利用农作物秸秆强化人工湿地对降雨径流中氮及重金属去除的研究

【摘要】：地表径流是影响水环境质量的重要污染源。在降雨径流污染控制方面,人工湿地技术是行之有效的手段,但会出现由于碳源不足而影响湿地净化污染物的现象,因此本研究从节省运行费用角度,筛选出廉价易得、环境友好的农作物秸秆作为植物碳源,用于提高人工湿地污染物净化能力。本研究主要有降雨径流的水质监测、农作物秸秆的筛选及其对人工湿地净化污染物能力的影响。研究结果如下：(1)降雨径流的水质监测研究。降雨径流中SS、COD、TN和TP都有初期冲刷效应，即随着径流量的增加,SS、COD和TN等污染物浓度迅速升高,达到峰值后逐渐降低趋于稳定,而TP在整个径流过程与其他污染物相比下降速度较为缓慢；降雨径流污染程度随着雨前累积晴天数的增加而增加；污染程度最高的是自留地,其次是道路；由于ss等污染物浓度过高,四种下垫面(庭院、屋面、道路、自留地)的降雨径流均需经过处理后才能回收利用。(2)农作物秸秆筛选研究。经过碱处理后的农作物秸秆在前期大量释放碳源和氮源,后期释放缓慢,但是碱处理加大了添加农作物秸秆的成本；小麦秸秆的C：N较大,其分解速率较慢,释放速率较为稳定,因此经过简单处理的小麦秸秆比较适合作为外加碳源即将小麦秸秆剪碎至1-2cm。(3)小麦秸秆添加方式研究。与对照组相比,单层添加方式去除污染物的强化效果较弱，而三层添加会导致TN和NH4+-N出水浓度偏高,双层添加方式可以加强湿地脱氮除磷的效果,且不会造成出水有机物浓度上升,故双层添加是较优的方式。(4)小麦秸秆添加量研究。当进水为低碳氮比模拟雨水时,随着秸秆添加量从0.1增加到0.35kg/m3,湿地去除氮、磷和重金属效果不断加强,但是当添加量从0.35kg/m3增加到0.5kg/m3,污染物的去除率无明显增加,从湿地脱氮除磷和去除重金属等多个角度考虑,较适宜的小麦秸秆添加量为0.35 kg/m3,添加方式为双层添加；当进水为模拟硫酸型酸雨,添加量为0.5kg/m3时COD、NH4+-N和TP的去除率均达到85%以上,NO3--N和S042-去除率为75%,Cd、Zn和Pb的去除率达到95%以上,Cu的去除率为90.4%,从人工湿地脱氮除磷和去除重金属的角度考虑,较适宜的小麦秸秆添加量为0.5 kg/m3,添加方式为双层添加。(5)添加小麦秸秆对湿地微生物的影响研究。随着小麦秸秆添加量的增加,湿地内部各类细菌数量均增加；其中全细菌、氨化细菌和硝化细菌的数量空间分布为：上层下层中层,而反硝化细菌和硫酸盐还原菌的分布规律是：下层上层中层。植物湿地中污染物的去除率与湿地中各类细菌数量呈正相关关系。 【关键词】：农作物秸秆 降雨径流 人工湿地 氮磷 重金属 微生物
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 人工湿地处理降雨径流面源污染9-12
• 1.2.1 降雨径流面源污染及特点9
• 1.2.2 人工湿地技术9-12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.3.1 人工湿地外加碳源的研究现状12-14
• 1.3.2 人工湿地去除重金属的研究现状14-15
• 1.4 课题任务和主要内容15-17
• 1.4.1 课题来源15
• 1.4.2 研究任务15
• 1.4.3 研究内容15-16
• 1.4.4 技术路线16-17
• 第二章 试验材料及分析测试方法17-21
• 2.1 试验装置17-18
• 2.2 试验仪器18
• 2.3 测定项目及方法18-21
• 2.3.1 水质分析指标18-19
• 2.3.2 测定菌群密度的荧光原位杂交法19-20
• 2.3.3 重金属检测方法20-21
• 第三章 农村天然降雨径流水质监测与分析21-29
• 3.1 采样点概况21
• 3.2 监测方法21-22
• 3.2.1 采样点的布设21
• 3.2.2 采样方法21-22
• 3.3 监测降雨特征22-23
• 3.4 天然降雨径流污染物浓度变化规律23-26
• 3.5 地表降雨径流污染物特征研究26-28
• 3.6 本章小结28-29
• 第四章 添加小麦秸秆的小型人工湿地模型试验研究29-51
• 4.1 试验方法29-31
• 4.1.1 人工湿地的构建29-30
• 4.1.2 植物碳源添加方式30-31
• 4.2 有机固体碳源选择试验研究31-34
• 4.2.1 试验材料31
• 4.2.2 试验方法31
• 4.2.3 农作物秸秆碳氮元素的释放31-34
• 4.3 添加小麦秸秆对小型人工湿地脱氮除磷的影响34-44
• 4.3.1 不同添加方式的试验研究34-40
• 4.3.2 不同添加量的试验研究40-44
• 4.4 添加小麦秸秆对小型人工湿地去除重金属的影响44-46
• 4.5 添加小麦秸秆对小型人工湿地中微生物的影响46-50
• 4.5.1 取样方法46-47
• 4.5.2 细菌的数量及其分布47
• 4.5.3 氨化细菌的数量及其分布47-48
• 4.5.4 硝化细菌的数量及其分布48-49
• 4.5.5 反硝化细菌的数量及其分布49-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 添加小麦秸秆的人工湿地净化模拟硫酸型酸雨试验研究51-65
• 5.1 试验方法51
• 5.2 人工湿地净化模拟硫酸型酸雨的试验研究51-58
• 5.2.1 COD去除效果51-52
• 5.2.2 NO_3~--N去除效果52-54
• 5.2.3 NH_4~+-N去除效果54-55
• 5.2.4 TN去除效果55
• 5.2.5 TP去除效果55-56
• 5.2.6 SO_4~(2-)去除效果56-57
• 5.2.7 四种重金属去除效果57-58
• 5.3 人工湿地中微生物数量及其分布58-64
• 5.3.1 细菌的数量及其分布60-61
• 5.3.2 氨化细菌的数量及其分布61
• 5.3.3 硝化细菌的数量及其分布61-62
• 5.3.4 反硝化细菌的数量及其分布62-63
• 5.3.5 硫酸盐还原菌的数量及其分布63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 结论与展望65-67
• 6.1 研究结论65-66
• 6.2 研究展望66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-74
• 作者简介74

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