不同流速条件下菖蒲浮床拦截细颗粒物效果的研究.docx

1、不同流速条件下菖蒲浮床拦截细颗粒物效果的研究*谢科夫化杨飞2张毅敏化# 荆立2晁建颖2 高月香2钱文翰】刘车玉】W.常州大学环境与安全工程学院五苏 常州2131&U2.生态环境部南京环境科学研究所见:苏 南京21OCXI2>摘要 采用切向流超滤技术 熊究3种流速条件下菖蒲孚床对不同粒径细颗粒物、10dCr8030C厂ICOOrmD携带的碳、氮、磷的拦截去除效果-结果表明诲宜流速可促进菖蒲根系对细颗粒物的吸着供能加快 其自身的生长一与对照组<6、充速、目比0.1 m名流速下的菖蒲根系吸着物质量最多 集系生长情况最好 还同流速下 酒蒲浮 床对 碳、氮、磷的去除效果规律表现出相似

2、性0.1 rr石流速O2m4流速Orr石充速03 mg充速-关键词胶体菖蒲流速氮磷碳1301 nCH5eB§5crl.1GDX3aa522BD.1OaD7ShjclcnBeit cfb/ A33XSC£ferrLS iScitjrgtad mi3r dfEbertjSoiv ccnitin Xlls Kui2 ANGFl2 ZHANG YhTrirY1 厚JQIANUUYLi1 . 6 Sturlof BT<znrinrrErt &XTeridinuL213164- 2.bteQjirgZtiatitLJfecf*EbKdranrnErtiLSbienES M

3、OEE ferrjttg JiEru 210012/ttrsct= Usrg-tarprt -ffcwtedrrcttte itacadfcri and remcxd Hsdt. cf7 AacruscalaiTi_K-ffcdib0d cm catcmnd fJncqJncrTLSGarfed k<1w3B patizfes GFxdH&ortsfass 1 GJOnGG 3COWA31 GOO rmrTDbttrasrffcwiES 0.1 02.0X3ffcw raokJd prcxncte-tt tedrrTortcFttB Axxck calarnuR roctto&g

4、t;-ti3BfrTB paUzfes and ansr Ss QOAjttn.Cbrrpad vxtritecEriEcltecFO rrYttrodtiadnmart meBscFtteAxoxjscEflarnLB zttierffcwrecfO.1 rrTvxeB-tt rrcritrcHt rodtOAlti vveB-tte bedLlte Axtus cilEimusbad hsd-tte srnfapar&TnanascfimouSGatDn rtecriaxdplncqJnciiLsbciH&Qrfczffcvvttes . TTnererrxxdilsdtv

5、BzreaHadaEO.1 nYsrffcwre>O2 rrTrffcwre>O rrTsrffcwre>O3 nYsrflzwre.IfeyAocfe 二 orBMI AazmscalEimLJS ffcw;rfccpn jJncqJncrtLS Beaton为了增加太湖流域沿湖周边城市地区用水并 改善太湖水质貌轻其富营养化程度自2002 年起有关部门决定实施'引江济太H程其中新 孟河延伸拓浚工程是实施项目之一要求平水年引 江入湖水量252亿m3 -新孟河勺I江济太与I水 过程中大量悬浮颗粒物及其所携较高浓度的碳、 氮、磷将对引水通道上的涌湖及周边水网的水环境 和水

6、生态产生较大影响.颗粒物在输水过程中大 部分沿程沉降而少量入湖而其中难沉降 滩去除 的细颗粒物成为影响涌湖生态环境质量的重要因 素一胶体态物质指的是粒径介于IIOOOrm的细 颗粒物真溶解态物质指的是粒径小于1nm的细颗 粒物由一细颗粒物的粒径分布差异较大®同粒径 细颗粒物所含的物质组成不尽相同由-不稳定的细第-作者或|科夫J3 jggg生颠士研究生朝究方向为流域水污染控制与水体生态修复J*通讯作者_ 玉国家水体污染控制与治理科技重大专项agRiz>ozaQ03O>_颗粒物容易发生微观形貌的改变、聚合以及沉降曰- 由于数量多种类丰富和比表面积巨大细颗粒物表 面附着了大量的

7、活性基团& -这些活性基团能与水 体中的营养物等发生强烈的吸附和络合作用员- 切向流超滤技术被认为是分离细颗粒物与大颗粒 物的有效方法成'J1去由于过滤技术精度的限制。不 同流速条件下菖蒲akoxjsGalaniLisKt不同粒径细 颗粒物的拦截效果的研究相对较少.本研究以长江 引水中的细颗粒物C<1OOOrm）作为研究对象=采 用菖蒲浮床作为去除水体细颗粒物的常用生态措施, 利用切向流超滤技术对采集的水样进行粒径分级， 通过室内环形水槽模拟入湖流速监测了不同流速 条件下菖蒲根系生长情况及根系附着物情况以 及菖蒲浮床对水体胶体态、真溶解态碳、氮、磷去除 效果的变化情况-1

8、材料与方法1.1 实验设计水样采自长江入水口 32 3 27.建N 水样通过1 O的定量滤纸瑚国Whyman3C型抽滤机美国NALGEhE公司，由滤燃后将过滤完的剩余水样COOOOrmKU用小型 切向流超滤系统进行分离借助不同截留孔径的W5342EJE避光条件下内运网实验室进 行实验 噩度为 23±3°CpH 为 7.91±O29DO-以珍珠棉板作为浮床靠各板 上均匀钻12个直径5Ocm的孔甘兆选2株根系长 势一致的菖蒲洗净并测其初始附着物质量和根长插 于珍珠棉板孔中将两块珍珠棉板固定于环形水槽 内.环形水槽通过调节电机频率设定水流速度兑 机频率为65、123、1

9、62七时所对应的流速分别为 0.1rrrsM静止)rrr£*乍为对照组.实验 结束后在固定位置处取水样经提取得到4份含不 同粒径细颗粒物的水样各ICOmLJM出氮、磷和碳量超滤膜包句lfcbi2PLAC进行过滤 务 次过滤完保存1CX)mL水样再进行下一次超滤海 后得到4份各ICOmL含不同粒径细颗粒物的水 样项|出氮、磷和碳等数据.含粒径i.iicxicr GOOGCXTlCXXDrm细颗粒物水样的数据经过差减 法处理得到一122附着物质量附着物质量测试方法参考文献巨一1 23 水质指标采用碱性过硫酸钾氧化摩外分光光度法测定 胶体态氮CN真溶解态氮Lidn A采用铝镣抗分等数据不同

10、粒径细颗粒物数据经过差减法处理后得到_ 光光度法测定胶体态磷CP真溶解态磷ajDP_见表1玫验装置示意图见图1 一表1不同粒径细颗粒物水样的水质指标Tcfe 1粒径/rnm碳氮磷<1 GOD1O88D±OSB4.12B±O8D2i433±OC85O0C8±OGC5O3<I3±OCSOCED±OO18IO 33D25G5±OB12OS8D±OCmOCeD±OO121 IO123B±O<471OJ3CB±OCB5OG65±OO18图1实验装置示意图F.1cfpa

11、wTorl ahuie12实验方法12.1 水样的过滤与超滤2结果与分析2.1菖蒲根系附着物质量变化及根系生长情况分析菖蒲对富营养化水体的修复除植物本身对氮、磷等的吸收作用外其 根际附着物的作用不容忽 视日口 一从表2可见口83后用照组菖蒲的附着物 质量由上升到;/流速条OCE92g OO38OsO.1 m s件下君蒲的附着物质量由0090上升到00702 gQ2速条件下 箸蒲的附着物质量由O0315g上升到OQ51 %Q3 mA流速条件下.菖蒲的附 着物质量由00305目上升到0890-0.1 rrrt 速下的菖蒲根系附着物质量最多附着物增长率较 高.同时相较于实验前各组菖蒲根系长度分别增

12、长了 4358义8久口 um Q.1 rrr流速下的菖蒲根 系生长情况最好.结果表明适当的流速能促进菖 蒲根系对细颗粒物的吸着并能促进菖蒲根系的 生长一0.1 Q2Q3rr速条件下的实验过程与对照组一致 实验周期为-不同粒径细颗粒物水样的水质指标 胶体态碳真溶解态碳UOCKJ测定方法参ife2 a-srmaBssnd rodtgcvgtti顼目"1起始附着物质量娉ft < C-FOCE92i 1 I r C-fOLW6OCB1 5OLUD2结束附着物质量/宣OC09OOOXD2OC51 9OCEDO附着物增长质量恐OO1OOC( 1妇 60(X)4增长率次33129G596起始

13、根系R /艾/Zm173T75T78180结束根系长度/Zm21623322622.1表2菖蒲根系附着物质量及根系生长变化注己增长率为附着物增长质量/起始附着物质量X1CC% -照文献EcO-粒径/nm图2流速对菖蒲浮床去除碳的影响F2 EHSdbcFffcw rtecmcatocm rerrrxrfTVmLRoakarnLK-ffcSbed水体磷氮的去除效果分析6050招302010%/耕崖带a103003001 00022水体碳去除效果分析在菖蒲浮床的作用下不同粒径细颗粒物水样 碳含量均下降.如图2所示各流速下菖蒲浮床对 碳的去除率随流速的增加呈先上升后下降的变化趋势- 流速为O<T

14、IQ2Q3m也寸酒蒲浮床对碳的去除ICXDOrm的C8去除效果较好-菖蒲浮床在各流 速下对碳的去除率表现为O.1 m兮充速02 流速Orrr流速03流速.除03 裕卜其余流速对菖蒲浮床去除碳起到了积极的作用-23在菖蒲浮床的作用下氮浓度均有下降.如图3所示菖蒲浮床对氮的去除率随流速的增加呈先上 升后下降的变化趋势.总体而言菖 蒲浮床对300ICXXDrm粒径的CN去除效果较好十对水体中11Orm粒径的CN去除效果较差-流速为O、 0.1 0203 m会寸箸蒲浮床对氮的去除率分别为率表现为O.1 rr/st速O2 rrr流速O流速03 nV穿t速J余03 rrrF其余流速对菖蒲浮 床去除氮起到了

15、积极的作用-在菖蒲浮床的作用下磷的浓度均有下降.如 图4所示随着粒径的减小菖蒲浮床对磷的去除率 大体呈下降趋势.菖蒲浮床在各流速下对磷的去除 率总体表现为0.1 速O2 nV穿t速O mA 流速O3rrr速J余03 rr冬外成余流速对菖蒲 浮床去除磷起到了积极的作用一110 粒径/nm图4流速对菖蒲浮床去除磷的影响- EHsdbcFHzw recm&h0d3讨论3.1 流速对附着物及根系发育的影响在水生生境中水文因子是影响水生植物生长 的主要因子日为一有学者研究发现膜水植物浮床的 根系直接浸入水体茎及根系的生长蔓延不会受到 阻碍生长环境较为宽松有利于新陈代谢及植株 的生长臼斗一在流动水

16、体中A水生植物还会受水体 波动作用以及流速等因素的影响-一定的流速3%、148% 2O9%<36i1% 49.1 % -19.5% 2 8%8.6% -菖蒲浮床在各流速下对氮的去除使得水体的大气复氧增加加速DO较高的表层水 体向低氧甚至无氧水层的输送水体的整体DO水 平提高这为根系附着物增长和根系发育提供了良 好的环境臼斗用时冰流使得菖蒲浮床根系附着物 质量增多艮系发育加快13&怀研究也得到类似的3020%/耕遂用Mo111<11 1010 3003001000粒径/nm图3流速对菖蒲浮床去除氮的影响F3 Ef&tjcfTfcw rtecm rfccpn rerrr

17、xrf结论.但是有学者发现较高的流速也会使得根系 附着物的附着能力变弱植物容易吸附饱和生理活 性下降日力怀研究结论也与之相似0.1 m冬充速条件下的菖蒲根系生长发育情况更好.本研究还发现 与0.1小兮亢速条件相比Q2Q3m名流速下菖蒲浮 床根系附着物增长量没有显著减少03 m帝速下 的增长量甚至比。2mA流速下的有所增加-这种 现象可能是由于逆境胁迫引起有学者研究发122- _E36环境污染与防治 第42卷 第10期 2020年10月 现在逆境胁迫条件下植物根系分泌物数量一般 都明显增多而植物根际分泌物是刺激根际微生物 繁殖的重要能源和养分源MR.32流速对碳去除效果的影响在受到液体分子的撞击

18、时直径很小的颗粒被 迫做无规则运动称为布朗运动-研究表明只有当 颗粒粒径足够小 七1以mKt彳?朗运动才会发生= 促使颗粒间发生碰撞形成较大的絮团勿-本研究 中水流促使水中细颗粒物发生频繁碰撞有利于细 颗粒物絮团的形成由11功口上菖蒲浮床的拦截更利 于细颗粒物絮团因自生重力而沉降Q 膺蒲浮床对 细颗粒物去除效果得到提升一张庆河等由发现当 水流剪切力小于絮团间的内部黏结力时水流剪切 强度的增大有利于细颗粒物絮凝的发生和发展反 之当水流紊动强度超过絮团内部黏结力时，已经 形成的絮团会被破坏-MH_U3AN等即发现细颗 粒 絮团的沉降与水流紊动强度有关一本研究发现0,1 福速下菖蒲浮床对COC去除效

19、果最好可能是 因为在本实验中流速下的水流紊动强度最 适宜凛体处于稳定状态一33流速对氮、磷去除效果的影响硝化/反硝化过程是脱氮的主要机理由铜时. 伴随着水体扰动作用增强菖蒲浮床与细颗粒物的 接触频率增加5且挡水流的能力增强国44物根系 能形成一层较密的过滤层不溶性细颗粒物会被根 系吸附而沉淀下来本研究也得到类似的结果在菖 蒲浮床的作用下各粒径CN的浓度均有下降. 流速带来的冲刷作用还能让生长至一定厚度的生物 膜 票时脱落并促进新生物膜的生长间接使得CN 度得到下降怀研究所得结论与之类似-但是03 瑚速下菖蒲浮床对CN的去除效果不如对照 组可能是由于高流速带来的冲刷作用会使未生长 至一定厚度的生

20、物膜脱落e 不利于除氮效率的 提高-水流条件下水体中DO增加聚磷菌大量吸收 磷酸盐合成自身核酸和腺嘿吟核昔三磷酸 逆浓度梯度过量吸磷合成贮能的多聚磷酸盐颗粒 即异染颗粒牙体内供其内源呼吸用除磷效率 得到提高国-在菖蒲浮床的作用下.各粒径CP的 浓度均有下降-同时.有学者研究发现国靠高的流去除效果最差为之一致-4结语GA流速的存在对菖蒲浮床根系附着、根系生 长起到促进作用-0.1 m拳速下的菖蒲根系附着 物质量最大-同时目较于实验前.各组、 O2Q3 m冬流速酒蒲根系分别增长了 4398、 484.1 cm 0.1 rrrE速下的菖蒲根系生长情况最 好.结果表明适宜流速可促进菖蒲根系对细颗粒物

21、的吸着、并能加快其自身的生长一0A不同流速下.菖蒲浮床对碳、氮、磷的去除 效果规律表现出相似性0.1 rrr流速 流速O m流速O3 mzsZ速一参考文献:E3 高怡至新伟奔卫东.'号I江济太工程对太湖及周边地区的影员 UY PTTMMG C YMANG Ct.AGaeaarsr mooHrg71.E 聂明华顶U慧慧京旨小英舞.南昌市湖泊水体中不同粒径胶体的三维荧光光谱特征研究 B环境科学学报匚n5 BUFFLEvJ J_H=RAFO G Gand msot2mcfefes.1Scfers &冬©>=MORAN S B VEATTS P A BALLS P W.

22、CKttercfeocBzKinrtEaos rrek=J scfcIGscfljtizmdrrooH rr= BF；ercifefcl ctsi 03QzrtF«rt 3FFtsaacin 1006 J6>39Z3flGB.RAN Y4=UJMand SL-qcenobdHi riuosITSSTOLFE B J-LAS_J_OV MHi cfetrtUfcn 花onvviK saaAjaCLlQaadrwinisa bCbeTKxrt-ria AS-ta SCJJ7 3)32S0S3D1.速引发再悬浮破坏已经生成的絮团或沉淀影响 去除效果怀研究发现03 m专充速下菖蒲浮床对

23、CP9 杨飞尹杰张毅敏等.两种沉水植物附着生物种群特征对水 深的响应研究 B环境科学学报BcO张战平j小小静弱章华舞.太湖春季水体中的胶体有机碳含-12S -量及影响因素分析B中国环境科学7响H水处理技术SD0733<>=1X5 3.q BiJ周影茹 荣晓燕HE俊儒隽.太湖地区高效除氮浮萍品种的筛选及其除氮机理的初步研究B土壤7.编辑湖翠娟<3攵稿日期W道El TEETER A M qHN9ONBH SERGERrEmfcnd sacfrnarfteanqccrt mooHfr vdhncmEa葛铜岗3固源午晓毅舞.串联式菖蒲浮床去除污染河水氮磷的试验研究 B三峡环境与生态

24、8103。&43 STRAMD J A WtztbfczR Sxz>AttimacrcjzFte " Gctrc|driDU90B>=H3GH9.EsZI POV M H -WK3AMD C THVEN9ON J CJBHsEtecfiHlrxxlxBdpfa"t-I I>cillFL xoliillEtEL »on baritfcacrnrrur-Bfes in "the Mqc" Onesqce LJ3reJOEB 37>Ct接第1221页）WEOWO N .TVADHILWVEOWO DdTjtirEEMB

25、sr «J lxJ_o ti fixu* 11io 1 BuFltad23D7>2373212.宕勺 左昊奔康宁京萍萍.硫酸改性小麦秸秆生物炭对氨氮吸附特性研究应用化工 8T746©=I23X3N12 CHU G ZHAOUJHUANG Yjrn cFVrirepfTesAzMzftizm 4T718 二匚 Z1.p>石 ZHANGSH ZHANG HrecfcSffan cfcEchnBUTi renxxrf uniscLtizm jjnciJnTiocSBdactikscI berrtooo b«3dnajZlGna & FLG吴黎明.可持续利用生物浮床水质改善技术的开发研究匠>口女 3318 32<4>ZW033M77.LMJ PJJU W J JANG H日或1扬少卜1步I州大学SD1Q日力刘海洪爹先宁以海亮.浅水湖泊防控黑臭水体复氧技术B东南大学学报。然科学版ND154S W3E3Q吴彩霞申华.根系分泌物的作用及影响因素匚口草业科学200&26>»李稹震娟衰磊篇.人工湿地植物根系分泌物