人工湿地对含盐废水中典型污染物净化效能的模拟研究

作     者：梁银秀 

作者单位：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) 

学位级别：硕士

导师姓名：祝惠

授予年度：2017年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：耐盐植物 营养盐 重金属 磺胺甲恶唑 盐分胁迫 人工湿地 

摘      要：随着经济的发展,大量工业、农业和生活废水未经合理有效的处理直接排入水体,造成水环境质量下降,引发水体污染。目前,水环境污染已经成为我国水资源面临的重大问题之一。在排放的水体中,含盐废水(指废水中含有大量的无机盐)成为不可忽视的一种污水类型,其来源广泛,包含的污染物种类多且成分复杂,会严重威胁水环境安全,打破水生、陆地和湿地生态系统平衡。因此,对含盐废水的处理刻不容缓。人工湿地具备高效能、低投资、适用范围广、景观美学等特点,可以作为有效处理含盐废水的一种潜在净化技术。因此本文以含盐废水为处理对象,开展人工湿地对典型污染物(氮、磷营养盐,Cu、Zn、Cd、Pb、Cr重金属,以及典型抗生素磺胺甲恶唑)净化效果的模拟实验。筛选出了适宜的耐盐湿地植物;分析了不同植物种类、污染负荷、盐分梯度、水体流向等因素对人工湿地净化能力的影响;比较了污染物单一存在和多种污染物共存时人工湿地的净化效果;揭示了盐分与污染物的相互作用对湿地植物吸收累积污染物的影响。本研究主要得出以下结论:(1)供试的6种湿地植物(芦苇、水葱、香根草、香蒲、美人蕉和黄花鸢尾)在不同梯度盐分胁迫下表现出不同的生理生态响应,综合盐分胁迫下供试植物的生长率、盐毒症状等,可判断芦苇、香根草、香蒲和美人蕉具有相对较强的耐盐能力,可以初步选中用于构建人工湿地处理含盐废水。筛选出的四种湿地植物的不同部位对Na和K的吸收积累能力不同,但是整棵植株的K/Na在盐分胁迫时,随盐分梯度的升高,均出现下降的现象。(2)栽种不同植物的人工湿地对磷、磺胺甲恶唑、以及5种重金属的去除效果均无显著性差异,但是种植美人蕉的人工湿地对氮素的去除效果要好于种植其他植物的人工湿地,综合考虑不同污染物的去除效果、植物生物量、环境因子胁迫下的中毒症状以及景观美学等,美人蕉被选作构建人工湿地的植物,用于处理分别或同时含有氮磷营养盐、重金属、磺胺甲恶唑的含盐废水。(3)当各类污染物共存时,栽种不同植物的人工湿地对混合污染物中的氮素、磺胺甲恶唑、重金属(除Pb外)的去除效果较污染物单一存在时均有所下降,原因可能是不同类型污染物之间的相互作用及产物对人工湿地系统自身的理化性质、微生物群落等产生了影响。(4)较高的盐分(EC=30 mS/cm)会通过影响微生物活性从而影响氮素和磺胺甲恶唑的去除效果,同时,磺胺甲恶唑在人工湿地中的光催化氧化过程也受盐分的影响,但是磷素和不同重金属(除Cd外)在人工湿地中的去除效果受盐分梯度的影响较小。(5)不同梯度盐分胁迫下湿地植物对污染物(营养盐和重金属)的吸收累积量会因污染物种类、形态、浓度的差异而有所不同,植物耐盐能力的强弱可通过调节或施加合适比例的氮磷来改善。(6)不同结构人工湿地对不同污染物的去除能力有所差别,对比本研究中不同结构人工湿地对含盐废水中营养盐、重金属、磺胺甲恶唑的去除效果,总体而言潜流人工湿地相对较好,其中水平潜流人工湿地与垂直潜流人工湿地的净化能力的强弱因污染物种类不同有所差异。