城市景观水体生境改善技术与机理研究

论文摘要

生境改善是恢复城市景观水体健康水生态系统的关键,提高水体透明度是水体生境改善的重点和难点,水体透明度也是体现城市水体景观特征的重要水质指标。城市景观水体透明度不高的原因大多是由水体中大量的浮游植物引起的,而营养盐浓度和水体流动状态对水体中浮游植物的种类和浓度有较大影响。本论文依托国家“863”课题“水体底部水平流复氧与生物膜联合生境改善技术”（2006AA06Z343）,以提高水体透明度为目标,研究了降低水体中营养盐浓度和改善水体流动状态的技术方法、作用机理及工程应用效果。论文通过对实际景观水体的调查和监测,分析了北京典型景观水体的水质状况与生境特征;将凹凸棒石作为吸附剂用于降低水体中磷的浓度,在小试规模上进行了自配水和实际水的效果研究;采用推流曝气生物膜技术降低水体中的氨氮浓度和改善水体的流动状态,在中试规模上进行了0.5t实际水的多组实验槽效果比较,并对技术在工程上的应用进行了跟踪研究。通过研究得出以下主要结论:（1）什刹海与罗马湖水体中沉水植物较少,总氮浓度均处于劣V类水平,但什刹海前海东岸透明度达70cm,而罗马湖透明度却只有27cm。造成两水体透明度存在较大不同的原因是二者磷浓度存在较大差异,什刹海总磷仅为0.042mg/L,而罗马湖总磷达0.36mg/L。可见,磷的浓度是藻类生长的限制因子,与水体透明度负相关。（2）柳荫湖和罗马湖的水质均较差,磷的浓度水平均较高,但柳荫湖没有蓝藻水华现象发生,而罗马湖夏季蓝藻水华严重、透明度较低。造成两水体透明度差异的主要原因是水体的深度不同,柳荫湖平均水深仅为0.5m,小于光补偿深度,满足水生植物生长的光合作用条件,沉水植物与挺水植物生长茂盛;而罗马湖水深为1m,大于光补偿深度,沉水植物不能生长。可见,水生植物对景观水体中浮游藻类的生长有抑制作用,水下光照强度是水生植物光合作用的保障,只有在水体深度小于光补偿深度的条件下,才能形成建康的水生态系统,从而改善水体的透明度。（3）天然蛭石、凹凸棒石的除磷性能较差,酸洗改性对蛭石和凹凸棒石的除磷性能有一定的增强作用,但效果提高不大。蛭石和凹凸棒石通过煅烧改性后吸附磷的效果明显增强,但是蛭石吸附除磷后,溶液pH值有较大升高,而凹凸棒石煅烧改性后溶液pH值升高不大,因此,应优先选用煅烧改性后的凹凸棒石作为除磷吸附剂。凹凸棒石煅烧改性的最佳条件是500℃煅烧2h。（4）用煅烧改性后的凹凸棒石,对含磷浓度为0.226mg/L、pH值为8.04的清河水样进行除磷试验,投加7g/L煅烧改性的凹凸棒石时,磷的去除率为83.53%,除磷后溶液中磷浓度为0.037mg/L。（5）在水体中加入生物膜填料,在不采取推流或曝气的措施时,氨氮和COD浓度略有降低。采用推流+生物膜填料技术措施,氨氮浓度与COD浓度大幅度降低,水体透明度由24cm提高到90cm。低有机物浓度条件下,在推流+生物膜填料技术的基础上,增加曝气措施,进一步提高透明度的效果不明显。（6）推流+生物膜填料技术改变了水体的流态与流速,降低了水体中的氨氮浓度,提高了水体的透明度,其中,氨氮浓度的降低可能是抑制水体中藻类暴发的重要影响因素。（7）推流+生物膜填料技术的工程应用表明:在低浓度的氮、磷条件下,该技术对透明度的改善效果明显。水深1m、面积10000m2的水体,治理投资为50万元,每月运行费用为1000元左右。该技术具有效果好、管理简便、运行费用低等特点。综上所述,采用煅烧方式对凹凸棒石进行改性可以有效降低景观水体中的磷,以达到控磷而提高水体透明度的目的;推流+生物膜填料技术可以降低景观水体中氨氮的浓度,改善水体的流态和流速,从而抑制藻类暴发而改善水体的透明度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 景观水体的污染状况与成因
• 1.1.1 我国景观水体的污染状况
• 1.1.2 景观水体的污染成因
• 1.2 景观环境用水的水质要求
• 1.2.1 水环境质量标准要求
• 1.2.2 污水排放及再生水利用标准要求
• 1.2.3 标准分析比较
• 1.3 景观水体治理技术研究进展
• 1.3.1 水生态恢复技术研究进展
• 1.3.2 景观水体生境改善技术研究进展
• 1.3.3 景观水体曝气生物膜技术研究进展
• 1.3.4 景观水体吸附除磷技术研究进展
• 1.4 景观水体的治理思路与研究问题的提出
• 1.4.1 景观水体的治理思路
• 1.4.2 研究问题的提出
• 1.5 论文的研究目的与意义
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究意义
• 1.6 研究内容和技术路线
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 技术路线
• 第二章 典型景观水体特征研究
• 2.1 研究目的
• 2.2 研究对象
• 2.3 研究方法
• 2.4 柳荫湖景观水体研究
• 2.4.1 柳荫湖概况
• 2.4.2 区位特点
• 2.4.3 水文、底质
• 2.4.4 入湖水源
• 2.4.5 岸带生态
• 2.4.6 柳荫湖水质变化规律研究
• 2.5 什刹海景观水体研究
• 2.5.1 什刹海概况
• 2.5.2 区位特点
• 2.5.3 水文、底质
• 2.5.4 岸带类型
• 2.5.5 岸带生态
• 2.5.6 什刹海水系富营养化治理简介
• 2.5.7 什刹海水质变化规律研究
• 2.6 罗马湖景观水体研究
• 2.6.1 罗马湖概况
• 2.6.2 区位特点
• 2.6.3 来水情况
• 2.6.4 湖岸生态
• 2.6.5 罗马湖水质监测
• 2.7 三个景观湖泊的对比研究
• 2.7.1 三个湖的特征比较
• 2.7.2 柳荫湖、罗马湖水质比较
• 2.7.3 什刹海、罗马湖水质对比
• 2.8 小结
• 第三章 推流曝气生物膜技术改善生境的效果研究
• 3.1 研究目的与内容
• 3.1.1 研究目的
• 3.1.2 研究内容
• 3.2 实验装置与分析测试方法
• 3.2.1 实验装置及实验用水
• 3.2.2 水质指标分析测试方法
• 3.3 单独放置生物膜改善生境的效果研究
• 3.4 推流与生物膜联合改善生境的效果研究
• 3.5 推流+生物膜+曝气联合改善生境的效果研究
• 3.6 推流曝气生物膜法改善生境的机理分析
• 3.7 小结
• 第四章 水体生境改善的磷吸附剂筛选及机理研究
• 4.1 研究目的
• 4.2 研究内容
• 4.3 试验材料及设备
• 4.4 试验方法
• 4.4.1 模拟含磷水样的配制
• 4.4.2 吸附剂改性试验
• 4.4.3 静态吸附试验
• 4.4.4 分析方法及评价指标
• 4.5 两种天然矿石的除磷性能研究
• 4.6 改性后除磷性能研究
• 4.6.1 酸洗改性研究
• 4.6.2 煅烧改性研究
• 4.6.3 改性后对低浓度含磷水样的除磷研究
• 4.7 实际景观水体除磷小试研究
• 4.8 煅烧改性凹凸棒石除磷机理分析
• 4.8.1 差热（DTA）分析
• 4.8.2 扫描电镜（SEM）分析
• 4.8.3 X射线衍射（XRD）分析
• 4.8.4 比表面积分析
• 4.9 小结
• 第五章 景观水体生境改善的机理、措施与应用研究
• 5.1 景观水体生境改善的机理研究
• 5.1.1 清水状态恶化的过程分析
• 5.1.2 景观水体清浊状态的特征分析
• 5.1.3 景观水体清水状态恢复的过程分析
• 5.1.4 景观水体清浊状态拐点分析
• 5.1.5 影响景观水体恢复清水状态的因素分析
• 5.1.6 水生植物在景观水体中的作用分析
• 5.1.7 景观水体生境改善的机理分析
• 5.2 景观水体生境改善的技术措施研究
• 5.2.1 磷吸附剂改善景观水体透明度技术
• 5.2.2 推流曝气生物膜改善水体透明度技术
• 5.3 景观水体生境改善技术的应用研究
• 5.3.1 应用水体的位置及特点
• 5.3.2 应用的技术方法
• 5.3.3 工程应用研究结果
• 5.4 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 6.3 创新点
• 附录1 缩略词表
• 附录2 学习期间的论文
• 参考文献
• 致谢