自由表面流--水平潜流复合人工湿地磷去除动力学分析

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1、中国肆耄斜学绚宪院学位论文学位论文作者指导教师姓名指导小组成员申请学位级别专业名称研究方向论文答辩日期张岩崔丽娟研究员张曼胤副研究员博士学位生态学湿地生态2014年6月DissertationfortheDegreewithsurfaceandsubsurfaceflowCandidate：Supervisor：AssociateSupervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：YanZhangLijuanCuiManyinZhangDoctorofScienceEcologyDateofDefence：20

2、14．6Degree--Conferring--Institution：ChineseAcademyofForestry独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得本研究生培养单位或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：莓仄名日期：>研厶年占月f岁日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国林业科学研究院

3、有关保留、使用学位论文的规定，中国林业科学研究院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国林业科学研究院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：歹叩扫年占月f岁日学位论文作者毕业联系方式工作单位：联系电话：电子邮件：通讯地址、邮编：嗽名导师签名：泸l咿6其摘要目前，河道、湖泊等天然水体的自净能力逐渐降低，大量未经处理的工农业及生活污水的过度排放导致水体富营养化严重。作为传统污水处理技术

4、的一种有效替代方案，人工湿地是在天然湿地基础上发展起来的污水处理技术，因具有投资少、耗能低、运行和维护简单等优点而被用于多种水体的净化过程。复合人工湿地通过整合不同类型人工湿地生态功能，充分发挥其功能特点，改善自然景观的同时能够更有效地去除污染物，且更具稳定性和耐冲击能力。目前针对人工湿地不同学者开展了理论和基础性研究，然而，污染物在人工湿地中的动力学过程尚未得到全面、细致的了解和掌握，人工湿地的设计和运行多基于经验数据，对长期运行效果缺乏准确可靠的预测方式，从而使得人工湿地的生态功能无法最大限度发挥，人工湿地技术的应用和发展受到局限。磷是水体富营养化

5、的主要限制因子，本研究针对间歇式进水自由表面流．水平潜流复合人工湿地，通过探究研究区复合人工湿地基质中磷的主要存在形态及分布规律，从污染物迁移规律出发，分析了复合人工湿地基质对磷的吸附／解吸特性；从水力学角度出发，通过示踪实验研究了水力停留时间及其分布特征，分析了复合人工湿地的水力效率；从反应器流动特性和污染物降解一级动力学模型角度研究了污染物降解规律，估算了适用于研究区间歇式进水复合人工湿地的一级动力学参数；以污染物迁移转化规律和STELLA动力学软件为基础，通过对水位、植被、悬浮颗粒物浓度变化进行模拟和整合，构建了磷去除的动力学过程模型，量化了磷在

6、复合人工湿地内的动力学过程。通过对表层(0--,10cm)和次表层(10～20cm)基质中不同形态磷的提取和测定，分析了磷在复合人工湿地中的形态分布特征，探究了不同形态磷与粒径和有机质之间的相关关系。结果表明：复合人工湿地基质中总磷含量为139．73～242．03mg／kg，各处理单元表层和次表层基质中总磷含量无显著差异(矿O．05)，分别为198．15士32．45mg／kg和160．44士15．62mg／kg，无机磷是基质中磷的主要存在形态，占总磷的71．83～97．28％，其中钙磷是无机磷的主要组成部分(65．17～98．71％)；基质粒径差异对钙

7、磷的含量影响不大，可吸附态磷和有机磷在粒径小于29m的基质中的含量较大，铁磷、有机磷和有机质之间存在较强的正相关性，钙磷、可吸附态磷和有机质之间呈负相关性。通过室内静态实验，以复合人工湿地基质为研究对象，对磷在基质．上覆水界面的动力学过程进行了模拟，分析了基质对磷的吸附／解吸特性。结果表明：基质对磷存在净吸附过程，吸附平衡浓度为4．23士1．77～22．52土2．71mg／L；各处理单元基质对磷存在化学吸附作用，且在吸附反应开始后的20min内吸附速率最快，并在24h内逐渐达到动态平衡状态，继续延长水力停留时间不会增加吸附量；各处理单元基质对磷具有较强

8、的吸附能力(舡250．23--403．28L／mg)，最大吸附量为286．82-604．63m