污染河水的人工湿地净化特性及植物作用原理研究

西安建筑科技大学博士学位论文

污染河水的人工湿地净化特性及植物作用原理研究 (1)

1绪论 (1)

1.1河流污染现状及修复技术 (1)

1.1.1河流污染特征及危害 (1)

1.1.2污染河流水质改善技术 (2)

1.2污染河水的人工湿地净化技术 (3)

1.2.1人工湿地污水处理技术 (3)

1.2.2人工湿地净化机理 (6)

1.2.3人工湿地在污染河水净化中的应用及研究进展 (11)

1.2.4现存的问题及发展方向 (14)

1.3人工湿地中的植物作用 (16)

1.3.1水生植物在人工湿地中的应用及研究进展 (17)

1.3.2人工湿地中的植物作用机理 (19)

1.3.3人工湿地植物的管理策略 (19)

1.4研究目的及论文构成 (20)

1.4.1课题来源 (20)

1.4.2研究目的及意义 (21)

1.4.3主要研究内容 (21)

2实验材料与研究方法 (23)

2.1人工湿地实验场建设与运行 (23)

2.2人工湿地反应器实验 (26)

2.3物化分析 (27)

2.4植物分析 (28)

2.5微生物分析 (29)

3人工湿地对污染河水的净化特性研究 (31)

3.1多元人工湿地对污染物的去除特性 (32)

3.1.1多元人工湿地对污染河水的长期净化效果 (32)

3.1.2污染河水净化中多元人工湿地的抗负荷波动特性 (36)

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3.1.3污染河水净化中多元人工湿地的季节性规律 (38)

3.2污染河水净化中不同形式人工湿地的比较分析 (40)

3.2.1水平潜流人工湿地对污染河水的净化 (40)

3.2.2水平潜流-表流人工湿地对污染河水的净化 (42)

3.2.3表流-表流人工湿地对污染河水的净化 (45)

3.2.4表流-水平潜流人工湿地对污染河水的净化 (48)

3.2.5表流-水平潜流-表流人工湿地对污染河水的净化 (54)

3.3不同形式人工湿地对各形态污染物的去除机理 (56)

3.3.1水平潜流与水平潜流-表流人工湿地对各形态污染物的去除 (57)

3.3.2表流-表流与表流-水平潜流人工湿地对各形态污染物的去除 (58)

3.4本章小结 (59)

4设计与运行条件对人工湿地的影响分析 (61)

4.1湿地类型的影响 (61)

4.1.1对人工湿地效果的影响 (62)

4.1.2对各形态污染物去除的影响 (63)

4.2基质种类的影响 (64)

4.2.1对人工湿地效果的影响 (64)

4.2.2对各形态污染物去除的影响 (65)

4.3植物的影响 (66)

4.3.1对人工湿地效果的影响 (66)

4.3.2对氮磷去除特性的影响 (68)

4.4进水负荷的影响 (70)

4.4.1对水平流人工湿地的影响 (70)

4.4.2对表流人工湿地的影响 (71)

4.5本章小结 (72)

5人工湿地中植物的作用原理研究 (75)

5.1不同类型人工湿地中植物的作用特性 (75)

5.1.1气候条件和植物的生长特性 (76)

5.1.2植物的分布特性 (79)

5.1.3植物对氮磷的吸收去除 (80)

5.1.4植物对氮磷去除的综合作用 (82)

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5.2物种竞争下人工湿地中植物的作用特性分析 (83)

5.2.1植物的生长特性变化规律 (83)

5.2.2植物分布的演变特性 (85)

5.2.3竞争对植物吸收氮磷能力的影响 (86)

5.2.4竞争作用下植物在人工湿地去除氮磷中的作用 (87)

5.2.5竞争作用下的微生物特性 (88)

5.3收割对湿地效果和植物作用的影响 (90)

5.3.1对植物生长特性的影响 (91)

5.3.2对植物吸收氮磷能力的影响 (93)

5.3.3对人工湿地冬季脱氮除磷效果的影响 (94)

5.3.4对植物作用的影响 (95)

5.3.5对微生物特性的影响 (96)

5.4本章小结 (98)

6结论和创新点 (101)

6.1主要结论 (101)

6.2论文的创新点 (102)

致谢 (105)

参考文献 (107)

攻读博士学位期间发表的学术论文 (123)

III

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1绪论

1.1河流污染现状及修复技术

河流通过水自身的重力流动把水资源从水源地转移至海洋之中，构成了水循环中的重要组成部分。与此同时，河流还为人们提供淡水资源，从古至今，不间断的满足着人们对这种宝贵资源不断增加的需求。而且，河流还是多种生物物种的寄宿地，并能够有效的疏导洪水和为人类社会的发展提供生活区域。可以说河流是人类社会可持续发展的重要生态和环境保障[1]。因此，世界上大部分的文明都集中在一些主要的河流流域，例如：尼罗河、密西西比河、多瑙河和黄河等流域[2-5]。

然而，从工业革命以来，随着快速的工业化和城市化进程，越来越多的污水被排入到了河流之中，致使许多河流都受到了污染，水质严重恶化[6, 7]。发展中国家的城市河流的污染状况则更为严峻[8, 9]。各种各样的污染物通过各种不同的途径最终都汇入到了河流中[10-12]，极大的超过了河流的自净能力，进而导致了河流水质和生态功能的不断恶化，甚至威胁到了人类的生命健康[13-15]。而且这种现象在缺少降水的干旱半干旱地区更加严重。根据最新的统计数据(MEP, 2013), 中国主要河流中有28.3%被严重污染，不能作为水源来供给饮用水生产[219]。而一些城市河流污染更为严重，表现出黑、臭的特点。因此，对河流水质进行有效的改善成为了诸多城市迫在眉睫的诉求。

1.1.1河流污染特征及危害

造成河流污染的主要原因一方面是由于经济发展和城市管网建设的滞后造成的外部排入污染物的逐渐增加，超出了河流的自净能力；另一方面是由于河流河道的硬化、水库对上游水体的蓄积等原因造成的河流生态系统的破坏。河流污染主要包括工业废水和生活污水等造成的点源污染；大气沉降、暴雨径流、农业污染和垃圾污染等造成的非点源污染两个方面[16]。此外，我国污染河流中主要污染物主要包括：石油类、有机物、氨氮和挥发酚等，从地域分布上，则表现出北方污染重于南方的特征[16]。

河流污染影响了人类对河流水资源的利用，降低了工农业的用水安全，进而加剧了人类水资源的紧缺[17]。此外，水中各种污染物通过各种途径进入人类生物