摘要
生态浮床是富营养化景观水体水质净化的重要方式，但传统生态浮床对氮磷营养盐、藻类及有机物的净化能力和效率有限。因此，本研究通过过氧化钙和海绵铁共同悬挂以期强化生态浮床对于营养盐、藻密度和有机物的去除。研究首先通过实验室模拟试验，优化过氧化钙和海绵铁的最佳质量配比，并在此基础上探究其对模拟景观水中氮的转化机制。然后，通过悬挂过氧化钙和海绵铁的功能浮床对中试规模的模拟景观水体进行水质净化，探究功能浮床系统对水体中氮磷营养盐的归趋和底泥性质的影响。本研究获得的主要试验结果和结论如下： 1）过氧化钙溶于水的主要产物为氧气、钙离子和过氧化氢；海绵铁溶于水的主要产物为Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)。过氧化钙和海绵铁组合悬挂能使景观水中磷和藻密度的去除率达85.91%和83.75%，而且可有效降低水中类富里酸浓度，同时能实现对沉积物中磷的固定。通过模拟试验优化，获得过氧化钙和海绵铁的最佳质量配比为1∶8；发现组合填料对磷的去除主要依靠过氧化钙对磷的沉淀以及海绵铁对磷的吸附。此外，过氧化钙溶解产生的H2O2在海绵铁溶出的Fe(Ⅱ)催化下可产生强氧化性的OH?，OH?无差别氧化则是水中藻密度和有机物浓度下降的主要原因。 2）过氧化钙溶于水生成的氧气，能提升表层沉积物氨单加氧酶（AMO）、羟胺氧化酶（HAO）和亚硝酸盐氧化酶（NOR）活性来增强其氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性，促进氨氧化和亚硝酸盐氧化过程的进行，从而加快上覆水NH4+-N的去除。海绵铁则通过提高表层沉积物硝酸盐还原酶（NR）和亚硝酸盐还原酶（NIR）活性来增强其反硝化细菌（DNB）活性，诱导体系中的微生物进行反硝化作用，加速体系中的脱氮作用，且过氧化钙与海绵铁对反硝化表现为协同作用。同时，过氧化钙生成的过氧化氢能有效降解水中的有机氮，并且海绵铁溶出的Fe(Ⅱ)能与过氧化钙溶出的过氧化氢发生类Fenton反应，生成羟基自由基加剧有机氮的降解。 3）过氧化钙和海绵铁的组合悬挂能提高生态浮床对再生水补给景观水体水质的净化效率。其中对TN、NH4+-N、NO3--N、TP、PO43--P、COD和藻密度的去除率可达59.8%、52.4%、54.72%、89.09%、93.94%、44.33%和66.41%。功能浮床可将水体中的营养水平维持在中营养水平（叶绿素a≤10μg/L），有效避免水体富营养化的发生。同时，功能浮床能显著降低水中类腐殖质的浓度，消除植物衰亡引起的二次污染风险。 4）植物吸收是水体氮磷营养盐的主要去除途径，其对体系中氮的去除可达11.58%，对磷的去除可达16.07%。在功能浮床植物的选择上，优先选择千屈菜和铜钱草，能使植物吸收作用最大化。同时，功能浮床中填料的悬挂能使植物根系微生物群落更为稳定，并能显著增加根系微生物的异养反作用，特别是海绵铁能诱导的根系自养和异养反硝化相关菌群丰度提高。此外，功能浮床体系内的营养盐主要归趋于沉积物中，而海绵铁和过氧化钙的悬挂能改变沉积物中N、P各形态的占比，使其更趋于稳定。最后，功能浮床中海绵铁在试验结束时所吸附的N、P分别占体系内TN和TP的2.43%和3.04%。
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