（环境科学专业论文）潜流湿地净化崇明岛村镇富营养化养殖水体研究.pdf

摘要 统去除氮磷的重要途径。 3 在对几种不同形态的氮磷去除特性的研究中发现，香蒲湿地对d i p 、d o p 和n 0 3 一- n 的平均去除率分别为9 2 5 和8 3 7 、7 1 7 ，明显高于风车草湿地的 4 7 6 、1 7 9 和3 5 。n 地n 经过两湿地后无明显变化，进水叶绿素a 浓度与 n h 3 - n 出水浓度之间成显著相关( 分别为t - - 0 5 9 5 ，p = o 0 1 5 和r - - - 0 6 6 5 ，p ；o 0 0 5 ) ， 表明进水中藻类含量过高( 实验期间叶绿素口浓度平均为1 5 8 6 m g m 3 ) 会影响 n i - 1 3 - n 的去除效率。 4 对微生物及其与污染物去除率之间的关系的研究发现：在香蒲湿地和风 车草湿地中细菌和放线菌数量在湿地基质中上层多于下层，湿地前端多于后端； 而真菌在整个床体内无明显差异。三种微生物以细菌数量为最多( 在1 0 4 i 0 6 个 ，g 数量级上) ，其次为放线菌( 在l0 4 ，v 1 0 5 个g 数量级上) ，最少的为真菌( 在 1 0 31 0 4 个，g 数量级上) 就微生物与污染物去除率的相关性而言，基质细菌数量 与进水中化学好氧量( c o d c , ) 和t n 的去除率存在显著正相关( 香蒲湿地分别 为r = o 9 5 1 ，p = 0 0 0 4 和r = 0 9 6 4 ，p = 0 0 0 2 ；风车草湿地分别为r = 0 8 8 1 ，p = o 0 2 1 和r = 0 8 2 4 ，p = o 0 4 4 ) ，这说明湿地基质微生物的活动是湿地净化去除水中t n 和c o d c ，的重要机制。t n 和t p 沿程浓度的逐渐降低则体现了微生物降解与填料 吸附协同作用的结果。 关键词：潜流湿地，香蒲，风车草，氮，磷，去除效果 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ee u t r o p h i c a t i o no fa q u a c u l t u r ew a t e rl e a d st od e t e r i o r a t ew a t e rb o d ya n d p o l l u t et h ew a t e rs y s t e me t c ，w h i c hi s a l s ob e c o m i n gal i m i t i n gf a c t o ro ft h e c o n s t r u c t i o no fe c o l o g i c a lv i l l a g eo fq i a n w e ia n de c o l o g i c a li s l a n do fc h o n g m i n g c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ( c w ) h a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sh i 【g ht r e a t m e n te f f i c i e n c y , l o wc o s to fc o n s t r u c t i o n , o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e ，w i d ef i e l do fa p p l i c a t i o na n d s t r o n ga b i l i t yo f s h e c kl o a d i n gr e s i s t a n c ee t c ，w h i c hm e e t st h er e q u i r e m e n to f t r e a t i n g t h ee u t r o p h i ca q u a c u l t u r ew a t e r 加v i l l a g ei no r d e rt oa c h i e v et h eg o o dc i r c u l a t i o no f w a t e rr e s o u r c e s u p p o r t e db yt h ep r o j e c t “w a t e rr e s o u r c em a i n t e n a n c ea n dt h et e c h n o l o g ya n d d e m o n s t r a t i o no f w a t e re c o l o g i c a lr e s t o r a t i o ni nc h o n g m i n gi s l a n d ( n o 0 5 d z l 2 0 0 9 ) o fs a s t , t h es t i l d yw i l l s u p p o r tt op r o m o t et h ec o n s t r u c t i o no ft h ec h o n g m i n g e c o l o g i c a l i s l a n db yu s i n gt h ep i l o tu n i to fc wt r e a t i n gt h el o c a le n t r o p h i c a q u a e n l m r ew a t e r i nv i l l a g eo f c h o n g m i n gi s l a n d ，w h i c hi sm a i n l yo nt h eb a s i cs t u d y o fc wa n dr e m o v a le f f i c i e n c yc o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co fw a t e rq u a l i t ya n d d e f i c i e n c yo f r e c e n ts t u d y t h em a i ns t u d yc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h er e m o v a lc h a r a c t e r i s t i ca n dm e c h a n i s mo ft n , n 0 3 一- h i ，n h 3 - n , e d i p 。d o pe t ei nt w os u b s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d sp l a n t e dw i t h 毋y p h aa n g u s t i f o l i aa n dc y p e r o u sa l t e r n i f o l i u sr e s p e c t i v e l y ； ( 2 ) t h es p a c ec h a n g ea n dd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i co fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ， a n dt h ew a t e rr e s i d e n c et i m ed i s t r i b u t i o n ( r t d ) mt h eb e do fs u b s u r f a c e f l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d ； ( 3 ) a n a l y s i so fs u b s t r a t em i c r o o r g a n i s m si nc wa n dt h e i rc o r r e l a t i o nw i t h p o l l u t a n t sr e m o v a lr a t e t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： ( 1 ) t h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft o t a lp h o s p h o r o u so p ) a n dt o t a ln i t r o g e n ( t h 9 w a s9 0 8 a n d7 6 9 r e s p e c t i v e l yi nt h ew e t l a n dp l a n t e dt y p h aa n g u s t i f o l i a u n d e rah y d r a u l i cl o a do f0 0 8 m d ，w h i c hw a sh i g i l e rt h a ni nt h ew e t l a n d a b s w a e t p l a n t e dc y p e r o u sa l t e r n i f o l i u sb y6 6 a n d7 o r e s p e c t i v e l y t h es t u d yo f r t ds h o w e dt h a tt h e 口2o fr t dc u r v ei nt w ow e t l a n d sw a s0 3 2 4 6a n d 0 4 1 0 8r e s p e c t i v e l y , s o ，f r o mt h ev i e wo fi n t e r s p a c e su n i f o r m i t ya n df l o w p a t t e r n ，a l t h o u g ht h ew e t l a n d sp l a n t e dt y p h aa n g u s a f o 加w a sb e t t c rt h a nt h a t p l a n t e dc y p e r o u sa l t e r n i f o l i u s , a n dt h eh e a v yr o o t so f 眺a n g u s t i f o l i an o t o n l ya v o i d e ds h o f tc i r c u i tw h i c ho f t e nh a p p e n e di nc ww i t hm u c hm o 坞 m i c r o o r g a n i s m s , b u ta l s oh a dag o o da b i l i t yt oa b s o r ba n dt r a n s m i tt h e n u t r i e n t s ot h e1 ) , , p h aa n g u s t i f o l i aw a sa a p p r o p r i a t ew e t l a n dp l a n t ( 2 ) t h r o u g h1 4 0d a y s ，t h em e a nt o t a ld r ya b o v e g r o u n db i o m a s so fr y p h a a n g u s t i f o l i aa n dc y p e r o u sa l t e r n i f o l i u sw a s2 0 8 2 5 9 m 2 a n d1 7 7 9 6 9 m 2 1 1 l c c o n c e n t r a t i o n so fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u si n r y # aa n g u s t i f o l i aw a s 8 9 0 1 m g ga n d2 8 8 1 m g g , w h i l e8 2 4 7 m g ga n d2 1 3 9 m g gi nc y p e r o u s a l t e r n i f o l i u s ，r e s p e c t i v e l y t h ec o n c e n t r a t i o n so fp l a n ta c c u m u l a t i o n so f n i 仃o g e ni nt h et w op l a n t sw a s1 8 5 9 m 2a n d1 4 7 9 m 2 ，a n dp h o s p h o r u sw a s 6 0 9 m 2 a n d3 8 9 m 2 , r e s p e c t i v e l y t h ec o n t r i b u t i o nr a t eo f t w op l a n t st ot o t a l n i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h r o u sr e m o v a lw a s4 3 4 ，3 6 9 a n d3 7 6 ，2 8 1 ， r e s p e c t i v e l y , a n dt h ec o n t r i b u t i o nr a t eo f 靴a n g u s t i f o l i aw a sh i g h e rt h a n c y p e r o u sa l t e r n i f o l i u sb y5 8 a n d8 8 w h i c hs h o w e dt h a tp l a n tu p t a k e p l a y e d ai m p o r t a n tr o l ei n n i t r o g e n a n dp h o s p h o r u sr e m o v a li n t h i s c o n s t r u c t e dw e t l a n d ( 3 ) i tw a sf o u n dt h a tt h e 佗 m o v a lm t eo f d i p ，d o pa n dn 0 3 - - nw a s9 2 5 a n d 8 3 7 7 1 7 i nt h ew e t l a n dp l a n t e d r g o h aa n g u s t 撕o z i a , w h i c hw a s o b v i o u s l yh i g h e rt h a ni nc y p e r o u sa l t e r n i f o l i u sw i t hr e m o v a lr a t eo f4 7 6 1 7 9 a n d3 5 b yt h es t u d yo f t h er e m o v a lc h a r a c t e r i s t i co f d i f f e r e n tf o r m s o f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s a n dt h ec o n c e n t r a t i o n so f o u t l e tn h 3 - no f b o t h w e t l a n d sa n di n l e tc h l o r o p h y l la ( c h l a ) h a das i g n i f i c a n te o r r e l a t i v i t y 廿= o 5 9 5 ，p = 0 0 1 5a n dr - - - 0 6 6 5 ，p = 0 0 0 5r e s p e c t i v e l y ) ，w h i c hi n d i c a t e dt h a t t h eh i g hc o n c e n t r a t i o no f a l g a ( t h em e a ni n l e tc o n c e m t r a t i o no f c h l o r o p h y l la w a s15 8 6 m g m 1m a d ea g a i n s tt on h 3 - nr e m o v a l ( 4 ) t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea b u n d a n c eo fb a c t e r i aa n d a c t i n o m y e e si ns u b s t r a t e sw a sl a r g e ri nt o pl a y e rt h a ni nm i d d l ea n db o t t o m i v a b s t r a c t l a y e r , a sw e l la sf r o n te n dt h a na f t e re n d ；w h i l et h ea b u n d a n c eo ff u n g ii n s u b s t r a t e sw i t hd i f f e r e n tp l a n t sw a sn o to b v i o u s l yd i f f e r e n t t h ea b u n d a n c eo f b a c t e r i aw s st h em o s t ( i nt h em a g n i t u d eo f1 0 1 0 6i n d i v i d u a l g ) a m o n gt h e t h r e em i c r o o r g a n i s m ；t h es e c o n dw 舔a c t i n o m y c 2 s ( i nt h em a g n i t u d eo f 1 0 4 1 0 5i n d i v i d u a l g ) ；t h et h i r dw a sf u n g i ( i nt h em a g n i t u d eo fl o ， 1 0 4 i n d i v i d u a l g ) t h ea b u n d a n c eo f m i c r o o r g a n i s mi ns u b s t r a t ee n dt h er e m o v a l e f f i c i e n c yo ft na n dc o d c rs h o w e das i g n i f i c a n tp o s i t i v ec o r r e l a t i v i t y ( t h e w e t l a n d sp l a n t e dt y p h aa n g u s t i f o l i a ：r = o 9 5 1 ，p = 0 0 0 4a n dr = 0 9 6 4 ，p 2 0 0 0 2 ，r e s p e c t i v e l y ；t h ew e t l a n dp l a n t e dc y p e r o u sa l t e r n i f o l i u s ：r = o 8 8 1 ， p - - - o 0 2 1a n dr = o 8 2 4 ，p - - 0 0 4 4 。r e s p e c t i v e l y ) ，i n d i c a t i n gt h a tt h e b i o d e g r a d a t i o no fm i c r o o r g a n i s mw a st h em a j o rw a yf o rt h e i rr e m o v a l t h e e o n c e r n t r a t i o nd e c r e a s eo f t na n dt pa l o n gt h el e n g t hi n d i c a t e dc o o p e r a t i o n t ot h e i rr e m o v a lo f m i c r o o r g a n i s mb i o d e g r a d a t i o na n ds u b s t r a t ea d s o r p t i o n k e yw o r d s ：s u b s u r f a c e f l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d , 舭a n g u s a f o t j a , c y p e e u s a l t e r n i f o l i u s , n i t r o g e n , p h o s p h o r u s , r e m o v a le f f i c e n c y v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：甬良1 司知 v 7 年孑月弦e t 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月 日年 月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 融阈敏 7 9 7 年弓月弘e t 第1 章引言 第1 章引言 1 1 养殖水体富营养化污染概况 1 1 1 养殖水体膏营养化的成因 在养殖过程中，随着养殖强度和养殖规模的增加，未食的饵料、养殖对象的 排泄物和粪便以及其它一些营养物质进入养殖水体，使养殖水体呈现超负荷营 养养殖状态，过量的溶解性营养盐( 尤其是n i l 3 - n ，n 0 3 一- n 、n 0 2 一- n 、p 0 4 3 - p 等) 导致浮游生物大量繁殖，引起异养生物旺盛的代谢活动，消耗水体中的溶 解氧，从而恶化水质，破坏养殖水体的生态平衡，即养殖水体的富营养化现象。 养殖水体的富营养化，实质是养殖水体容纳了过量的营养物质，污染作用超过 了自净作用以及生态系统受到污染所致。一般认为养殖水体形成富营养化的指 标为：养殖水体生化需氧量( b o d s ) 大于1 0 m g l ，含氮量大于0 2 0 3 m g l ，含磷 量大于0 0 1 m g l t 1 。 养殖水体富营养化既发生在淡水湖泊、水库中，也发生在流动水体、江河、 沿海海水d 0 1 2 1 ，是养殖水体容纳了过量营养物质而造成藻类的大量滋生，水面上 增殖的藻类成片成团覆盖在水体表面而引起恶化水质的过程。富营养化发生在 淡水江河湖泊中称为“水花”或者“水华”，发生在海洋中则称之为“赤潮”， 当夜光藻、无纹多藻和一些纤毛虫占优势时呈红色，当绿色鞭毛虫占优势时呈 绿色，当硅藻占优势时则呈褐色。由于自净作用，天然水体中的 i n 、t p 含量一 般较低，因而天然水体生态系统的生产能力总是在一定水平上，一般不会引起 富营养化。养殖水体则不同，在养殖过程中向水环境中输入未食的饵料、养殖 对象的粪便和排泄物以及其它一些物质等，这些废物对水体具有双重作用。当 废物排放量在一定的水平时，提高了养殖水体的生物生产力，促进整个水域生 产力的增加，对渔业生产是有利的；但是，当这些废物对养殖水体的污染超过 水体的自净能力时，就会积累大量的营养物质，过量的氮、磷促使藻类快速生 长，养殖过程中向水体输入的有机物分解、死亡的藻类分解、微生物的大量繁 殖以及沉积物消耗养殖水体中的溶解氧，导致水体底层缺氧，并且随着污染的 加剧，缺氧层的厚度不断增加，再加上养殖过程中输入的废物在水底逐渐升高， 增加了底质的营养盐含量，这些营养盐在一定条件下向养殖水体中释放，进而 引起养殖水体中的营养盐浓度升高，再度导致养殖水体富营养化。金岚【3 l 研究认 1 第1 章引言 为，富营养化了的水体很难通过自净作用恢复到正常状态，即使是在没有外界 营养物质输入的情况下也是如此。 藻类的繁殖依赖于氮、磷等营养物质的存在，氮、磷的存在是形成养殖水体 富营养化的决定因素【4 】，同时，富营养化养殖水体中的氮、磷促使藻类急剧生长， 藻类的大量生长消耗水体中的溶解氧，使养殖对象、浮游生物因缺氧而死亡， 腐烂的尸体进行有机物耗氧分解时进一步消耗养殖水体中的溶解氧，恶化水质 1 5 1 。因此，尽管养殖水体富营养化的途径不同，但主要原因都是营养物质，尤其 是过量的溶解性营养盐f n n 3 - n 、n 0 3 一- n 、n 0 2 一- n 、p 0 4 3 - _ p 等) 的积累。养殖水 体中氮、磷等营养盐的来源有两类：是外源，主要是养殖过程中向水体输入 的废物( 未食的饵料、养殖对象的粪便和排泄物等) 以及随着水流进入养殖水 体的农施化肥和家禽粪便等；二是内源，指养殖水体的底泥在一定条件下向水 体释放的磷酸盐而增加的水体中氮、磷含量。 研究表明m ，人工配合饲料每生产1 k g 鱼约有8 0 0 9 有机物、7 0 9 氰, 和1 4 9 磷通 过各种形式进入水体。h a l l 等盯】研究认为，每生产i t 鲑鱼，溶解到水体中的n 有 9 2 1 0 2 k g ，以溶解性无机氮为主，占总输a n 的5 8 - - 7 8 。养殖鱼类也向养殖 水体中分泌大量的n ，生产i t 鱼可直接向养殖水体中分泌4 0 k g 溶解态氮嘲。统计 结果【9 1 表明，每生产i t 鱼，每年养殖水环境中的p 的就增加1 9 6 - - 2 2 4 k g ，随着养 殖对象的不同而有所不同，比如每生产i t 的虹鳟鱼，每年有4 0 4 5 k g 的p 进入水 环境中，而每生产i t 鲑鱼，环境中的p 仅增加9 0 - - 9 5 k g 【l o l 。施入农田的化肥，只 有一小部分被植物吸收，如氮肥，一般情况下未被植物利用的氮肥超过5 0 ， 这些朱被植物吸收的化肥随着雨水冲刷到养殖水体中，从而为养殖水体形成富 营养化提供了物质来源l l l j ，沉积在水底的残饵、粪便等有机物，在一定的环境 条件下，重新释放出来，进入水体，成为养殖水体中环境污染的重要内源。研 究认为1 1 2 】，在鲑鱼网箱养殖区下部沉积大量的c 、n 、p ，每年只有约1 0 的有 机物可得到分解，大部分仍沉积于底泥中并不断向水体中释放。冉景恒等【l3 】研 究认为，在网箱养殖区，由于底泥释放而造成水质污染的比重随着养殖年限的 增加而增加。另外，养殖水体中水生植物的排泄物、尸体以及其它腐殖质等， 经过好气细菌的再次分解，可间接为藻类的繁殖提供营养；放养结构不合理， 吃食性鱼与滤食性鱼比例失调；高温季节水质更新次数少，都会为浮游生物的 大量繁殖提供方便1 14 j 。这些因素虽然不能直接造成养殖水体的富营养化，却可 以使养殖水体的水质发生根本性的转变，为富营养化的形成提供了便利。 2 第1 章引言 1 1 2 膏营养化的危害和特点 富营养化是养殖水体受到污染时的综合表现，当养殖水体发生富营养化时， 轻则直接造成养殖对象的死亡，重则破坏养殖水体的生态平衡，如武汉的东湖、 云南的滇池等，而水华的发生又进一步加剧了养殖水体的污染，带来难以估量 的危害i l ”。 ( 1 ) 恶化养殖水体 富营养化的养殖水体中生长着许多藻类，其中有一些能够散发出腥臭和异 味，不仅影响水质，还影响养殖水体周围的空气，如蓝藻门的微囊藻 ( m i c r o c y s t i s ) 、束丝藻属( a p h a n i z o m e n o n ) 和腔球藻属( c o e l o s p h a e r i u m ) 散 发出类似腐烂物的臭味；绿藻门的空球藻属( e u d o r i r # a ) 散发出鱼腐烂时的腥臭 味，尤其是在春末、夏季和秋季，藻类大量增殖，成团的藻类死亡时腐烂分解， 经过微生物的分解作用，使这些藻类散发出更加浓烈的腥臭( 如云南的滇池， 夏季死亡藻类发出腥臭味并向湖泊周围的空气扩散，这些腥臭味也使水体变得 难闻) 。 ( 2 ) 降低养殖水体的透明度 在富营养化的养殖水体中，生长着以蓝、绿藻为优势种的大量水华。这些藻 类悬浮在水体表面，使水质变得浑浊，透明度降低，严重影响渔业生产。例如 精养鱼池，在夏秋季节，池水浮游生物和有机物多，透明度小，表明水中有机 物过多，池水耗氧因子过多，水质容易恶化。 ( 3 ) 消耗养殖水体中的溶解氧 在富营养化养殖水体中，由于表层的藻类可以得到充足的阳光，从空气中获 得足够的二氧化碳进行光合作用而释放氧气，因此养殖水体表层处于氧盈状态； 然而，在水体的深层情况就不一样了，首先，随着深度的增加，光照度衰减， 所以深层水体的光合作用因受限制而随之减弱，溶解氧的来源也就随之减少。 其次，死亡的藻类不断向水底沉积，腐烂分解时也会消耗深层水体中的溶解氧， 使底层水处于氧债状态，需氧生物难以生存【l6 】。这种氧债状态，可以刺激或者 加速底泥积累的营养物质的释放，造成养殖水体营养物质的高负荷，形成富营 养化水体的恶性循环。 ( 4 ) 向养殖水体中释放有毒物质 富营养化的另一个危害就是某些藻类能够分泌、释放有毒物质。如不定腔球 藻( c o c l o s p h a e r i u m d u b i u m ) 能够分泌毒性物质藻青朊( p h y c y a n ) ，这种物质进 3 第1 章引言 入养殖水体后，可以直接毒死养殖对象，若进入人体，可引起消化道炎症l 旧。 另外，微囊藻( m i c r o c y s t i s ) 、鱼腥藻( a n a b a e n a ) 、裸藻( e u g l e n a ) 等，本身 就含有毒素，鱼类摄食后会发生中毒死亡现象i l4 】。 ( 5 ) 对生态系统的影响 正常的养殖水体是一个自我维持、稳定的系统，各种水生生物都处于相对平 衡状态，具有预防干扰的能力；生物的生产和消费大致处于平衡状态。当养殖 水体处于富营养化状态时，水体中这种正常的生态平衡被打乱，生物种群也会 显示出剧烈的波动。如武汉东湖 1 r l ，在1 9 7 9 - 1 9 8 2 年，蓝藻水华在每年夏季暴 发，微囊藻( m i c r o c y s t i s ) 群体、丝状束丝藻( a p h a n i z o m e n o n ) 和颤藻( o s c i l l a t o r i a ) 在浮游植物中占优势；在1 9 8 9 - - 1 9 9 2 年间，浮游植物的优势种为小环藻 ( c h l o r e l l a ) 、隐藻( c r y p t o m o n a s ) ，蓝藻主要由颤藻( o s c i l l a t o r i a ) 和平裂藻 ( m e r i s m o p e d i a ) 组成，没有形成有害的水华。 ( 6 ) 对渔业生产的影响 从养殖生产的角度看，富营养化水体对渔业生产具有双重性：在富营养养殖 水体中，水质较肥，浮游生物丰富，有利于滤食性鱼类( 如鲢、鳙鱼等) 的生长， 提高了鱼产量，对渔业生产是有利的；对于草食性鱼类( 如草鱼、团头鲂等) 来说， 情况恰恰相反，这些鱼类喜欢清新较瘦的水质，富营养化水体不仅抑制其生长， 还易导致病原微生物的大量繁殖，增加鱼类发病的机会。因此，富营养化水体 对渔业生产又是有害的。常泰【l8 】等认为，近几年鱼、虾、蟹暴发性流行病与养 殖水环境的恶化有密切的关系。 1 1 3 富营养化水体治理现状 富营养化严重影响着渔业生产，村镇生活环境的改善。目前，国内外有许多 关于养殖水体富营养化治理的报道1 2 , 5 1 4 ，1 9 1 ，综合起来主要是从两方面着手治理： 一是控制外源性营养物质进入养殖水体；二是控制养殖水体中的藻类繁殖，而 治理的重点放在藻类的控制上。 ( 1 ) 物理防治法 养殖水体富营养化的物理防治法是利用简单的物理方法将养殖水体中的悬 浮或浮游有机物尽可能地去除，如人工曝气、挖掘底泥等。物理防治法的优点 是工艺简单、费用低廉；缺点是只能对富营养化水体进行初级处理。m o o y o u n g h a n - 等i 加】从水动力学和粒子之问相互作用力的角度利用轨道分析法研究了 4 第1 章引言 粘土对蓝藻水华的清除效果，认为藻类水华的清除有赖于水中的离子作用力。 ( 2 ) 化学防治法 养殖水体富营养化的化学防治法是利用化学作用来控制或消除养殖水体中 藻类的一种方法。化学防治法优点是处理时间短、效果好；缺点是费用较高， 如利用化学除磷法使养殖水体中磷的去除率达8 5 以上【2 1 】，导致氮、磷比例失 调，使磷成为水生浮游植物生长的限制因子，形成一个不利于藻类繁殖的生态 环境，从而避免水华的发生，达到控制养殖水体富营养化的目的。李建宏等【2 2 l 研 究认为，硫酸铜是最好的杀藻剂，铜离子通过作用蓝藻藻胆体抑制其对光的吸 收，具有较强的杀藻效果。但是铜离子容易富集，硫酸铜能使藻毒素从藻细胞 中释放到养殖水体中，对养殖水体和养殖对象产生毒害作用。 ( 3 ) 生物防治法 养殖水体富营养化的生物防治法是利用微生物将有机物氧化分解为无机物， 如使用生物滤器、投加高效生物制剂、固定化微生物技术等。为了使微生物将 养殖水体中的有机污染物氧化分解，必须为微生物在养殖水体中创造一个良好 的生活环境，从而控制养殖水体的富营养化。生物防治法的优点是利用微生物 使溶解有机物转化为无害的物质，大大降低有机物的浓度；缺点是处理时间长。 在水华和产毒蓝藻中常发现藻细胞溶藻病毒，p r o c t e r 等f 2 ，】认为病毒造成的藻溶 解明显地导致蓝藻群体的消亡，目前国内外有许多关于生物操纵、鱼藻混养、 虾藻混养、贝藻混养的报道。生物操纵也叫营养级串联效应，该理论认为：向 水体中放养食鱼性鱼类，通过摄食以浮游动物为食小型鱼类的生物量，小型鱼 类生物量的降低引起浮游动物生物量的上升，再通过浮游动物的摄食降低水体 中浮游藻类、细菌、有机物的量，从而在一定程度上净化水体。刘建康【2 4 1 在武 汉东湖进行了利用鲢、鳙鱼控制蓝藻水华的实验，研究认为：放养大量的鲢鳙 鱼，是武汉东湖蓝藻水华消失的关键因素。g r o m m e n l 2 5 】向养鱼塘废水投加高活 性硝化菌及富集液组成的复合菌液，试验结果表明，当复合菌液的质量分数为 5 m g v s s l 时可确保4 d 之内对n h 3 - n 和n 0 2 一- n 的去除率由1 0m g l 到低于可检 测范围，表现出良好的效果。k i m 等1 2 6 1 以p v a 一硼酸法制备凝胶固定硝化细菌， 试验结果表明，运行3 0 4 0 d 后，氨氮的去除率达9 8 ，亚硝酸盐的累计质量分 数从6 m g l 降到o 1 m g l 以下，表现出很好的脱氮效果。 ( 4 ) 其它防治法 养殖水体富营养化是各种物理、化学、生物因素综合作用于养殖水体生态系 5 第1 章引言 统而表现出来的结果。通过利用物理、化学、生物的综合作用，使水体与底泥 中呈溶解状、胶体状以及悬浮状的污染物转化为无害物质，达到控制富营养化 的目的。另外，通过人工及时打捞迅速生长的藻类，进行人工水体净化，也是 养殖水体富营养化防治的一种措施。 养殖用水和废水的水处理及回复利用技术是集约化水产养殖的核心技术。传 统的水质净化方法一般采用物理、化学和生物三种方法，与工业处理有机污水 的方法基本相同。随着集约化水产养殖的发展，单一的或者几种水处理技术简 单结合不在适应水产养殖废水处理的需要。设计低成本、低能耗、高净化效率 的水产养殖水处理工艺，达到养殖废水的回复利用和对环境的无污染排放，就 必须对物理、化学和生物水处理技术的关键技术参数进行研究，对各项水处理 技术进行合理配置，使整个水处理系统达到高效净化能力。其中人工湿地污水 净化技术就是一种新型的水处理工艺，尽管其有诸多优点，但其在养殖水体净 化的应用上研究还不多。而人工湿地净化富营养化养殖水体作为种新型的处 理方式，它兼有物理、化学、生物防治法的特点。通过人工湿地的中的基质以 及植物错综复杂的根系能够有效截留由于富营养化而导致的各种浮游植物和动 物，湿地系统中的微生物以及根系分泌的各种化学物质能够截留降解物质。此 外湿地系统还能够吸收水体中过量的营养物质，如氮、磷以及各种有机物等， 最终实现富营养化养殖水体的净化。l i n 等【2 7 1 使用由表面流( f w s ) 和潜流( s s f ) 组合的具有商业化规模的循环系统处理对虾养殖废水，该湿地系统对处理密集 型水产养殖废水表现出良好的技术性和经济可行性。其中f w s s s f 单元对s s 、 b o d 5 、n h 3 - n ，n 0 3 一- n 的去除率分别为5 5 6 6 、3 7 5 4 、6 4 - 6 6 、8 3 9 ， 废水经处理后适合养虾且达到国家排放标准。在加拿大，c o m e a u 等【2 8 l 使用由格 栅和两个表面流湿地床组成的三阶段系统处理鱼养殖废水( 湿地床体积1 0 0 m 3 ， 深0 6m ，以粗砂和碎石灰石做衬里) ，其中第一个湿地床种植芦苇，主要通过 植物吸收除磷；第二个湿地床被设计成以吸附和沥滤作用为主要除磷途径。中 试结果表明，该系统对有机物和磷的去除率分别高达9 5 和8 0 以上，对减少 养鱼废水中有机物和磷的排放表现出很大的潜能。可见，利用人工湿地处理养 殖废水表现出了较好的效果和可行性，但是总得来说应用还不广泛，还需要针 对不同的养殖水体进行深入的研究以开发适合各个地区、各种类型养殖水体的 人工湿地处理方式，从而必将具有广泛的应用前景。 6 第1 章引言 1 2 人工湿地在富营养化污染治理中的应用及发展 1 2 f 人工湿地定义及类型 人工湿地( c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ) 是一种新型的污水处理模式，是以污水处 理为目的、人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统。它利用基质一微生物 一植物这个复合生态系统的物理、化学、生物及其协同作用来处理各种污水， 使水质得到不同程度的改善，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环， 促进绿色植物的生长，实现污水的资源化和无害化。 从工程设计的角度出发，按照系统布水方式的不同，人工湿地可划分为四 种类型1 2 9 3 0 , ；9 1 ：表面流( f r e ew a t e rs u r f a c e ，f w s ) 人工湿地、潜流( s u b s u r f a c e f l o w ，s s f ) 人工湿地、垂直流( v e r t i c a lf l o w ，v f ) 人工湿地和组合人工湿地 ( h y b r i dc o n s t r u c t e dw e t l a n d ，h c w ) ，不同类型人工湿地对特征污染物的去除效 果不同并具有各自的优缺点。 ( 1 ) 表面流人工湿地：该系统与自然湿地最为接近，废水在填料表面流 动，水位较浅，绝大部分有机物的去除是由生长在水下的植物的茎、杆上的生 物膜完成的。这种湿地虽然投资少，但不能充分利用丰富的植物根系，填料也 不能充分发挥其作用，且负荷小，处理效果较差【3 2 】，冬季寒冷地区表层易结冰， 夏季会滋长蚊蝇、产生臭味，卫生条件较差，现在在设计中较少采用【3 ”。 图1 1 表面流人工湿地 ( 2 ) 潜流人工湿地：水在填料表面下渗流，水位较深，因而可充分利用填 料表面植物根系上生物膜及其他各种作用处理废水，处理效果较好。与表面流 人工湿地相比，水平流保证人工湿地具有较大的水力负荷和污染负荷。在潜流 型湿地系统中，污水在湿地床的内部流动，发挥了系统( 植物、微生物和基质) 的协同作用，一方面可以充分利用填科表面生长的生物膜，丰富的植物根系及 表层填料截留等的作用，以提高其处理效果和处理能力。另一方面，由于水流 在地表以下流动，故具有保温性较好、处理效果受气候影响小、卫生条件较好 7 第1 章引言 的特点1 3 2 n 】。潜流系统在欧洲应用较多，在丹麦、德国、英国每个国家都至少有 2 0 0 个系统在运行1 3 4 l 。 【l i 承 图1 2 潜流人工湿地 ( 3 ) 垂直流人工湿地：垂直流人工湿地又可分为下行流人工湿地( d o w nf l o w c o n s t r u c t e dw e t l a n d ) 和上行流人工湿地( u pf l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d ) 两类。其 中常见的是下行流湿地，污水从湿地表面流入，从上到下流经湿地中基质层， 从湿地底部流出。上行流人工湿地则与之相反，污水从湿地底部流入，从顶部 流出。这种床体形式的主要作用在于提高氧向污水及基质中的转移效率。通常 床体处于不饱和状态，污水直接与基质接触，氧可通过大气扩散和植物传输进 入湿地系统，有助于提高c o d 幕q b o d s 的去除效果【3 5 j ，且硝化能力较强。垂直流 人工湿地由于具有高的净化效率和相对较小的土地需求等优点而变得越来越普 遍p 6 】。其缺点是对有机物和悬浮物的去除能力不如水平潜流人工湿地系统。 图1 3 垂直流人工湿地 ( 4 ) 组合人工湿地：这是一种组合湿地，类型多样。主要有表面流一潜 流人工湿地；生态塘一人工湿地复合系统；水平流一垂直流人工湿地。国内有 8 第1 章引言 中国科学院吴振斌等1 3 7 1 报道的下行流一上行流湿地( 如图1 4 ) 进承、一、莲水 图i a 复合流人工湿地 水 国外较早研究的复合湿地是潜流水平流一垂直流复合湿地，这种湿地来源 于1 9 8 7 年s e i d e