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30年代傳入我國，近年來由于流域水體的富營養(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?shù)氐慕?jīng)濟生產(chǎn)，成為一大公害。 生態(tài)工程是一種全新的技術和方法，它在無需投入大量能源的情況下，保護生態(tài)系統(tǒng)和非再生資源，而且將污染物轉化為人類可以利用的再生資源，避免污染的轉移。本研究遵循生態(tài)工程設計的基本原則，首先通過野外觀測和實驗室實驗研究，摸清流域水葫蘆的生長規(guī)律，并在此基礎上提出水葫蘆生長控制的對策建議

2、；隨后應用水葫蘆生長模型和剩余生產(chǎn)模型，定量研究了通過水葫蘆打撈凈化水體中營養(yǎng)鹽的效果；對于所打撈的水葫蘆，則結合研究區(qū)的實際情況，對研究區(qū)原有的沼氣發(fā)酵工藝進行適當?shù)母倪M，進行水葫蘆厭氧發(fā)酵中試實驗，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經(jīng)濟分析的方法，定量分析了所設計水葫蘆生態(tài)工程的生態(tài)經(jīng)濟效益及其可持續(xù)性。 論文所取得的主要成果和研究結果如下： (1)流域內水流較緩及水體營養(yǎng)鹽含量較高的內河道

3、、引水渠、池塘等地是水葫蘆的主要生長分布區(qū)，在適宜條件下，水葫蘆植株可在8～10天內可翻一番。水葫蘆較耐瘠，在無外來營養(yǎng)補充的情況下，大的植株在將近一個月的時間內仍能正常生長。TN和TP是水葫蘆生長的主要限制因子，當水體TN濃度小于2.0mg/L或TP濃度小于0.05mg/L，水葫蘆的生長狀況與蒸餾水空白對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的參考閾值濃度。 (2)畜禽廢水對水葫蘆的生長有著明顯的促進作用，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，水葫蘆對中高濃度的畜禽廢水有很強的凈化能力，在自然狀態(tài)下，25天內對COD<,cr>、TN、TP的去除率分別在60﹪～88﹪、50﹪～90﹪及50﹪～60﹪之間。水葫蘆對畜禽廢水中的COD<,cr>、TN及TP的去除速率，均符合一級動力學方程，且具有很好的相關性。 (3)水葫蘆吸收營養(yǎng)鹽用于光合作用，當植株被收獲時，在水中的營養(yǎng)鹽將包含在植物組織中而被去除。水葫蘆

5、的生長特征可用羅輯斯蒂方程表示，在野外陽光充足的條件下，其生長速率主要受溫度和營養(yǎng)鹽的影響。論文通過野外實驗和文獻查詢，建立了九龍江流域水葫蘆生長數(shù)學模型和剩余生產(chǎn)模型，并利用該模型計算了研究區(qū)6000m<'2>的水體實施水葫蘆打撈策略后所能去除TN和TP的最大理論值，其結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)氣效率無明顯優(yōu)勢；水葫蘆經(jīng)簡單切分后產(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。在實驗室中溫35℃最佳反應條件下，水葫蘆厭氧發(fā)酵的平均容積產(chǎn)氣率可達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)酵實驗室小試及參考我國農(nóng)村傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵工藝的基礎上，設計構建了5m<'3>+15m<'3>兩級反應池，并進行了現(xiàn)場中試實驗。實

7、驗80天內的平均原料產(chǎn)氣率達0.305m<'3>/kgTS，與其他常用發(fā)酵原料的產(chǎn)氣率相比，中試實驗水葫蘆產(chǎn)氣率處于中等水平。中試實驗每天產(chǎn)生的沼氣基本上夠兩家農(nóng)戶燒水做飯使用；沼液經(jīng)一級氧化塘后進入到養(yǎng)魚塘，不僅能為魚類提供豐富的營養(yǎng)物質，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肥使用。 (6)對所設計的水葫蘆生態(tài)工程進行了能值分析，其凈能值產(chǎn)出率(EYR)為5.16，