生物浮床技术在水源水预处理的应用研究.docx

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生物浮床技术在水源水预处理的应用研究

目录

摘要III

ABSTRACTV

第一章绪论1

1.1水体富营养化的形成原因1

1.2水体富营养化影响3

1.3水体富营养化的治理5

1.3.1物理方法控制技术5

1.3.2化学方法控制技术5

1.3.3生物方法——生物浮床技术6

1.4国内生物浮床的结构7

1.5国内生物浮床设计机理7

1.6生物浮床技术提升水质的原理8

1.7水生植物选择的原则9

1.8水生植物的选择以及种植介质9

1.9研究水源地--玉清湖水库概况11

第二章材料与方法14

2.1玉清湖水库生物浮床结构与材料概况14

2.2生物浮床现场安装方法16

2.3生物浮床育苗作业18

2.4玉清湖水库试验材料19

2.5试验方法以及采样点的选取19

第三章结果与讨论21

3.1库区水质概况简介21

3.2结果分析22

3.2.1溶解氧测试结果与温度的关系22

3.2.2pH值测试结果与水生植物的关系24

3.3.3总氮的去除与水生植物的关系25

3.4讨论29

第四章结论与展望33

4.1结论33

4.2展望34

参考文献35

致谢37

摘要

在国内，生物浮床技术是利用生物方法进行的一项水体净化、水质提升技术，多用于污水处理中，该方法较传统的物理法，化学法相比，具备零风险和零污染的优势。

生物浮床是将浮床床体安置在水面，利用种在上面的水生植物直接对水体的营养物质进行吸收，并且植物的收割管理便利，造价低等优点，具备良好的运用前景。

在本篇应用研究中，我们研究的是济南市玉清湖水库的生物浮床水质提升技术，玉清湖水库是国家一级水源地，济南市重要的饮用水水库，约向三分之二济南人供水，但是近来玉清湖水库出现了总氮超标的现象，这是这个项目的背景。

（根据采样数据：

2014.4.22玉清湖水库2号泵站采样点总氮高达5.91）。

一旦爆发蓝藻等毒藻，这将会严重危害全市人民饮水安全，所以利用无二次污染的生物浮床技术将水质提升迫在眉睫。

该工程用大约2个月的时间进行了生物浮床的安装，水生植物的探究试验。

在本文中，我们主要选取并探究芦苇，空心莲子草和香蒲对于水源水中总氮的去除效率和去除量。

因为在玉清湖水库中，各项指标还都是在规定范围内的，也就是说水质较好。

本文主要内容是：

1、生物浮床材料安装与方法；2、三种不同种植物的水质改善效果，包括去除率和去除量；3、所种植水生植物对于各影响因素的适应性；4、此次生物浮床技术的结论

生物浮床分为干式和湿式浮床两种，本项目采用植物根系直接吸收水源水中的氮磷营养物质和少许污染物等来改善水质的湿式浮床方法。

浮床采用柔性结构，不采用框架结构，完全利用浮球成串以及中间的骨架作为组成的浮体，以保证水生植物与土壤及浮床自身可以漂浮在水面上。

浮床安装采用在玉清湖水库隔坝东侧迎水坡0+400至0+800处打锚固桩固定，柔性绳，钢丝绳并列将锚固桩与浮床连接。

根据我国现有的生物浮床水生植物所选原则，根据济南市玉清湖水库的地理位置及当地全年气候表征，以及植物与土壤的就地取材等几方面因素，我们在浮床上种植芦苇、空心莲子草、香蒲三种植物来研究。

经过单独把植物幼苗放在土壤中栽种在水库水源水中以及水库截渗沟内30天时，发现芦苇，空心莲子草，香蒲三种植物均对水源水中的富营养化物质有一定的去除率。

以隔坝0+400处试验点为例，对于总氮，芦苇，空心莲子草，香蒲的去除率分别为78.30%、60.75%、76.10%。

结果表明，浓度越高的前期受试水体，去除效率越大，相反的到了处理后期的水体中，植物的去除速率减缓，也就是出现负指数幂的图像，济南市玉清湖水库属于国家一级水源地饮用水水库，水质清澈，透明度高。

对于轻度富营养化的水源水体如玉清湖水库，芦苇和香蒲的总氮去除率比较高，由于总磷、氨氮，COD含量很低，所以芦苇、空心莲子草和香蒲的去除率比较低，可以忽略不计。

综上所述，主要面临总氮超标的水源水体，主要考虑种植芦苇等植物即可，不用考虑总磷与氨氮等去除。

尽管玉清湖有可能爆发水华等藻类危害，但是由于氮磷比数值很大，在100以上，所以只有较小的爆发可能，并且植物对于总氮去除的同时也对总磷有一定的去除作用。

因此，种植这三种植物是可以控制轻度富营养化的水源水体的。

在水生植物栽培的过程中，季节和温度的影响因素是影响很大的。

在三月中旬植物育苗，栽培的过程中，主要影响植物正常生长的因素是温度，处于乍暖还寒的济南三四月份，月平均最高气温只有13摄氏度，19摄氏度左右，植物生长尤其是根系的生长速率很慢。

根据藻类的最易生长温度大概是25摄氏度左右，所以在夏天治理这种轻度富营养化水源水体是最合理的，同时最大程度抑制蓝藻等毒藻类爆发。

关键词：

富营养化；生物浮床；芦苇；空心莲子草；香蒲；藻类

Applicationofbiologicalfloatingbedtechnology

insourcewaterpretreatment

ABSTRACT

InChina,thebiologicalfloatingbedtechnologyistheuseofabiologicalmethodofwaterpurification,waterliftingtechnique,usedforwastewatertreatment,ascomparedtothemoretraditionalmethodofphysical,chemical,havetheadvantageofzeroriskandzeropollution.Floatingbedisabedplacedinthewater,theuseoftheabovetypesofaquaticplantnutrientsdirectlytothewaterbodytoabsorb,andtofacilitateharvestmanagementofplants,lowcost,withgoodprospectsforuse.Inthisapplicationstudy,weinvestigatedthebiologicalfloatingbedwaterqualityinJinanCityYuqingLakeReservoirtoupgradetechnology,Yuqinglakereservoirwateratthenationallevel,itisimportantJinanCitydrinkingwaterreservoir,abouttwo-thirdstoJinanhumanwatersupply,butrecentlytherehasbeenYuqingLakeReservoirTNexcessivephenomenon,whichisthebackgroundofthisproject.（Accordingtosamplingdata:

2014.4.22YuqingLakeReservoironthe2ndpumpingstationTNsamplingpointsupto5.91）.Oncetheoutbreakofcyanobacteriatoxicalgae,whichwouldseriouslyjeopardizethecity'speoplesafedrinkingwater,sonosecondarypollutionusebiologicalfloatingbedtechnologywillenhancewaterqualityisimminent.Theprojectwithabouttwomonthstimefortheinstallationoffloatingraftstoresearchexperimentofaquaticplants.

Inthispaper,wemainlychooseandexplorethereeds,grassesandcattailsAlligatorinsourcewaterfortotalnitrogenremovalefficiencyandremoval.BecauseinYuqingLakeReservoir,andtheindicatorsarestillwithinthespecifiedrange,thatwaterqualityisgood.Themaincontentsare:

1,biologicalfloatingbedinstallationmaterialandmethods;2,threedifferentspeciesofplantstoimprovewaterqualityeffects,includingremovalandremoval;3,theaquaticplantadaptabilitytovariousfactorsplanting;4,thisconclusionsofthefloatingraftsTechnology.

Biologicalfloatingbedisdividedintotwokindsofdryandwetbedfloat,thisprojectusesdirectabsorptionbyplantrootstoimprovethequalityofwaterwetfloatingbedprocessnutrientsnitrogenandphosphorusinwaterandalittlepollutants.Floatingbedadoptaflexiblestructure,withouttheuseofframestructure,takefulladvantageofthefloatclustersandmiddleskeletonasafloatingbodyformedtoensuresoilandaquaticplantsandfloatingbeditselfcanfloatonthewater.FloatingbedinstallationpartitionusesinYuqingLakeReservoirDameastsideofRiversideSlope0+400-0+800dozenanchorpilefixed,flexiblerope,wireropetiedtotheanchorpilesandfloatingbedsconnection.

Accordingtotheexistingfloatingraftsprincipleofaquaticplantsselected,accordingtogeographicallocationandlocalclimatethroughouttheyearinJinanCityYuqingLakeReservoirCharacterization,andmakethebestofseveralplantsandsoilfactors,weplantedonthefloatingreedbed,alligatoralternanthera,cattailthreeplantspeciesstudied.Individuallytoplantseedlingsplantedinthesoilat30daysinsourcewaterreservoirsandreservoirseepagecutofftrench,wediscoveredreed,alligatoralternanthera,cattailthreeplantsareonthenourishingsubstancesinwatersourceshavesomeremoval.Ineveryotherdam0+400testpoints,forexample,asforTN,reed,alligatoralternanthera,cattailremovalwere78.30%,60.75%,76.10%.Theresultsshowedthatthehighertheconcentrationofthepre-testthewater,thegreaterremovalefficiency,contrarytothelaterstageofwaterremovalrateofplantsslowdown,whichisanegativeexponentialpoweroftheimageappears,JinanCityYuqingLakeReservoirbelongingtotheStateareservoirofdrinkingwatersources,thewaterisclear,transparent.FormildeutrophicationofwaterbodyofwatersuchasYuqingLakeReservoir,TNremovalreedsandcattailsisrelativelyhigh,duetothetotalphosphorus,ammonia,CODcontentisverylow,solowreeds,alligatoralternantheraandcattailsalligatorremoval,negligible.Insummary,themainsourceofwaterfacedTNexcessivewater,themainconsiderationplantingreedsandotherplantscanbe,withoutconsiderationsoftotalphosphorusandammoniaremoval.AlthoughLakeYuqingpossibleoutbreakofalgaebloomsandotherhazards,butbecausealotofnitrogenandphosphorusratiovalue,at100,soonlyasmalloutbreakofthepossible,andfortotalnitrogenremovalplantalsohassomeoftheremovaloftotalphosphoruseffect.Therefore,thesethreeplantscanbeplantedtocontrolwatereutrophicwaterbodies.

Inthecourseofthecultivationofaquaticplants,theimpactofseasonalfactorsandthetemperatureisgreatlyaffected.Duringmid-Marchofplantbreeding,cultivation,themainfactorsaffectthenormalgrowthofplantsisthetemperatureinJinanturnswarmagaininMarchandApril,thehighestmonthlyaveragetemperatureisonly13degrees,about19degreesCelsius,theplantgrowth,especiallyrootThegrowthrateisveryslow.Accordingtothemostvulnerablealgaegrowthtemperatureisprobablyaround25degreesCelsius,sointhesummerofthiseutrophicwatergovernanceWateristhemostreasonable,whilemaximizingRestraintandothertoxicalgaeoutbreak.

Keywords:

eutrophication,；floatingbeds；reed；alligatoralternanthera；cattail；algae

第一章绪论

1.1水体富营养化的形成原因

在人类的进化史中，水元素扮演了一个无比重要的角色，是人类生命必不可少的无机元素之一。

自古以来，人类聚落依水而建，依河而建，古中国古印度等都是在著名的河流流域成立并延续至今。

在地球上，地表被71%的海水覆盖，我国淡水总量跟其他国家而言相比比较丰富，但是我国人口众多，人均淡水占有量非常少，再加上淡水湖泊中藻类爆发严重污染着水体，导致水资源短缺的问题更是迫在眉睫，现如今，如何更好地控制藻类不在水体中大量繁殖，并使水体一天天恢复原有面貌是现在水环境治理的重中之重，让全国人民喝上健康洁净的水是当今的热点问题。

当前，水体富营养化是当今世界非常重要突出的环境方面的问题[1]。

河流，湖泊，水库是地球上非常重要的组成部分，为世界上的人口发展提供了重要的淡水资源保证。

我国的河流湖泊中，水体污染严重，水体自净能力已严重下降，这样的环境，已不适合各类生物的生存集聚，这样的水质已严重阻碍者人类社会生产进步，对生活造成了巨大的影响，因而我国进行水体污染的修复也是当前最迫切亟待解决的问题之一。

按照水库湖泊的自然发展趋势，水中营养盐分需要一个自然累积的过程，而依据分类，水源水体的营养化程度一般为中营养化或者贫营养化，在富营养化的水体中，大多数湖泊河流等均有蓝藻等有毒藻类的爆发，但是这些水体大多属于自然水体，并非水源水体直接供给城市居民使用的水体。

现如今在饮用水水源的水源水体中，有的也慢慢处于营养盐如氮磷等元素的慢慢累积过程，比如说在本篇研究中，济南市玉清湖水库便是由于上游黄河水来水水质不好而导致的氮元素富集超标，虽然比起那些富营养化水体，氮含量不是太高，但是也存在爆发蓝藻的可能，如果放任其自由发展，最终也会变成富营养化水体，并危害着济南市三分之二人口的正常饮水问题，加重了水资源不足的矛盾[2]。

所以，十分有必要开展水源水体的营养化物质的控制。

这是十分必要的也是意义重大的举措。

我国湖泊，水库等资源对人们的生产生活，旅游，农业发展等有着至关重要的影响，但是当今社会，人们对于经济的发展过于重视而忽略了环境方面的科学保护，致使水体出现了水体富营养化，水位下降，盐碱地等许多环境问题，其中这个水体富营养化最为严重，危害是导致水中的氮元素超标，可导致藻类大量繁殖，占据水中的溶解氧减少，使其他生物不能正常生存。

水体富营养化的表征特点是，藻类植物大量繁殖，总氮总磷大量流入水体中使水体被污染，破坏了生物群落以及生物多样性。

氮磷元素的流入水中包括了自然流入和人为加入，有线性加入也有点扩散方式，来源方式的多样性致使我们在处理控制起来有着不可估量的难度，富营养化的防治成为了棘手也昂贵的当今问题。

富营养化问题是当今水库，湖泊面临的最主要问题，这么多年来，人们一直在努力探索究竟该如何治理水体中的富营养化，在寻找途径。

富营养化是人类活动影响下，被生物所利用的氮磷元素的营养物质的富集，使藻类和一些浮游生物的大量繁殖，致使水中溶解氧含量大幅度下降，水中的鱼及其他生物大量死亡导致水中环境急剧恶化[3]。

在自然作用下，水体富营养化这个过程是湖泊等生长，发育，老化消亡的必然经过的过程，但是现如今的工业化迅速发展，人为的使氮磷元素加入到水体中，这使得加速了营养盐的富集过程，短期内就造成了湖泊中的富营养状态。

大量浮游生物的繁殖所造成的“水华”现象是该富营养化的主要表现之一，水华就是指在静水中拥有大量的氮磷等营养物质，在夏季温度升高后，水体的颜色会因藻类大量繁殖而会变成绿色的现象[14][15]。

富营养化水体的判断和评价标准见表1。

表1富营养化分级

营养状态

TN/（毫克每立方米）

TP/（毫克每立方米）

贫营养化

小于350

小于10

中营养化

350-650

10-30

富营养化

650-1200

30-100

重富营养化

大于1200

大于100

李素英等生态学家和环境方面专家认为，根据水中营养盐的浓度，根据生物学，化学，物理学等多方面指标来客观的把水体分成几种状态，也就是被划分为贫营养，中营养，富营养和重富营养的状态。

一般来说贫营养和富营养在水体透明度，溶解氧，营养盐浓度，COD等方面有较大差距，富营养化水体营养盐分极度超标，溶解氧含量低。

随着营养物质，如氮磷营养盐在水中的累积，如不及时清理，水体生产力会由于营养盐浓度增高而向高生产力过度。

此时水体，尤其是水库水体，如不及时治理，必定会积聚成富营养化，最终走向消亡[4][5]。

现济南市玉清湖水库处于贫营养化阶段，水体清澈，透明度较高，溶解氧含量较高，只有轻微总氮超标，现如今便是由贫营养化向富营养化的一个自由过渡过程，如不及时治理，必定会演变成水库富营养化，这便是进行水源水预处理研究的意义所在。

1.2水体富营养化影响

水体富营养化会导致水系统，自然生态系统的失衡，破坏了生物群落，动物栖息地，这造成了水生态环境的极度恶化。

现已成为水库的主要面对的问题了与此同时，这严重阻碍了社会的和谐进步和经济的又好又快发展，最主要的是遏制了水库资源的宝贵利用性。

最近这几年来，国家政策对于水环境保护方面高度重视。

以下分门别类介绍一下具体危害：

1、水质污染：

在污染水体中，主要是水体中营养盐分十分过剩，氮磷元素富集很多，氮磷比数值很低，一般在15以下，就会导致藻类植物，浮游生物疯狂繁殖增长，造成出现“水华”现象的出现。

诸如蓝藻，该类藻都是在富营养湖中形成的，人们原先假设都是蓝藻的生长需要高浓度磷，即使是蓝藻生长在磷溶解度最低的湖中。

但试验性数据显示，蓝藻对于氮磷的需求比其他进行的光合作用的生物更高。

氮与磷的低浓度比对蓝藻水华发展是有利的，所以在磷浓度高的水域水体中，水华爆发的可能性才大。

而且大多数藻类在25摄氏度的生长率最高。

所以它们在夏季的适合水体中经常出现。

反言之，在夏天控制氮磷，有利于遏制水华现象的出现，也就是说这是控制藻类爆发的最重要时