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水生植物浮床是富营养化水体水质净化的重要生态工程技术之一,具有直接充分利用水面而无需占用土地、造价低廉且运行管理容易等优点,已经得到了较为广泛的研究与应用。但普通生物浮床仅种植水生植物,生物要素单一,有限的生物量也制约了水质净化效能的进一步提高。为提高植物浮床的水质净化功能,本研究构建了一种由水生植物单元、水生动物单元及人工介质单元(微生物单元)组成的组合生态浮床,通过健全浮床生态系统,强化生物间协同作用,以期达到提高其水质净化效果的目的。本研究以富营养化湖泊水体为研究对象,考察组合生态浮床对水质改善效果,并研究了组合生态浮床中3种生物单元对水质的净化效能和协同作用,探讨组合生态浮床水质净化机制。通过试验得到了以下的结论:
研究了夏秋季节两个试验阶段,在水体交换时间分别为5d、7d的条件下植物浮床和组合生态浮床(水生植物+水生动物+人工介质)对水质的净化效果。研究结果表明,组合型生态浮床在夏、秋季节对TN、NH4+-N、TP、CODMn、Chl-α口的去除效率均明显高于植物浮床,合理的浮床生物配置可显著提高浮床水质净化效果;秋季阶段两浮床系统对污染物的去除效率较夏季阶段呈降低趋势,秋季水体交换时间的延长不能弥补温度的降低对浮床去除效果的影响,但组合生态浮床对氮、磷等污染物的去除率仍明显高于植物浮床,组合生态浮床在一定程度上可改善植物浮床秋季污染物去除率降低的缺点。
研究了4种不同生物配置的组合浮床(浮床A:水生植物+水生动物,浮床B:水生植物+人工介质,浮床C:水生动物+人工介质,浮床D:水生植物+水生动物+人工介质)的氮、磷、有机物及藻类的去除效果,定量分析了组合生态浮床中水生植物单元、水生动物单元及人工介质单元(微生物单元)对污染物的去除率和机制,特别是对氮、磷的净化机理。结果表明:人工介质单元对TN、NH4+-N、TP去除的贡献率分别为48.5%、55.1%和46.7%,是组合生态浮床氮、磷净化的主体;水生植物单元对TN、TP的去除贡献率为22.2%和29.7%,其中空心菜吸收作用占水生植物单元对氮、磷去除量的58.5%和86.3%,可见,在组合型生态浮床中水生植物的吸收作用是水生植物单元去除氮、磷的重要途径。水生动物单元对TN、TP的去除贡献率为29.0%和23.6%,其中三角帆蚌的吸收作用占水生动物单元对氮、磷去除量的32.6%和14.1%,表明同化吸收作用并非是水生动物单元对TN、TP的主要去处途径。水生动物对氮、磷的吸收量小于水生植物,然而水生动物单元对TN的去除率(8.6%)高于水生植物单元(6.5%),对TP的去除率(9.2%)和水生植物单元(11.7%)相差不多,且水生动物单元对颗粒性氮(PN)和Chl-α的去除贡献率分别为44.1%和79.1%,表明水生动物单元三角帆蚌对氮的去除作用是通过滤食藻类等颗粒性氮、磷产生的,此外,水生动物单元对组合生态浮床氮、磷去除的促进作用主要表现在通过三角帆蚌的滤食、代谢作用提高了有机氮磷的无机化水平从而促进了微生物的硝化与反硝化作用及植物对氮、磷的吸收,强化了组合生态浮床对氮、磷的去除。
考察浮床B、C、D中人工介质上微生物富集特性,结果表明生物配置对介质上生物量和总细菌密度影响不大;水生动物对微生物TIC-脱氢酶活性和硝化细菌富集的影响较水生植物大,滤食性贝类三角帆蚌通过对藻类等颗粒性氮、磷的滤食及消化作用促进了有机物、氮磷的可溶化及无机化,提高了人工介质上微生物TTC-脱氢酶活性,促进了人工介质硝化细菌的增长,强化生态浮床中人工介质对污染物的净化效果。
综上所述,通过在植物浮床中引入水生动物和人工介质(微生物)单元的组合型生态浮床,能显著强化传统植物浮床的净水效果,其是改善富营养化水体的有效方法之一。