群豐度較高,導(dǎo)致較好的凈水效果;隨著植物栽植密度遞增,根區(qū)泌氧量升高,使河水DO濃度升高,導(dǎo)致根區(qū)微生物的種群豐度升高,有較明

10、顯的凈水效果;隨著植物生長狀況的季節(jié)性變化（春季,生長初期;夏季,生長旺盛期;秋季,衰老期）,植物根區(qū)泌氧增氧出現(xiàn)相應(yīng)變化,導(dǎo)致植物根區(qū)微生物的種群豐度及河水的凈化效果發(fā)生相應(yīng)變化。示范工程區(qū)的水質(zhì)跟蹤監(jiān)測結(jié)果表明,植物浮床與人工曝氣及填料掛膜三者結(jié)合的治理技術(shù),能夠有效凈化城區(qū)黑臭河水;人工曝氣影響黑臭河水的TP、溶解性P去除效果。論文取得的創(chuàng)新成果:（1）從生理生化角度對水生植物凈化黑臭河水的機(jī)理進(jìn)行研究,探討了河水的處理效果與植物

11、生理狀況的關(guān)聯(lián)性,并對兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行了定量分析;（2）對植物根區(qū)微生物種群結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究,探討了植物的生理狀況變化引起根區(qū)微生物生境的改變進(jìn)而影響根區(qū)微生物種群結(jié)構(gòu)的機(jī)理;（3）通過現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)具有較高觀賞價(jià)值的睡蓮在黑臭河水中生長良好,生命期比梭魚草長,且具有較好的除氮效果,在實(shí)踐城區(qū)重污染河道的治理與生態(tài)修復(fù)工程中有較好的應(yīng)用前景;（4）初步探討了長期曝氣對水生植物生理狀況的影響,發(fā)現(xiàn)不同植物對曝氣影響的耐受性不同,且這種