复合人工湿地对水禽污染废水的净化效果崔丽娟

第卷第期年月生态科学一崔丽娟,李伟,张岩,张曼撤,王义飞,赵欣胜,李胜男复合人工湿地对水禽污染废水的净化效果闭生态科学,,饥一,,、乞,,叭厄一,一,一丽,,一复合人工湿地对水禽污染废水的净化效果崔丽娟,李伟,张岩,张曼撤,王义飞,赵欣胜,李胜男中国林业科学研究院湿地研究所,北京【摘要】通过在北京市野生动物救护中心构建表流湿地与潜流湿地相结合的人工湿地来处理富营养化的水体,研究该人工湿地对作、、浊度和的去除作用。研究表明表流湿地对开、、浊度和的去除率可分别达到,,和,潜流湿地对开、、浊度和的去除率可分别达到,,和,复合人工湿地对仰、、浊度和的去除率可分别达到,,和,人工湿地不同构建类型对、的去除量没有显著差异,对的去除率、浊度和的去除量及去除率之间存在显著性差异,而对的去除率没有显著性差别,通过拟合进出水中不同污染物的质量浓度关系发现,表流湿地、潜流湿地和复合人工湿地进出水中、及之间存在显著的线性相关关系,相关系数分别为、、,、、和、、,人工湿地进出水中浊度符合多项式方程规律,相关系数为分别为一扩一,几,一妈和一,。关键词复合人工湿地表流湿地潜流湿地水禽污染净化一一中图分类号文献标识码文章编号一一科一一,七,、,一勇,认叭一,一,一,娜,,城口口口夕,动滋贻仰,,加,,,加,,,,,,,,,,,,协,,加山,仰,,,琳,,分,,,,,,,由。,。少一,外,,六,,,外,,,,收稿日期一一收稿,一一接受基金项目北京市科技计划重大项目“北京市湿地生态系统保护与恢复关键技术研究和示范”国家十一五科技支撑计划项目“湿地生态系统保护与恢复技术试验示范”作者简介崔丽娟一,女,博士,吉林白城人,研究员。主要从事湿地生态研究。电话巧。一达匹坯址丝卫迎。4期崔丽娟,等复合人工湿地对水禽污染废水的净化效果前言人工湿地是由人工建造和控制运行的湿地类型,由基质多为碎石和生长在其上的水生植物如芦苇、香蒲等组成,是一种独特的植物一水土壤一微生物湿地生态系统【'一。它根据自然湿地生态系统中物理、化学、生化反应的协同作用来处理污染物。一般设计参数包括水流负荷、渗滤基质、滞水深度和时间、水体流动的调控指标、植物配置类型及管理模式等卜。根据人工湿地中不同的水流方式分为表流湿地和潜流湿地。不同人工湿地类型在净化污水时的能力大小不同,为了充分发挥各湿地类型的特征,人们在应用中可根据现有地形地势、污染物类型及水体受污染浓度,单独使用某一种人工湿地类型或组合使用,一。本试验在北京市野生动物救护中心建立人工湿地处理系统,目的是为了改善并维持救护中心人工湖湖水水质。通过研究表流湿地与潜流湿地共建的复合人工湿地对富营养化的水体的净化效果,为我国北方地区大规模应用人工湿地处理富营养化水体提供理论依据。材料与方法人工湿地构建研究区位于北京市顺义区的北京市野生动物救护中心,该中心建设各类建筑物总面积共计耐,各种野生动物笼网面积以及其他配套设施。此外,该中心还建设有提供野生水禽栖息、嬉戏的人工湖约,人工湖湖水主要来源于地下水,除雨水外,无流动的新鲜水源补充,水循环和水交换能力较差,加上水禽的活动及粪便的排入使得湖水富营养化严重。复合人工湿地由表流湿地和潜流湿地组合构成,共分为部分一前部分一为表流湿地,第部分为潜流湿地,最后一部分不做设计和处理,即保持开敞水面图,其综合净化效果即是“复合人工湿地”的净化效果。该复合人工湿地主要用于处理受水禽污染的人工湖湖水,通过动力装置将人工湖湖水泵入该复合人工湿地。污水流经该复合人工湿地后,最后重新流入人工湖。复合人工湿地平均进水水质为。、。毗·”,翎一毗·,,浊度小,刁毗·,平均水力停留时间为。设计的人工湿地为表流湿地与潜流湿地单元串联建设而成。在整个人工湿地中,无任何动力提升设备,完全依靠水体的自身重力自然流动。表流湿地系统由个小单元串联组成,采用铺设土工膜防渗隔离,平均构造深度,湿地植物分别为东方香蒲加口、凤眼莲凡动。、营蒲、、慈姑蕉草心如,、针蔺临触拒口心雨胡、荐菜水鳖协即十杖州助血、水芹二。少创口”、大藻芡实尸、菱白黑三棱松”晌啥”毋川。潜流湿地系统由一个面积耐,构造深度的人工湿地构成,湿地植物选用泽泻千屈菜肠。臾扣一二““““进进水水水出水表表流湿地触呼呼图复合人工湿地系统组成示意圈二·山犷448生态科学卷川。测试方法人工湿地建成并经过一个月的试运行之后,出水数据基本趋于稳定。从年月份开始连续个月定期监测人工湿地中表流湿地进、出水处与潜流湿地进、出水处水质的变化。考虑到单元的水体自净过程,潜流出水水质的采样位置为单元的出口处。每次表流湿地、潜流湿地进、出水处样品采样个,取平均值用于计算去除率。浊度采用一型多参数水质监测仪现场测定。、总氮和总磷于实验室内测定,其中,测定采用重铬酸钾法厂采用过硫酸钾消解一紫外分光光度法,仰采用钥锑抗分光光度法一,。。数据处理与分析、、浊度和二去除率的计算公式如下一式中一第次、、浊度和浓度毗·'。为初始浓度毗·一,。采用统计分析软件分别对、、浊度和等指标因子进行单因子方差分析爪厄。结果不同时期人工湿地对污染物的净化效果表流湿地和潜流湿地对浊度的去除效果好于对、及的去除效果表。表流湿地对浊度的去除量为士一,,去除率达,其次对的去除量较高,为士·一',去除率为,,表流湿地对的去除效果高于对的去除效果,去除量分别为士·一'和脚·一'。复合人工湿地对污染物的去除效果由高到低依次为浊度,对浊度和。的去除量分别为士毗·,和士毗·一'。潜流湿地对的去除效果高于对水体浊度的去除效果,去除量为肚一,,对的去除量最低,为均·一,,但去除率较高,为。人工湿地对污染物、、浊度及的去除效果随时间变化而有所差异图。文章通过将污染物的去除量及去除率共同作为人工湿地不同构建类型净化效果的量化指标,从而能够更好地反映人工湿地对仰、、浊度及的去除能力。表流湿地对的去除量在月份达到最大值·一,,最小值·一,出现在月份。去除率从月份的增加到月份的,并在月份出现最小值。不同季节的水生植物生长对磷的去除有一定的影响,夏季,植物生长迅速,对磷的吸收增加,可有效地将水中的无机磷酸盐吸收,用于生命活动,并把磷元素带出土壤而秋冬季节,植物枯萎死亡,部分植物体内的磷被微生物缓慢分解返回土壤系统,从而导致磷的释放,磷的去除率降低。〔川研究发现,湿地水体中的溶氧水平会改变水中的氧化还原环境,从而影响对表人工湿地对仆、、浊度及的去除效果对比平均值士标准差,'一,几帅一,,几由一叱·一仰类型去除量功均,﹃声︸表流湿地潜流湿触'复合人工湿地印士士去除率口切士,士去除量去除量士士士去除率士士士玖生去除率均去除量士士士去除率士士士4期崔丽娟,等复合人工湿地对水禽污染废水的净化效果科芒补吕﹄习把一,。吕目僻菠稍芯︵乙日︵、﹄︶界飞。启︸。肠。加。巨。目玲菠翻之全臼旨︶、︹卜︶器是达﹄卫之一百翅之,也贬世璐翻趁次飞名﹃。。崛。勺“。。并菠报芝夕白旨︿︶、口娜︶默衰流湿地也”叨叫,衰流湿地奴王十】图不同时期人工湿地对污染物的去除效果叙潜流湿地血”】瀚流沮地叙『伪〔二二习复合人工湿地,么主合人工沮地廿刀仰、的去除效果。夏季随着水生植物的生长,底泥中积累了大量的有机物,而这个积累过程是耗氧过程,从而使得水体中的溶氧大量降低,在沉积物附近形成了还原环境。好氧聚磷菌的除磷过程受到限制,大量的磷从而被释放到水体中。潜流湿地对仰的去除量在一月份维持在·'司一,的水平,最小值在月份出现,为·一`。月份去除量有所增加,并出现最大值,去除量为·一`。这与湿地生态系统中底泥对磷的吸附作用有关。〔`研究认为,尽管水生植物在磷的去除过程中起着非常重要的作用,但是在湿地生态系统中底泥仍然是吸附磷的主要部分。潜流湿地对仰的去除率最大值和最小值分别为和。月份去除率从增加至。人工湿地对的去除量在月份和月份均出现峰值·一`,最小值·一,在月份出现。张超等研究认为,秋季湿地中溶氧的增加有助于沉积物中的聚磷菌好氧吸磷,同时也有助于好氧微生物通过分解植物体和沉积物中的磷酸盐,吸收水体中的磷素,为生理生化活动提供代谢所需能量,磷的去除量相应会有所增加。人工湿地对仰的去除率高于,最小值为,最大值为图。通过方差分析发现,人工湿地不同构建类型对的去除量之间没有显著差异护,对仰的去除率之间存在显著性差异。湿地系统对氮的去除机理是多样的,包括挥发、氨化、硝化和反硝化、植物摄取和基质吸附等。其中微生物的硝化和反硝化作用被认为是湿地脱氮的主要途径'利】。人工湿地不同构建类型脱氮机理有所侧重,脱氮效率也有所不同。表流湿地对的去除量最大值为,,最小值为·,,分别出现在月份和月份图。表流湿地在夏秋季节易450生态科学卷生长藻类和浮萍,阳光充足时其光合作用吸收大量的,使得湿地内的值升高。李旭东等〕研究发现,自由表面流湿地夏秋季节值一般可达到一,大大不同于潜流湿地。高的值会导致水体中分子态的氨氮增加,部分氨氮则会通过挥发从湿地中去除。此外,植物在湿地除氮方面也起到非常重要的作用。植物根系生长有助于湿地形成良好的水力条件,并为微生物创造良好的生长环境,有利于硝化细菌和反硝化细菌的生长。表流湿地对的去除率在月份出现最小值。月份表流湿地对的去除率增加至,并在月份达到最大值。潜流湿地对的去除量在月份出现最小值·,,一月份去除量分别增加到,和·'。月份去除量减少为·一`。复合人工湿地对的去除量在月份和月份分别出现最小值和最大值,分别为·一,和一'。一月份潜流湿地与复合人工湿地对的去除率维持在月之间,波动较小。月份去除率均有所提高,不同构建类型对的去除率分别为、和。人工湿地不同构建类型对的去除量以及去除率之间均没有显著性差别外。人工湿地不同构建类型对浊度的去除量以及去除率之间均存在显著差异。表流湿地对浊度的去除量高于同期潜流湿地去除量。表流湿地对浊度的去除量最大值为,最小值为,分别出现在月份和月份图。表流湿地对浊度的去除率在一月份有所降低,从降低至。潜流湿地对浊度的去除量较低,最大值为,最小值为这与潜流湿地开敞水面为救护中心内部分水禽提供了良好的嬉水游玩场所有关。外界因素如风、生物扰动等也会影响潜流湿地对浊度的去除效果。不同月份之间有所不同,去除率随时间变化有较大波动。复合人工湿地对浊度的去除量最大值为,最小值为,分别出现在月份和月份,与表流湿地对浊度的去除量之间没有明显差异外,对浊度的去除率高于。表流湿地对的去除量在月份出现最大值毗·,,并在月份减小为毗·一`。最小值出现在月份,为·,图。水体中的去除是在微生物对有机物的分解、矿化和植物吸附、吸收共同作用而得以实现的。张洪刚等研究发现,人工湿地系统对的去除效果受温度的影响较大。温度的降低导致植物、微生物的生理活性下降,从而影响污染物的去除效果〕。表流湿地对的去除率随时间变化较潜流湿地有较小波动。去除率最小值为,最大值为,分别出现在月份和月份。潜流湿地对的去除量最小值为·一`,最大值为一,。月份去除率达到最小值。复合人工湿地对的去除量在月份出现最小值·一`,月份有最大值·一,。复合人工湿地对。的去除率从月份降低至月份的,并在一月份维持在较高水平,分别为和。通过方差分析发现,人工湿地不同构建类型对的去除量以及去除率之间均具有明显差异。人工湿地、、浊度和进水浓度与出水浓度的关系对人工湿地不同构建类型进出水中进行回归分析发现,二者之间存在一定的线性相关关系表,且显著度较高。这说明人工湿地对的去除率并非恒定,而是随着进水中的增高而降低。当进水中一`时,潜流湿地对的去除效果较好,可以保证·一`以下的出水浓度,并达到左右的去除率图。当进水中仰一,时,表流湿地去除率波动较大一,潜流湿地对的去除率降至,复合人工湿地对的去除率超过。人工湿地进出水中存在较强的线性相关关系。随着进水增加,人工湿地对的去除率降低。当进水中一,时,不同构建类型出水浓度均低于·一`,但去除率有所差异,表流湿地对的去除率较高一,潜流湿地一和复合人工湿地一有较大波动。当进水·一`时,人工湿地对的去除率较低一,出水浓度随进水中的增加而增加图。表流湿地扩和复合人工湿地对二进出水浊度之间符合多项式方程规律表,但显著度不高,进出水浊度之间存在负相关