摘要
随着珠江三角洲经济的快速发展和人口的持续增长，生活污水和工业废水的排放造成了严重的环境污染，使大多数河涌呈现季节性或常年性的黑臭现象，黑臭的河涌不仅破坏了河流、湖泊和池塘等水域的生态系统，而且还对周围居民的身心健康构成了极大的危害，这是一个亟待解决的环境问题。因此，查明影响珠江三角洲水质的主要污染因素以及污染来源，构建立体化的污染物分布特征体系，对于有计划地制定污染源治理方案和综合防治措施具有重要的指导意义。近年来，用于净化污水的生态浮岛已成为黑臭水体处理的关键技术。本文针对珠三角典型河涌水质特征搭建生态浮床耦合体系，前期通过模拟实验来探究水生植物、覆盖率、无机基质和有机填料的最佳运行参数，后期采用实际黑臭水体验证生态浮岛耦合体系的水质净化效果，并结合微生物群落结构揭示各体系之间的协同机理。具体研究结果如下： （1）通过实地调研珠江三角洲的15条典型河涌，对8个水质指标进行了监测，结果表明，典型河涌污染物的单项污染指数超标顺序为：TN＞NH3-N＞COD＞铁＞TP＞DO＞锰＞硫化物，其中TN值均高于Ⅴ类水质标准，NH3-N污染程度次之；在监测的15条河涌中有11条为劣Ⅴ类水体，其中有5条河涌综合水质类别为黑臭水体，且综合标识评价方法可以对河涌进行综合水质类别的判断和定性评价；第一主成分为COD和NH3-N，占总方差的33.88%，污染源来自于人类活动，第二主成分为硫化物和锰，DO和TN在第三主成分上有较大的荷载值，表明营养盐污染物在该主成分上的污染比较严重。珠江三角洲典型河涌呈现较明显的水体垂直分层现象：DO随着水体的不断加深逐渐降低，而COD、NH3-N、TN、TP、硫化物、铁和锰在中下层水体的含量要明显高于表层。 （2）根据珠江三角洲典型河涌水质特征，本研究选取了美人蕉、鸢尾、千屈菜、菖蒲、旱伞草、铜钱草、苦草、狐尾藻和黑藻这9种植物作为浮岛供试植物进行室内模拟实验。各植物生态浮岛对水体中的氮磷营养物质去除效果显著，对9种水生植物在各污染物的综合净化能力由强到弱进行排名，依次为：鸢尾＞旱伞草＞菖蒲＞狐尾藻＞美人蕉＞千屈菜＞铜钱草＞黑藻＞苦草。植物的吸收同化是植物修复去除氮磷的重要途径。鸢尾对TN和TP的植物同化比去除率最高，分别为26.47mg/(kg·d)和2.38mg/(kg·d)。菖蒲和旱伞草对TN吸收同化量较高，分别为106.45mg、96.47mg。 （3）搭建混合型植物（旱伞草+鸢尾+菖蒲）生态浮岛，进一步确定最佳参数，结果表明，最佳的植物覆盖率为20%，最佳的基质配比为陶粒∶火山石=1∶1，弹性立体悬浮填料更有利于脱氮除磷。20%植物覆盖率去除效果高于10%和30%，对COD、TN、NH3-N和TP的去除率分别为83.52%、71.21%、96.88%和84.22%；植物+无机基质浮岛体系中陶粒∶火山石=1∶1的去除效果优于陶粒∶火山石=1∶2、2∶1、1∶3和3∶1，对污染物COD、TN、NH3-N和TP的去除率分别为91.42%、75.12%、96.52%和92.03%；植物+有机填料耦合体系中弹性立体填料对污染物的去除效果高于组合和辫带式绳型填料，运行结束后，COD、TN、NH3-N和TP的浓度值稳定在12mg/L、1.05mg/L、0.33mg/L和0.12mg/L左右。 （4）比较了传统生态浮岛“覆盖率20%+陶粒∶火山石=1∶1”的体系T1与新型生态浮岛“覆盖率20%+陶粒∶火山石=1∶1+弹性立体填料”的耦合体系T2的净化效果，30d运行结束后，T2耦合体系相对于传统浮岛，其COD、TP、NH3-N和TN的去除率分别提高了20.01%、10.25%、20.22%和17.21%。T2优势菌群比传统浮岛的丰富度要高，8种优势菌门分别为Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi、Planctomycetes、Firmicutes、Saccharibacteria和Acidobacteria，其中Proteobacteria占总比的51.45%；优势菌属为Pseudomonas、Diaphorobacter和Flavobacterium都属于Proteobacteria菌门。植物、无机基质和填料可以使好氧、厌氧以及兼性厌氧菌共存，从而丰富了微生物种群结构，有利于改善水生环境。
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