人工濕地的碳氮磷循環(huán)過程及其環(huán)境效應(yīng).pdf

1、發(fā)展中地區(qū)普遍存在流域水環(huán)境污染和水生態(tài)失衡的問題。人工濕地具有處理效果穩(wěn)定、投資低、管理方便和美化環(huán)境等優(yōu)點，在發(fā)展中地區(qū)流域污染治理中具有突出的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。因此，積極開展人工濕地深度凈化污染河水的碳氮磷循環(huán)過程及其環(huán)境效應(yīng)研究對人工濕地工程設(shè)計、運營管理及推廣應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文基于人工濕地小試系統(tǒng)，評價了人工濕地凈化污染河水的長期運行效果，解析了污染物的降解運移特征;系統(tǒng)研究了人工濕地關(guān)鍵組成要素

2、在去污過程中的作用和影響;采用靜態(tài)箱-氣相色譜法評價了人工濕地中溫室氣體釋放特征及關(guān)鍵影響因素;通過建立人工濕地物質(zhì)循環(huán)模型，明確了人工濕地中污染物的流向及歸趨途徑;基于規(guī)?；斯竦毓こ痰脑槐O(jiān)測，綜合評價了規(guī)?；斯竦毓こ痰沫h(huán)境效應(yīng)。取得主要研究結(jié)論如下:
　　(1)人工濕地具有較好的長期水質(zhì)凈化效果，且具有明顯的年際、季節(jié)變化特征。人工濕地出水COD、NH4+-N濃度滿足國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)

3、Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，平均去除率分別65.63％～76.69％和83.61％～94.43％;TN、TP平均去除率分別44.78％～82.77％和36.65％～70.77％。人工濕地中COD降解最快，其次是NH4+-N和TN，TP最慢，其去除速率常數(shù)分別為0.39d-1、0.26d-1、0.11d-1和0.01d-1。人工濕地中有機物的去除過程主要在濕地基質(zhì)-水界面層和表層水體的中前部;氮污染物在濕地基質(zhì)-水界面和表層水體中的降解緩慢，主要在基質(zhì)層根

4、區(qū)得到生物轉(zhuǎn)化和吸收;而磷的去除主要在系統(tǒng)基質(zhì)層的前部。
　　(2)隨著濕地系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，植物生長逐步趨于穩(wěn)定，植物每年最大生物量為0.46～2.59kg/m2。植物泌氧能力為0.24～0.36mgO2/gFW/d和126.67～297.78mgO2/m2/d，發(fā)芽期、拔節(jié)生長期、成熟期及休眠期的泌氧速率大于其它生長期。植物有機物分泌能力為0.18～0.52mgTOC/gFW/d和120.48～431.31mgTOC/m2/d，

5、生長旺盛期有機物分泌速率最大，休眠期最小。植物碳、氮、磷凈累積量分別為151.52～878.29g/m2、9.22～42.51g/m2和1.89～4.29g/m2。不同濕地系統(tǒng)基質(zhì)碳、氮、磷凈累積量分別為23.88～37.81g/m2、10.94～14.13g/m2和3.98～4.17g/m2。植物收割對植物生長和水質(zhì)凈化效果有一定影響，宜在枯萎期（11、12月份）進行植物收割。
　　(3)人工濕地總體上表現(xiàn)為大氣N2O和CH4的

6、排放源，大氣CO2的吸收匯。人工濕地N2O、CH4和CO2平均通量分別為215.39～514.3μg/m2/h、2.17～145.23μg/m2/h和-592.83～553.91mg/m2/h，夏季平均交換通量大于其季節(jié)。N2O釋放通量高于旱作農(nóng)田、草原和天然濕地，接近于水田生態(tài)系統(tǒng);CH4釋放通量高于稻田，接近于森林，遠小于天然沼澤濕地和水庫。植物促進濕地系統(tǒng)N2O和CH4的釋放，減弱了濕地系統(tǒng)CO2的釋放。隨著進水濃度的增加，N2O

7、、CH4和CO2的平均釋放通量逐漸升高，但在過高的進水濃度條件下N2O釋放降低。合理調(diào)蓄濕地進水和分區(qū)域適時收割植物是人工濕地溫室氣體釋放的有效減排策略。
　　(4)人工濕地系統(tǒng)中有機物去除的主要途徑是生物好氧分解代謝，其次是基質(zhì)蓄積作用，CH4釋放的貢獻不大;脫氮的主要途徑是微生物生物硝化反硝化作用，其次是植物吸收作用和基質(zhì)蓄積作用，氨揮發(fā)作用的貢獻較小;除磷的主要途徑是基質(zhì)填料的蓄積作用，其次是植物吸收作用。應(yīng)用表面流人工濕地

8、系統(tǒng)凈化模擬污染河水時，生物呼吸作用釋放CO2約占進水碳負荷的46.78～54.01％，基質(zhì)蓄積約占10.15～16.08％;植物吸收積累的氮約占進水氮負荷的5.44～25.07％，基質(zhì)蓄積約占6.45～8.32％，微生物硝化反硝化作用釋放的N2O約占1.1～2.63％，而以系統(tǒng)微生物硝化/反硝化作用釋放NO、N2的形式釋放及其他流失方式輸出的氮達35.89～48.92％;基質(zhì)蓄積的磷約占28.27～33.92％，植物吸收積累的磷約占1