白洋淀大型河口湿地缓冲区水质净化效果与机制研究
文献类型:学位论文
作者 | 孙家君 |
答辩日期 | 2022-07-01 |
文献子类 | 博士 |
授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
导师 | 李玉平 |
关键词 | 白洋淀,河口湿地缓冲区,水质净化,生态修复,工程评价 |
英文摘要 | 白洋淀入淀河口湿地缓冲区水质净化工程创新应用“前置沉淀生态塘+潜流湿地+水生植物塘”组合工艺,是我国建成的华北地区最大规模河口湿地水质净化工程。通过对建成后的工程进行后评估,研究其水质净化机制与效果对保障白洋淀水质持续改善和提升具有重要的理论意义和实践价值。本文以白洋淀府河入淀河口湿地缓冲区水质净化工程为研究对象,针对尾水补给型河流污染负荷高、湿地缓冲区处理工艺复杂和工程规模超大等特点,系统研究河口湿地缓冲区各工艺单元的水质净化效果,定量分析主要污染因子及其分布特征,明晰湿地缓冲区中基质、水生动植物和微生物的协同作用机制,探究污染物去除与微生物群落结构之间的相互关系;进一步提出适用于特大型生态修复工程效益评价的指标体系,并成功应用于北方大型河口湿地缓冲区水质净化工程效益评价。主要研究内容和结果如下:(1)河口湿地缓冲区对NH3-N和TP的去除效果稳定,月平均去除率分别为59.6%和53.9%,负荷削减量分别为1.34和0.31 t/月,出水水质达到工程目标。与前置沉淀生态塘和水生植物塘相比,潜流湿地对TP等污染物的净化效率和贡献率最大,是主要的水质净化单元。季节变化对不同污染物的去除影响不同,随秋冬春夏四个季节变化,NH3-N去除率逐渐降低。2020年秋季和冬季是湿地运行初期,新的湿地填料表现出较好吸附效果,可能是前期去除率较高的原因之一。春季和夏季由于温度增高可导致水中溶解氧(DO)降低,温度和DO之间存在负相关关系,这可能是NH3-N去除效果降低的另一原因,但湿地缓冲区对NH3-N总体净化效果比较理想。TP的去除在进水浓度波动变化较小情况下,四个季节的总体出水浓度较平稳,出水浓度基本都在Ⅱ类水以上,去除效果较明显。(2)系统解析了河口湿地缓冲区CODCr的变化特征与降解机制。针对河口湿地缓冲区出水有机物不稳定问题,对河口湿地缓冲区来水溶解性有机物(DOM)进行荧光光谱学分析,发现来水主要为城市尾水,可生化有机物较少,大部分易降解物质基本在污水处理厂被降解,来水中DOM以难降解大分子富里酸为主。来水经过前置沉淀生态塘处理后,部分大分子富里酸被去除,同时出现一些易降解的类蛋白类物质。在潜流湿地厌氧缺氧环境下,另一部分大分子富里酸被分解为易降解小分子,使CODCr浓度明显下降。在水生植物塘,受到内源释放的影响,CODCr浓度再次升高。但与来水不同,出水CODCr以小分子易降解的类蛋白类物质为主而非难降解大分子富里酸。建议在工程运行过程中适当增加潜流湿地停留时间以强化CODCr的降解,科学强化水生植物的养护减少其腐败,并缩短水生植物塘的停留时间减少内源释放量,减轻白洋淀水环境自净压力。(3)明晰了湿地基质、水生动植物和微生物的水质净化作用机制。潜流湿地基质表面可附着生长微生物或沉积污染物,增强污染物去除能力,潜流湿地单元内,沸石对氨氮的吸附效能良好,钢渣对磷的吸附效能优异;湿地缓冲区中暖季水生植物穗花狐尾藻的综合水质净化效果最强,冷季水生植物菹草在低温条件下适应性较强,在冬季运行中发挥重要的净化作用;低密度底栖动物三角帆蚌有助于改善湿地水环境和水生态;三个处理单元的微生物群落结构在Alpha多样性上存在显著差异,但都含有丰度较高的变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidota)等反硝化细菌、除磷菌和有机物降解菌,这些差异菌群分别在脱氮除磷及有机物降解过程中发挥重要作用。潜流湿地功能微生物的相对丰度更高,是主要的水质净化单元。温度作为主要影响因素之一,决定了不同的季节形成独特的湿地功能微生物群落。发现在该湿地缓冲区中,有Acinetobacter等8种以上菌群与温度正相关,Flavobacterium等12种以上菌群与温度负相关。(4)基于群决策层次分析法,构建了包括生态效益、技术管理与维护、社会经济功能3个系统层,水质指标、生物指标、技术指标等7个准则层,以及16个指标层的大型生态修复工程评价指标体系,首次提出将出水水质与去除率相结合对水质指标设置评价阈值,充分体现湿地的净化效率。以北方大型河口湿地水质净化工程为案例进行工程效益评价,春夏秋冬四个季节综合评分分别为4.1977、4.3274、4.2385和4.1492,夏季得分最高,总体评价结果为“优”,表明该工程对府河外源污染负荷削减效果显著,且技术先进、工艺稳定、投资成本和运行费用较低,技术工程可推广,工程效益良好。 |
语种 | 中文 |
源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60951] ![]() |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 孙家君. 白洋淀大型河口湿地缓冲区水质净化效果与机制研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2022. |
入库方式: OAI收割
来源:过程工程研究所
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