河流生態(tài)系統(tǒng)具有時(shí)空差異性,隨著時(shí)空推移,河流系統(tǒng)的水量、水溫、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等呈現(xiàn)變化趨勢(shì),從而影響著河流生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。近幾年在河流整治的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)普遍退化嚴(yán)重,河流失去自?xún)裟芰ΑＨ斯竦乇蛔C實(shí)是污染削減、水質(zhì)凈化和河流修復(fù)的有效措施,尤其是對(duì)于內(nèi)源氮的削減。不同類(lèi)型人工濕地受系統(tǒng)因子、設(shè)計(jì)參數(shù)及環(huán)境因子的影響,污染物去除效果不同。本文按照室內(nèi)機(jī)理模型及應(yīng)用基礎(chǔ)研究、小試規(guī)模的技術(shù)研發(fā)及運(yùn)行參數(shù)研究、中試規(guī)模的技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)、示范工程及其效果監(jiān)測(cè)四個(gè)尺度,通過(guò)改善人工濕地內(nèi)的氧環(huán)境,提高脫氮除磷效率,對(duì)多級(jí)耦聯(lián)濕地凈污效能及其在河道水生態(tài)凈化中的應(yīng)用進(jìn)行研究與分析,旨在提出優(yōu)化參數(shù),最終在淮河流域或具有相近背景的流域推廣應(yīng)用。在本研究中,我們?cè)噲D模擬自然濕地的環(huán)境異質(zhì)性。因此,多級(jí)濕地系統(tǒng)中,水質(zhì)凈化過(guò)程被分為幾個(gè)步驟。除了水流模式的不同,我們篩選水生植物、將不同基質(zhì)級(jí)配,以及運(yùn)用基質(zhì)內(nèi)電解,在不同水力停留時(shí)間下測(cè)定污染物去除效果,將運(yùn)行參數(shù)應(yīng)用于賈魯河上游河道水生態(tài)凈化示范工程中,辨識(shí)多級(jí)濕地的最佳耦聯(lián)方式對(duì)于不同污染物去除效能；該研究對(duì)于重污染河道污染控制與治理具有非常重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本論文研究的主要結(jié)論有：(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,種植有菖蒲和水蔥的植物系統(tǒng)對(duì)COD和NH4+-N去除率高于無(wú)植物系統(tǒng),由于其發(fā)達(dá)的根系,可為微生物生長(zhǎng)提供更多附著的表面積。菖蒲、水蔥和無(wú)植物對(duì)照濕地系統(tǒng)對(duì)COD的平均去除率分別為62.10%、59.20%和52.50%；對(duì)NH4+-N的平均去除率分別為79.50%,70.22%和60.89%。高濃度有機(jī)污染物廢水處理過(guò)程中,無(wú)植物濕地系統(tǒng)中氧氣濃度會(huì)大大減少,但有植物系統(tǒng)中仍存在有氧區(qū)域。植物輸氧造成的濕地中有氧、缺氧和厭氧狀態(tài)的交替出現(xiàn)是保證其對(duì)氮磷及有機(jī)物具有較強(qiáng)處理效率的原因。垂直潛流人工濕地(VFCW)具有更高的氧傳輸能力和高有機(jī)物去除率；水平潛流人工濕地(HFCW)中,由于碳源缺乏,大多數(shù)有機(jī)碳源是難降解生物,導(dǎo)致出水COD偏高。(2)本實(shí)驗(yàn)中選取四種基質(zhì)沸石、礫石、陶粒和爐渣作為基質(zhì),再進(jìn)行基質(zhì)組配,進(jìn)行低濃度生活污水處理的研究。結(jié)果顯示各類(lèi)組配具有很高的去污能力。HRT=4h時(shí),陶粒、沸石和礫石(A組)組配基質(zhì)對(duì)COD去除率最高,為70.28±10.24%,陶粒、礫石和爐渣(C組)組配基質(zhì)對(duì)TN去除率最高,為90.38±6.98%,陶粒、沸石和爐渣(B組)組配基質(zhì)對(duì)P043"-p去除率最高,為80.25±18.75%。級(jí)配方式下濕地系統(tǒng)對(duì)污染物去除的綜合效果優(yōu)于單一粒徑基質(zhì)的濕地系統(tǒng)。(3)我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室研究催化鐵內(nèi)電解在人工濕地廢水處理中的應(yīng)用,考察其吸附性能,進(jìn)一步明確具體的操作參數(shù)。Fe/Cu反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方法是電化學(xué)反應(yīng),不同配比對(duì)污水中TP去除有顯著影響。結(jié)果顯示：Fe:Cu=1:1時(shí),TP去除率為62%,Fe:Cu=10:1時(shí),TP去除率高達(dá)87%,表明內(nèi)電解反應(yīng)器由于Fe、Cu之間以及基質(zhì)與廢水中污染物的接觸面積增加,導(dǎo)致反應(yīng)活性增加。Fe/Cu內(nèi)電解系統(tǒng)已被證明對(duì)硝酸鹽還原更有效。最初隨著pH值的升高,由于鐵腐蝕反應(yīng)硝酸鹽還原速率加快。在實(shí)驗(yàn)期間硝酸鹽幾乎完全轉(zhuǎn)化,在實(shí)驗(yàn)后期硝酸鹽反應(yīng)速率迅速下降。(4)研究四種組合方式(串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián))的多級(jí)耦聯(lián)人工濕地在不同HRT下對(duì)廢水污染物的去除效率。結(jié)果顯示：串并聯(lián)模式在HRT=3h時(shí)TN去除率最高,為45.16%,]3RT=5h時(shí)達(dá)到TP最高去除率74.55%；對(duì)于COD,并聯(lián)系統(tǒng)在HRT=4h時(shí)去除率最高,為75.90%,而NH4+-N最高去除率出現(xiàn)在HRT=4h的串聯(lián)模式下。我們的研究表明,多級(jí)耦聯(lián)人工濕地在適當(dāng)?shù)腍RT條件下可以成為有效的生活污水處理方法。(5)我們選擇淮河流域污染嚴(yán)重的賈魯河支流,在對(duì)其污染物背景值調(diào)查的基礎(chǔ)上,實(shí)施我們的水質(zhì)生態(tài)凈化示范工程。期間我們監(jiān)測(cè)整條河流中氮含量的時(shí)空變化,來(lái)評(píng)估措施的有效性。最明顯的變化是,NH4+-N平均降低了63.76±31.63%,N03--N平均降低了42.10-±5.88%,TN濃度由平均16.17 mg/L降低到3.50 mg/L。河流中氮濃度的空間變化具有預(yù)測(cè)出水濃度變化的潛在應(yīng)用。我們提出了流域綜合水生態(tài)凈化優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用框架,需要全面監(jiān)測(cè)來(lái)確定工程措施應(yīng)用于其他流域的整體有效性。植物的全面恢復(fù)可以達(dá)到較好的脫氮效果。NH4-N和NO3--N濃度的降低在第二年顯著高于第一年,表明植物達(dá)到污染物最佳性能需要一個(gè)過(guò)渡期。對(duì)于銨態(tài)氮,較低的出水濃度出現(xiàn)在夏季,這是由于降雨的稀釋,所以降水和植被被認(rèn)為是影響水處理性能的變量之一。本文針對(duì)單一的水平流濕地因?yàn)檠鮽鬏斈芰τ邢薏荒鼙ＷC有效的硝化反應(yīng),而單一的垂直流濕地不能保證有效的反硝化,對(duì)垂直流——水平流人工濕地耦聯(lián)來(lái)提高污染物的去除率。耦聯(lián)的濕地系統(tǒng)包括串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)和并串聯(lián)。除了系統(tǒng)本身及其組合工藝,濕地的設(shè)計(jì)參數(shù),包括水力負(fù)荷、水力停留時(shí)間等,環(huán)境條件包括溫度、pH等,系統(tǒng)的組成要素植物、基質(zhì)等對(duì)濕地凈污能力均有影響。在了解了耦聯(lián)人工濕地凈污能力機(jī)理及其途徑,以及造成賈魯河水污染背景的前提下,重點(diǎn)運(yùn)用構(gòu)造濕地—生態(tài)河道強(qiáng)化凈化技術(shù)、多級(jí)人工濕地凈化耦聯(lián)技術(shù),實(shí)現(xiàn)人工濕地污水處理系統(tǒng)優(yōu)化配置的同時(shí),完善河流水生態(tài)凈化工程技術(shù)措施的應(yīng)用,以期為淮河流域及全國(guó)相似污染背景流域的河流生態(tài)凈化提供借鑒。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類(lèi)】：X703
【文章目錄】：
中文摘要
English Abstract
Chapter 1 Literature Review
    內(nèi)容提要
    1.1 River ecosystem
    1.2 River water quality
    1.3 Improvement of river water quality
    1.4 Wetland treatments
Chapter 2 Research Objectives and Contents
    內(nèi)容提要
    2.1 Scientific questions
    2.2 Research objectives
    2.3 Research contents
    2.4 Research clues
Chapter 3 Comparison of Vegetation on Pollutants Removal in HybridConstructed Wetlands
    內(nèi)容提要
    3.1 Introduction
    3.2 Material and methods
        3.2.1 Set-up and operation of wetland systems
        3.2.2 Statistical analysis
    3.3 Results and discussion
        3.3.1 Water quality and treatment performance
        3.3.2 Spatial distribution and management of vegetation
        3.3.3 Optimization of incorporated CW configuration
    3.5 Conclusions
Chapter 4 Effects of Diferent Matrix Paired on Purification Efficiency inConstructed Wetlands
    內(nèi)容提要
    4.1 Introduction
    4.2 Materials and methods
        4.2.1 Experimental setup
        4.2.2 Operation conditions
        4.2.3 Water sampling and quality analysis
        4.2.4 Statistical analyses
    4.3 Results and discussion
        4.3.1 Physicochemical characteristics of matrix
        4.3.2 Adsorption removal of phosphorus from wastewater
        4.3.3 Influence of wetland matrix for improving nitrogen and organics removal performances
    4.4 Conclusions
Chapter 5 Matrix with Internal Electrolysis to Enhance PollutantsRemoval in Constructed Wetlands
    內(nèi)容提要
    5.1 Introduction
    5.2 Materials and methods
        5.2.1 System description and operation
        5.2.2 Sampling and quality analysis
        5.2.3 Statistical analyses
    5.3 Results and discussion
        5.3.1 TP removal effect
        5.3.2 COD removal effect
    5.4 Conclusions
Chapter 6 Effects of Connection Mode and HRT on WastewaterPollutants Removal in Multi-stage Coupled Constructed Wetland
    內(nèi)容提要
    6.1 Introduction
    6.2 Materials and methods
        6.2.1 The wetland system microcosms and greenhouse setup
        6.2.2 Experimental operation
        6.2.3 Water sampling and measurement
        6.2.4 Statistical analysis
    6.3 Results and discussion
        6.3.1 Physical and chemical parameters
        6.3.2 Cross-effect of HRT and CW system
        6.3.3 Impact of HLR on TP
        6.3.4 Impacl of HLR on NH4-N
        6.3.5 Impact of HLR on TN
        6.3.6 Effect of influent pollutant load on removal efficiency
    6.4 Conclusions
Chapter 7 Nitrogen Removal with Ecological Purificication and RestorationEngineering in the Polluted River
    內(nèi)容提要
    7.1 Introduction
    7.2 Materials and methods
        7.2.1 Description of pilot-scale project
        7.2.2 Design of pilot-scale project
        7.2.3 Technological process
    7.3 Water sampling and chemical analyses
    7.4 Statistical analysis
    7.5 Results and discussion
        7.5.1 N Removal along the Restored River
        7.5.2 N Removal at different engineering stages
    7.6 Conclusions
Chapter 8 Conclusions,Innovations and Prospects
    內(nèi)容提要
    8.1 Conclusions
    8.2 Innovations
    8.3 Prospects
        8.3.1 Enlarging the scope of application and strengthening the correlative mechanisms
        8.3.2 Pilot-scale test be carried out to discuss operation conditions on gradated matrix
        8.3.3 Combining the ecological purification and ecological restoration demands
References
致謝
博士學(xué)習(xí)期間撰寫(xiě)、發(fā)表論文及其它科研成果

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 雷明,李凌云;人工濕地土壤堵塞現(xiàn)象及機(jī)理探討[J];工業(yè)水處理;2004年10期

2 李黎武;人工濕地在帽峰山森林公園污水治理中的應(yīng)用[J];湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年01期

3 劉紅,劉學(xué)燕,歐陽(yáng)威,代明利,劉培斌;人工濕地植物系統(tǒng)優(yōu)化管理研究[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2004年05期

4 戴興春,徐亞同,謝冰;淺談人工濕地法在水污染控制中的應(yīng)用[J];上海化工;2004年10期

5 劉學(xué)燕,代明利,劉培斌;人工濕地在我國(guó)北方地區(qū)冬季應(yīng)用的研究[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2004年06期

6 李晶,于澤源,耿美云;人工濕地植物景觀營(yíng)造的研究[J];科技資訊;2005年24期

7 王平,周少奇;人工濕地研究進(jìn)展及應(yīng)用[J];生態(tài)科學(xué);2005年03期

8 肖玲,馬保軍,王利軍,張健;西安市人工濕地環(huán)境的初步研究[J];干旱區(qū)資源與環(huán)境;2005年06期

9 項(xiàng)學(xué)敏;唐皓;;人工濕地在我國(guó)城市生態(tài)建設(shè)中的應(yīng)用[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2005年06期

10 陳亮;盧少勇;陳新紅;;人工濕地的運(yùn)行和管理[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2005年S2期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 杜遠(yuǎn)達(dá);南四湖流域典型人工濕地植物資源化研究[D];山東大學(xué);2015年

2 王倩;人工濕地植物根系泌氧影響污染物去除的機(jī)制研究[D];山東大學(xué);2015年

3 孟盼盼;陶�；斯竦靥幚砩钗鬯靶滦吞樟５拈_(kāi)發(fā)研究[D];山東大學(xué);2015年

4 李東亞;工業(yè)聚集區(qū)面源污染特征及人工濕地控制機(jī)理研究[D];華南理工大學(xué);2015年

5 楊旭;微污染飲用水源人工濕地預(yù)處理效能與作用機(jī)理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

6 修春海;人工濕地預(yù)處理引黃水庫(kù)水的試驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 吳海明;人工濕地的碳氮磷循環(huán)過(guò)程及其環(huán)境效應(yīng)[D];山東大學(xué);2014年

8 司萬(wàn)童;人工濕地構(gòu)建及其對(duì)污染的黃河灌溉水處理效應(yīng)[D];蘭州大學(xué);2011年

9 肖海文;城市徑流特征與人工濕地處理技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2010年

10 陳明輝;人工濕地系統(tǒng)氯離子分布特征及其綜合生態(tài)效益研究[D];吉林大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 易皓;三種人工濕地處理污染河水效果研究[D];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

2 蘇春生;人工濕地在城市湖泊景觀水體水質(zhì)保障上的試驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2010年

3 孫文全;水耕蔬菜型人工濕地的應(yīng)用研究[D];東南大學(xué);2004年

4 楊志煥;亞熱帶人工濕地植物多樣性與人工濕地價(jià)值評(píng)價(jià)[D];浙江大學(xué);2006年

5 韋余廣;河道人工濕地的構(gòu)建研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2007年

6 劉凱;東營(yíng)市廣利河人工濕地設(shè)計(jì)研究[D];山東大學(xué);2012年

7 張怡;水路設(shè)置對(duì)人工濕地內(nèi)懸浮固體運(yùn)移的影響研究[D];東北師范大學(xué);2012年

8 楊洋;人工濕地去除污染河水有機(jī)物的研究[D];西安建筑科技大學(xué);2013年

9 馬剛;水培—復(fù)合人工濕地去除直鏈烷基苯磺酸鹽中試研究[D];西安建筑科技大學(xué);2013年

10 孫晶晶;虛擬數(shù)據(jù)在人工濕地模型建立過(guò)程中的理論方法與應(yīng)用研究[D];青島理工大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2842479