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在河流污水入湖前利用湖滨湿地生态系统拦截去除污水中的氮磷,而后排入湖泊,成为抑制或减缓淡水湖泊富营养化的一种有效方法。为了了解湿地各功能区对入湖河水的净化机制和净化效果,以及湿地的最佳运行工况、适应环境,进而深入探索污染物在湿地内部迁移转化的过程,揭示湿地污染物汇-源功能转化机理,于2005年5月至2006年9月底,对云南抚仙湖北岸湖滨湿地——马料河复合湿地各功能区进、出水营养盐浓度进行监测,分析营养盐的去除效果。并选择对磷释放严重的功能区——多级表流区,研究不同环境条件(pH值、DO及上覆水初始浓度等)下湿地基质-水界面间磷的迁移;以及通过基质吸附/释放磷速率确定试验、吸附解吸动力学试验及吸附等温线试验等,对基质吸附解吸特性进行研究。并通过静态试验,对湿地基质磷的静态释放进行模拟,判别湿地基质与上覆水间释磷或纳磷过程;考察了几种基质不同配比条件下基质-水界面磷的迁移转化规律;对基质中磷形态进行了分级测定,考察了无机磷形态对基质纳磷/释磷的影响。在以上研究基础上,建立了界面磷迁移动力学模型,探讨了基质-水界面磷的迁移转化规律。
由试验结果可知,不同植被系统的潜流湿地氮磷去除率差别不太大,暴雨对湿地氮的去除效果有很大的影响,连续几天的暴雨情况下,四种植物系统氮的去除率都很低。并且监测期间内,各功能区除磷效果均比较差。潜流区的出水总磷(TP)和溶解性磷酸盐(SRP)浓度大部分高于进水TP浓度,几乎没有除磷效果。尤其是三级表流区,出水TP和SRP浓度不仅不低于进水浓度,而且部分监测结果都高于进水值,湿地存在磷释放。
pH值、溶解氧和湿地上覆水初始浓度等外界因素对湿地基质磷的吸附解吸特性影响较大。在酸性(pH=3.3)和碱性条件(pH=9.3,11.3)下均有利于基质磷的释放,其中碱性条件更有利于基质磷的释放,在接近中性(pH=7.3)的条件下,基质释磷最小。与好氧条件相比,厌氧状态大大促进基质中磷的释放;好氧条件下,基质向水体中释磷很少,有时甚至从水体中吸附磷。基质吸附或释放磷的速率都很大,大部分SRP通量迁移转换都在1小时之内完成,界面系统处基质磷释放/吸附受控于基质.水界面处磷平衡浓度(EPC<,0>)和上覆水SRP浓度梯度的差异大小。
由静态试验结果可知,基质一水界面系统平衡时上覆水SRP浓度为0.23mg/L;当进水浓度超过0.23mg/L时,基质作为汇项吸附磷,出水磷浓度较低;当基质-上覆水界面处不存在磷交换时,这时EPC<,0>较高,甚至高于出水浓度,此时基质就从汇项转换为源项功能。界面系统磷的平衡浓度与基质特性密切相关。基质中铁磷和钙磷是基质-水界面内源磷释放的主要来源。并且几种基质配比得到的混合基质比单一种基质更能有效地提高基质吸附磷的能力。由此选择几种适宜的基质进行最优化组合,使得湿地对营养盐,尤其是磷的吸附容量达到最大。基于基质-水界面磷的迁移转化受控于水动力弥散和吸附过程建立水动力学模型,结合湿地实测数据计算出界面磷平衡浓度值为0.240mg/L,与静态试验结果相差不大。