流域水葫蘆控制與利用生態(tài)工程研究.pdf

1、水葫蘆于20世紀(jì)30年代傳入我國(guó)，近年來(lái)由于流域水體的富營(yíng)養(yǎng)化使其蔓延速度極快。它侵占水道，干擾水生生態(tài)系統(tǒng)平衡，影響當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)生產(chǎn)，成為一大公害。 生態(tài)工程是一種全新的技術(shù)和方法，它在無(wú)需投入大量能源的情況下，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)和非再生資源，而且將污染物轉(zhuǎn)化為人類可以利用的再生資源，避免污染的轉(zhuǎn)移。本研究遵循生態(tài)工程設(shè)計(jì)的基本原則，首先通過(guò)野外觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究，摸清流域水葫蘆的生長(zhǎng)規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上提出水葫蘆生長(zhǎng)控制的對(duì)策建議

2、；隨后應(yīng)用水葫蘆生長(zhǎng)模型和剩余生產(chǎn)模型，定量研究了通過(guò)水葫蘆打撈凈化水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的效果；對(duì)于所打撈的水葫蘆，則結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，對(duì)研究區(qū)原有的沼氣發(fā)酵工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，進(jìn)行水葫蘆厭氧發(fā)酵中試實(shí)驗(yàn)，并提出了發(fā)酵產(chǎn)物的綜合利用途徑；最后則采用能值分析與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的方法，定量分析了所設(shè)計(jì)水葫蘆生態(tài)工程的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益及其可持續(xù)性。 論文所取得的主要成果和研究結(jié)果如下： (1)流域內(nèi)水流較緩及水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量較高的內(nèi)河道

3、、引水渠、池塘等地是水葫蘆的主要生長(zhǎng)分布區(qū)，在適宜條件下，水葫蘆植株可在8～10天內(nèi)可翻一番。水葫蘆較耐瘠，在無(wú)外來(lái)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充的情況下，大的植株在將近一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)仍能正常生長(zhǎng)。TN和TP是水葫蘆生長(zhǎng)的主要限制因子，當(dāng)水體TN濃度小于2.0mg/L或TP濃度小于0.05mg/L，水葫蘆的生長(zhǎng)狀況與蒸餾水空白對(duì)照之間的差異不顯著，該濃度值可作為野外控制水葫蘆瘋長(zhǎng)的參考閾值濃度。 (2)畜禽廢水對(duì)水葫蘆的生長(zhǎng)有著明顯的促進(jìn)作用，在中

4、等濃度的畜禽廢水中，水葫蘆的植株數(shù)在6～7天可增一倍。與此同時(shí)，水葫蘆對(duì)中高濃度的畜禽廢水有很強(qiáng)的凈化能力，在自然狀態(tài)下，25天內(nèi)對(duì)COD<,cr>、TN、TP的去除率分別在60﹪～88﹪、50﹪～90﹪及50﹪～60﹪之間。水葫蘆對(duì)畜禽廢水中的COD<,cr>、TN及TP的去除速率，均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，且具有很好的相關(guān)性。 (3)水葫蘆吸收營(yíng)養(yǎng)鹽用于光合作用，當(dāng)植株被收獲時(shí)，在水中的營(yíng)養(yǎng)鹽將包含在植物組織中而被去除。水葫蘆

5、的生長(zhǎng)特征可用羅輯斯蒂方程表示，在野外陽(yáng)光充足的條件下，其生長(zhǎng)速率主要受溫度和營(yíng)養(yǎng)鹽的影響。論文通過(guò)野外實(shí)驗(yàn)和文獻(xiàn)查詢，建立了九龍江流域水葫蘆生長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型和剩余生產(chǎn)模型，并利用該模型計(jì)算了研究區(qū)6000m<'2>的水體實(shí)施水葫蘆打撈策略后所能去除TN和TP的最大理論值，其結(jié)果為每年最大能去除214.4kg TP和966.6kg TN。 (4)接種率、破碎程度、溫度等是影響水葫蘆厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效率的主要因素。 水葫蘆最佳

6、接種率為1∶1 TS；高溫消化與中溫消化相比，其產(chǎn)氣效率無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)；水葫蘆經(jīng)簡(jiǎn)單切分后產(chǎn)氣效率最高；兩相分離后系統(tǒng)穩(wěn)定性良好，有利于整體的厭氧消化。在實(shí)驗(yàn)室中溫35℃最佳反應(yīng)條件下，水葫蘆厭氧發(fā)酵的平均容積產(chǎn)氣率可達(dá)0.3lm<'3>/m<'3>d，原料產(chǎn)氣率為0.54m<'3>/kgTS。 (5)在水葫蘆厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室小試及參考我國(guó)農(nóng)村傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)構(gòu)建了5m<'3>+15m<'3>兩級(jí)反應(yīng)池，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)中試實(shí)驗(yàn)。實(shí)

7、驗(yàn)80天內(nèi)的平均原料產(chǎn)氣率達(dá)0.305m<'3>/kgTS，與其他常用發(fā)酵原料的產(chǎn)氣率相比，中試實(shí)驗(yàn)水葫蘆產(chǎn)氣率處于中等水平。中試實(shí)驗(yàn)每天產(chǎn)生的沼氣基本上夠兩家農(nóng)戶燒水做飯使用；沼液經(jīng)一級(jí)氧化塘后進(jìn)入到養(yǎng)魚塘，不僅能為魚類提供豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且出水COD在100mg/L以下；年產(chǎn)沼渣約7000～8000kg，可作為5畝耕地或菜地的有機(jī)肥使用。 (6)對(duì)所設(shè)計(jì)的水葫蘆生態(tài)工程進(jìn)行了能值分析，其凈能值產(chǎn)出率(EYR)為5.16，