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人工浮島技術及其應用研究!

作者:人工浮島 發布時間:2018-10-22 11:41 點擊次數:
       人工浮島技術及其應用研究:作為中國黃河流域內蒙古段最大的淡水湖泊-烏梁素海,是全球范圍內荒漠半荒漠地區極為少見的具有生物多樣性和環保多功能的大型草型湖泊,但是由于長期的污染積累和氣候條件的變化,使烏梁素海成為富營養化最為嚴重的草型湖泊,目前正面臨著嚴峻的生態環境危機。水體富營養化不僅對水體水質有嚴重影響,而且還會影響到周邊水環境和人為景觀,甚至通過給水系統危害到公眾的健康。而人工浮島生態修復技術作為一項傳統的修復富營養化水體水質技術,具有利用植物和微生物作用去除水體中的污染物,凈化水質,充分利用水面和營造水上景觀,以及造價低廉且不產生二次污染等優點,是一種簡單高效的水體原位修復和控制技術,從而恢復良好的水生生態系統。目前,該技術在我國的研究日益增多。


人工浮島
 

   目前對于減輕烏梁素海富營養化的研究較少,生態修復的研究多是在南方,關于北方寒旱區草原湖泊區域的研究基本沒有。本研究通過對水質情況與烏梁素海富營養化相似的示范區進行水質凈化效果研究,尋求一種高效、節能、有經濟效益的方法,并將其應用于富營養化嚴重的烏梁素海。在選擇經濟植物的情況下還可以給周邊居民帶來一定的經濟效益。

★ 實驗部分 ★

1.1 浮島植物的選擇

   植物的選擇以耐污能力強、除污效果好、根系發達以及具有一定經濟和觀賞價值為原則。實驗分為室內和戶外實驗,室內實驗于4-6月進行,于花苑市場購買經濟植物油菜、木耳菜、空心菜的種子,室內育苗后將3種植物移植到受污染水面上,而且每周對植物生長情況進行觀察并且對水樣的總氮、總磷、氨氮和COD等指標進行測量,通過室內實驗可以篩選出空心菜對水質的改善作用較好。故選擇水生植物空心菜作為浮島植物。


1.2 實驗設計

   通過對巴彥淖爾市烏拉特前旗烏梁素海海區周邊進行實地考察,走訪當地居民和養殖戶,了解養殖情況及水質情況,初選開展的示范地點及居民、養殖戶。通過遴選,選定烏梁素海附近養殖戶的200畝放養塘,其具有一定的養殖經驗和條件,在當地具有一定的代表性,示范區為活水體系,水體富營養化與烏梁素海相似。示范區水質數據見表1。
1示范區水質數據見表1

 

1.3 浮島的構建

    浮島基質由PVC管(110管)制成,上下2層各有疏、密2種聚乙烯網片,規格為每快浮島網箱長4m,寬1.3m,可以漂浮于水面。示范區應用2組浮島,每組由5塊浮島組成,串聯而成。


1.4 采集與分析方法

    實驗時間為2014年8-10月,空心菜處于生長旺期,每周取水1次,持續監測3個月。水樣采集的位置為進水口、2組浮島的出口及浮島周邊(作為對照)、出水口。水質指標主要選取總氮、總磷、氨氮、COD,監測方法均為水質監測的標準方法。

★ 結果與討論 ★

2.1 浮島對總氮的去除效果

    根據進水和處理一定時間后系統中TN的質量濃度,計算TN的去除率。水系中TN去除率隨處理時間的變化如圖1所示。


2TN去除率隨處理時間的變化如圖1

    由圖1可知,TN去除率總的變化趨勢一致,出水和浮島出水的去除率均呈現緩慢增加的趨勢,而空白水的去除率變化較緩慢。分析原因,由于空白水樣的凈化效果主要依靠水體的自凈能力、物理沉降等,導致空白水樣的凈化能力緩慢,最大去除率只有41%。進水經過2組浮島的凈化處理后氮元素的含量均有所下降,去除效果呈現上升的趨勢,因為此時浮島植物的新陳代謝旺盛,吸收了水中大量的磷元素,而且植物根系附著大量的微生物可以吸附水中的氮磷營養元素;同時浮島植物與水草是競爭關系,浮島阻止了水草的光合作用,減緩了水草的生長。進水通過第一塊浮島后的凈化效果有所增強,隨之經過第二塊浮島后的凈化效果明顯增強。經浮島植物凈化后水樣的去除率相對空白水體提升了30%。浮島出水和出水口去除率可達71%和77%。說明植物浮島對污水的凈化效果很好,其凈化機理主要是植物吸收營養物質和根系微生物的降解作用。


2.2 浮島對總磷的去除效果

   根據進水和處理一定時間后系統中TP的質量濃度,計算TP的去除率。水系中TP去除率隨處理時間的變化如圖2所示。

3TP去除率隨處理時間的變化如圖2

    由圖2可知,TP去除率隨時間的延長而不斷增加,而空白水樣的去除率變化較緩慢。分析原因,空白水樣的凈化能力緩慢,去除率達40%。進水經過2組浮島的凈化處理后磷元素的含量均有所下降,去除效果呈現迅速上升的趨勢,進水通過第1塊浮島后的凈化效果有所增強,隨之經過第2塊浮島后的凈化效果明顯增強。經浮島植物處理后的水樣相對空白水樣去除率提升了40%,浮島出水和出水口去除率可達80%和82%。說明植物浮島對污水的凈化效果很好,主要凈化途徑是通過植物的吸收、吸附作用去除水中的有機磷元素,而無機磷則通過物理沉降作用進入底泥中。


2.3 浮島對氨氮的去除效果

    根據進水和處理一定時間后系統中氨氮的質量濃度,計算氨氮的去除率。水系中氨氮去除率隨處理時間的變化如圖3所示。


4氨氮去除率隨處理時間的變化如圖3

    由圖3可知,氨氮去除率的變化趨勢與TN的相似,空白水體的去除率變化較緩慢??瞻姿畼右揽克w的自凈能力、物理沉降等功能,凈化水體的去除率最高達40%。進水經過2組浮島后氮元素的濃度有所下降,去除效果的趨勢一致。進水通過2塊浮島后的凈化效果增強,去除率提升了34%,浮島出水和出水口去除率可達74%和77%。氨氮與總氮的去除途徑相似,主要是通過植物的吸收、吸附作用。說明植物浮島對污水的凈化效果中植物的吸收、吸附起著重要作用。


2.4 浮島對COD的去除效果

    根據進水和處理一定時間后系統中的COD,計算COD的去除率。水系中COD去除率隨處理時間的變化如圖4所示。


5COD去除率隨處理時間的變化如圖4

    COD的去除率均呈逐漸上升的趨勢。系統中COD的去除主要依靠顆粒物的自然沉降和水中懸浮微生物的生化作用,因此空白水體的去除效果較緩慢,去除率達40%。同時植物的吸收、根系的吸附作用對COD去除的影響較小,而且植物在生長期間產生的衰敗殘留物及其有機質的分解溶出以及植物根系分泌物都會使系統中的有機物增加,這些因素導致植物浮島對有機污染物的去除較空白沒有大的提高,進水通過兩塊浮島后的去除率相對空白水體只提升了26%,而浮島出水和出水口去除率達66%和71%。

1)采用人工浮島技術處理富營養化水質可明顯降低水中的TN、TP、氨氮、COD,較水體自身的凈去除率較高,體現了人工浮島技術的高效;

2)通過利用人工浮島技術對示范區的水質凈化效果研究,得出人工浮島技術對水質凈化有明顯的效果,而且浮島串聯使用的效果更好;建議可以應用于富營養化嚴重的烏梁素海,改善烏梁素海的水質,減輕富營養化程度。

3)本研究中單獨使用人工浮島技術對富營養化水體進行凈化,如果和水產養殖技術相結合,在增加居民經濟收入的同時,改善烏梁素海入湖水質,無論是從改善居民生計還是烏梁素海水生態環境修復角度,都具有非常重要的社會經濟與生態環境效益,若本示范項目能順利實施并達到預期效果,將對整個烏梁素海周邊的生產生活帶來深遠影響,以上人工浮島技術及其應用研究就分享到這里。

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