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沉水植物—固定化微生物技术在水源地修复中的应用研究

作　者: 陈祁春
导　师: 李正魁
学　校: 南京大学
专　业: 环境工程
关键词: 富营养化水源地沉水植物床-固定化微生物生态修复反硝化
分类号: X52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

湖泊是我国的重要水源地,富营养化对于湖泊作为饮用水源地安全有较大影响,太湖2009年有73.9%为劣V类水,主要超标指标为总氮和总磷,作为重要水源地的贡湖湖区2009年为轻度富营养化,水质恶化导致该区域水生植物退化,严重影响供水安全。研究表明,较高的氮污染物质是造成该区域水体水质不断恶化的主要原因之一,因此,研究适用于该区域水体生态修复技术,尤其是水源地氮污染控制技术对改善太湖贡湖水质,保障饮水安全具有重要意义。本论文在国家重大水专项“太湖水源地水质保护技术及工程示范与东太湖沼泽化防治研究”课题(编号：2008ZX07101-012)资助下,针对湖区内上山水源地风浪大、湖流快、水质受气象因素影响较大、区内无底泥覆盖等特点,筛选了适用于该区域水生态修复的沉水植物,结合实验室专利高效土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌,考察了沉水植物、微生物脱氮效果,采用同位素配对技术探讨了沉水植物、微生物的脱氮机理,基于上述技术开发了净化水质效果良好、抗风浪能力强的沉水植物床技术,采用沉水植物生态床开展了河道小试、水源地围隔试验、水源地示范工程等一系列研究,取得了改善水质的明显效果,为水源地氮污染控制提供了理论依据和技术支撑。主要研究结论如下：(1)利用沉水植物-微生物互利共生关系对氮类物质有较好去除效果,好于单独使用沉水植物或微生物,微生物在水体氮类物质去除中起主要作用,沉水植物起促进作用。(2)沉水植物及固定化微生物均可促进水体反硝化作用,降低氮类污染物质含量,其中沉水植物对DN(耦合硝化-反硝化)影响较大,而微生物对Dw(非耦合硝化-反硝化)影响较大(3)沉水植物存在的情况下,系统溶解氧含量较高, N2O还原为N2的过程不彻底,使N20排放通量相对较高(4)沉水植物床-固定化微生物技术抗风浪性能良好,能显著增加水中反硝化细菌数量,促进反硝化作用,取得稳定的水质净化效果试验期间反硝化细菌数量由5.4×102～2.7×103提高至3.9×105～9.1×105,实验区氧化亚氮排放通量介于3-24ug·(m2·h)-1之间,显著高于对照组,该技术对总氮去除率为19%-74%,硝氮去除率为24%-81%；120d的连续监测数据表明,该技术可用于湖泊水源地修复,有效减轻水体富营养化状况.

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 湖泊富营养化现状  9-10
  1.2 湖泊富营养化治理现状  10-11
  1.3 沉水植物恢复及研究现状  11-15
    1.3.1 沉水植物在湖泊生态系统中的作用  11-13
    1.3.2 环境因素对沉水植物的影响  13-14
    1.3.3 沉水植物恢复的理论研究与工程实践  14-15
  1.4 微生物脱氮技术研究及进展  15-18
    1.4.1 自然水体中氮循环途径及研究手段  15-17
    1.4.2 脱氮微生物研究现状  17-18
  1.5 研究目的及研究内容  18-21
    1.5.1 本研究的意义  18
    1.5.2 研究内容  18-19
    1.5.3 潜在创新点  19-20
    1.5.4 研究思路  20-21
第二章实验材料及研究方法  21-26
  2.1 室内微宇宙系统  21-22
    2.1.1 实验装置介绍  21
    2.1.2 底泥柱状样采集  21
    2.1.3 沉水植物采集  21
    2.1.4 固定化微生物  21-22
  2.2 实验指标检测  22-26
    2.2.1 主要实验仪器  22
    2.2.2 水质指标检测方法  22-23
    2.2.3 沉水植物含氮量  23
    2.2.4 N_2O气体检测方法  23
    2.2.5 反硝化菌检测方法  23-24
    2.2.6 N_2排放速率  24-26
第三章室内模拟实验  26-36
  3.1 实验目的  26
  3.2 实验材料及方法  26-27
    3.2.1 实验装置  26
    3.2.2 沉水植物选取  26
    3.2.3 试验方法  26-27
  3.3 实验结果  27-35
    3.3.1 水质指标检测结果  27-29
    3.3.2 pH变化  29-30
    3.3.3 DO变化  30
    3.3.4 反硝化速率  30-34
    3.3.5 试验结果分析  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章原位试验结果及讨论  36-51
  4.1 研究区域概况  36-37
  4.2 河道技术试验  37-41
    4.2.1 沉水植物床方案设计  37
    4.2.2 实验平台介绍  37-39
    4.2.3 静态实验效果  39-40
    4.2.4 动态试验效果  40-41
  4.3 上山水源地现场围隔试验  41-46
    4.3.1 围隔制作  42
    4.3.2 围隔安装  42-43
    4.3.3 试验设置  43
    4.3.4 试验效果  43-46
  4.4 贡湖上山水源地现场中试工程  46-49
    4.4.1 中试工程介绍  46
    4.4.2 沉水植物床加工及安装  46-47
    4.4.3 中试工程效果  47-49
  4.5 本章小结  49-51
第五章结论与展望  51-53
  5.1 结论  51-52
    5.1.1 室内试验  51
    5.1.2 原位试验  51-52
  5.2 展望  52-53
参考文献  53-60
攻读硕士期间主要成果  60-61
致谢  61-62

沉水植物—固定化微生物技术在水源地修复中的应用研究

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