【摘 要】
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微塑料是近年来受到人们广泛关注的新型污染物,在海洋和内陆河流环境中普遍存在。人工湿地因具有去除效果可靠、管理简单、成本低廉的特点,被认为是污水深度处理和河道水质提升的较佳选择。研究不同类型人工湿地对水体中微塑料的去除效能和影响因素,有助于推动人工湿地处理技术在水环境微塑料控制领域的应用推广。为研究较大粒径多介质水平潜流人工湿地对水体中微塑料的影响规律,本研究以生长黄花鸢尾、千屈菜、美人蕉植物的水平
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微塑料是近年来受到人们广泛关注的新型污染物,在海洋和内陆河流环境中普遍存在。人工湿地因具有去除效果可靠、管理简单、成本低廉的特点,被认为是污水深度处理和河道水质提升的较佳选择。研究不同类型人工湿地对水体中微塑料的去除效能和影响因素,有助于推动人工湿地处理技术在水环境微塑料控制领域的应用推广。为研究较大粒径多介质水平潜流人工湿地对水体中微塑料的影响规律,本研究以生长黄花鸢尾、千屈菜、美人蕉植物的水平潜流湿地单元为研究对象,通过过滤、密度分离、消解并结合体视显微镜和傅里叶变换显微红外光谱仪分析的方法对湿地内的水样和沉积物中的微塑料进行了比较分析。通过研究实体湿地的进水、出水中微塑料的含量和尺寸特征,将不同植物对于水体中微塑料的去除效果进行了比较,探究了湿地对于不同尺寸的微塑料的去除规律。通过考察不同植物根系附近微塑料含量,比较了不同部位植物去除微塑料的差异性,分析总结了植物根系去除微塑料的机理。通过考察构建的实验室模型进水和出水中的微塑料含量和尺寸特征,探究了未种植条件下人工湿地去除微塑料的效率。通过考察湿地模型中不同粒径层和同一粒径层内不同部位的微塑料含量和尺寸分布特征,分析比较了不同粒径基质和同一粒径层不同部位对于微塑料的去除效果。结合实体湿地研究和实验室模型研究推理分析了水平潜流人工湿地对于微塑料的去除机理。主要研究结果如下:(1)所有多层介质水平潜流人工湿地单元对于水体中的微塑料具有明显的去除效果,但是去除效果因受到多种条件的影响容易发生波动,且相较于污水处理厂等对于微塑料的去除效果而言,多介质水平潜流人工湿地去除效果相对较低。人工湿地与其它污水处理技术相结合更有助于控制水体中的微塑料含量和实现水质净化目标。(2)黄花鸢尾、千屈菜、美人蕉湿地单元对于水体中微塑料去除效果依次为:千屈菜湿地单元>美人蕉湿地单元>黄花鸢尾湿地单元。黄花鸢尾湿地单元、千屈菜湿地单元、美人蕉湿地单元连续一周的去除效果检测中去除率在20%以上的占比分别为64.29%、92.86%、85.71%。须根型湿地植物千屈菜和美人蕉对于自然河流水体中的微塑料的去除效果明显强于根茎型湿地植物黄花鸢尾。(3)三种植物湿地单元出水中小于400μm尺寸的微塑料含量都有了不同程度的升高,400~800μm尺寸范围内的微塑料去除率基本在20~50%之间,而大于800μm的微塑料含去除率基本都达到50%以上。湿地模型出水中的400μm以下的微塑料含量也有所增加,400μm以上的微塑料尺寸去除率都保持在50%以上。大粒径水平潜流湿地单元对于较大尺寸的微塑料去除效果更佳。水流在不同粒径层间的水平和垂直流动导致水体中的微塑料与粗糙的填料发生不断的碰撞摩擦,可能加快了较大尺寸的微塑料的分解速度,导致出水中小尺寸的微塑料含量有了不同程度的升高。(4)黄花鸢尾、千屈菜、美人蕉湿地单元内植物根系微塑料含量沿水平水流的方向逐渐减小,且主要分布在湿地单元的前部。三种植物根系附近400μm以下尺寸的微塑料占比较少,主要为400μm以上尺寸的微塑料。较大尺寸微塑料更容易被植物根系截留在人工湿地内部。(5)湿地模型内部微塑料含量分布为:30~50mm层>50~80mm层>100~120mm层,微塑料主要吸附沉降在30~50mm粒径的基质内,且水平潜流湿地单元中微塑料去除截留效果与基质粒径大小成反比。同一介质层内微塑料含量分布规律为:前部>中部>后部,表明同层湿地单元内在前部区域更容易截留微塑料。相较于粒径为30~50mm和100~120mm的基质,50~80mm粒径的基质对于各个尺寸微塑料吸附去除效果更为均衡。(6)湿地植物根系的截留、基质生物膜的吸附、悬浮物的沉降和湿地部分生物的吞食在水体微塑料的去除过程中发挥了重要作用。
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