1、3.3.4 10mg/L废水中植物在不同土壤的磷含量对比 383.3.5 120mg/L水中植物在不同土壤中磷含量对比 40第四章结论与分析 424.1结论 424.2结论分析 42参考文献 44致谢 45前言目前普遍的水处理方式，大都利用物理，化学方法处理污水。譬如往水体里投加化学药品，投加吸附剂等，这样处理的成本较高，且很容易造成二次污染，且不适用于治理大面积的受污染水体，譬如湖泊，江河等。近些年来，很多学者利用湿地生物处理方法来处理生产、生活废水。湿地生态系统中的植物土壤微生物在整个生源物质循环和对营养物质的截留功能中起着十分重要的作用，尤其是植物。利用湿地植被系统修复受污染水体，有操作
2、简单、投资少、不易造成二次污染等优点。湿地生态系统利用水-土壤-植被之的协同作用，对污染物进行净化。本文进行了不同环境因子条件下洲滩湿地植被磷循环的规律研究。通过改变几种不同的环境因子，来研究湿地植被的磷循环的规律。本课题主要是通过改变土壤、含磷废水的浓度以及废水中的COD探究对于湿地植被中的磷循环的规律研究，本篇论文共分为四章，第一章为绪论，主要阐述了目前的传统处理方式和生物处理方式，第二章为实验的前期准备阶段包括实验器材以及实验方案，第三章为数据分析部分，主要是对实验得出的数据进行图表数据分析，第四章是结论部分。第一章 绪论1.1研究背景湿地指天然或人工形成的沼泽地等带有静止或流动水体的成
3、片浅水区，还包括在低潮时水深不超过6米的水域。湿地的范畴比较广，主要可以分为3大类：海洋和海岸湿地，内陆湿地和人工湿地，而洲滩湿地就包括在海洋和海岸湿地中。通常来说湿地的作用有：（1）调节水量，在滞后洪水的同时还储蓄水；（2）调节天气；（3）物质生产，湿地拥有着大量的生物资源，物产丰富；（4）净化水源，湿地中的大量植物，微生物可以除去废水中的污染物。污染问题是我国面临的最严重威胁之一，湿地污染不仅引起水质恶化，而且对湿地的生物多样性也造严重危害。目前许多天然湿地已经成为工农业废水、生活污水的承泄区。从20 世纪 80 年以来，我国水质严重污染的湖泊数量急剧增加。进入90年代后尽管也采取了一系列
4、的措施，但湿地生态环境情况还是继续恶化1 。众所周知，磷在水体的各种营养元素的循环中占有很大的比例。湖泊中磷的自然循环，主要有岩石的风化（涉及机械的、化学的和生物化学的作用）释放、被陆地生物吸收利用及通过降解回到土壤中、在地下水与土壤颗粒之间的交换反应、在淡水湖泊中的迁移转化、河流对可溶性磷的搬运并通过海湾到海洋的迁移等方式。而人为的污染是湖泊水体磷的一个重要来源，比如工业农业和城市生活废水等。废水直接排入水体、废气通过降雨的形式也经过地表径流进入了湖泊、湿地等。这些活动造成了湿地含有大量的氮、磷、有机污染物、重金属污染物、无机盐类污染物以及固体悬浮物等，导致水体的富营养化、藻类滋生、水质恶化
5、2。因此对污水进行脱氮除磷的处理要求越来越紧迫。目前传统的污水二级处理的脱氮除磷效率不高；三级处理又因为建设成本太高，资金需求量太大不适合大规模处理，因越来越多的研究开始投向湿地这一独特的生态系统。1.2传统废水处理的方式（1）传统活性污泥处理法：污水处理工艺中最早出现的是传统的活性污泥法。传统活性污泥处理法的优点是有机物的去除率相对比较高，但是污泥负荷也高；处理池容积较小，有效地减少了电力损耗，运行费用较低。与此同时，普通曝气滤池法占地比较多，建设成本大，且该工艺不具备除磷脱氮功能，仅仅能满足SS、COD、BOD的出水标准，而且普通曝气滤池的污泥量较多。（2）SBR法工艺：其特点是进水、反应
6、、沉淀、排放在同一池子中同时完成，周而往复的进行。SBR法本身不存在二沉池以及污泥回流设备，较传统活性污泥产生的污泥量少，设备结构简单，运行较灵活，且省去了调节池，节约了投资。缺点是该工艺的操作比较复杂，自控程度要求高，不利于管理。（3）氧化沟法：此工艺被认为是活性污泥法的一种转变。活性污泥和污水均匀混合后在环状的沟道里不停地循环，不间断地曝气，所以氧化沟法又被称为循环曝气池。这种工艺的优点是不设置污泥消化池、初沉池，因此结构简单，工艺稳定，管理方便，有机质的去除率较高，同时也具有除磷、脱氮的功能，适用于中小规模的污水长。缺点是不省电，电力消耗大，运营费用比较高。（4）A2/0法：目前常用的除
7、磷和脱氮工艺是A2/0法。厌氧区释放磷，好氧区吸收磷，达到除去污水中磷的作用；污染物在好氧区被降解、氧化，可去除污水的COD和BOD的作用；由于存在硝化菌，有机氮先转化为氨氮，而后转化为亚硝酸氨和硝酸氮，富含硝酸氮的污泥回流到缺氧区用来补充碳源。（5）AB法：吸附、生物降解的两段生物处理法。此工艺采用了吸附以及传统活性污泥法的两次生化处理，工艺单元构成比较复杂,污泥不稳定,建设投资、处理成本高，一般不设初沉淀。1.3 生物处理技术生物处理技术可以用在不同的生态自然系统中，有的是以土壤作为处理媒介的，有些是以水生植被。这些生态自然系统和传统的废水处理的方法相比，具有效果好，能耗较低，运营费用低，
8、设备的维护比较简单等特点。（1）植物净化技术对水质有净化效果的植物主要有三种：水生植物、水生植物和陆生植物。植物吸收污染物，如磷、氮、重金属等。植物收割后，污染物也随之被去除。大量的研究表明，废水中种植的水生植物的根系，截污容量很大，使水中悬浮物迅速分解。（2）生物氧化塘技术生物氧化塘，是利用湖泊水塘中中的微生物和藻类之间的协同作用，来处理污水的一种生态自然系统。研究表明，水生植物氧化塘对COD、BOD、TP有明显的去除效果。生物氧化塘相对于传统的微生物处理工艺相比,投资少，设备简单。缺点是处理时间长，占地面积比较大，及受气候影响比较严重3。1.4 湿地植被对污染物的净化作用1.4.1植被在湿
9、地中的作用 植被对湖泊的生态修复功能主要包括:水质修复、食物链修复、驳岸修复、农业面源污染修复、生物多样性修复等方面4。湿地植被对湖泊水体净化作用主要体现在三个方面:1）直接吸收水体中可利用的营养物质,吸附、降解多种有机物,富集重金属和一些有毒有害物质,将它们转化为生物量。许有些湿地植物还含有能与重金属链结的物质,从而参与金属解毒过程。香蒲和芦苇都已被成功地用来处理污水，浮萍、凤眼莲可作为含汞、砷、锅污水的净化植物。2）为根区好氧微生物输送氧气。植物不仅能通过根系来吸收难降解的有机化合物,还能将湿地植物光合作用产生的氧气输送至根区,从而在植物根区形成适宜于土壤微生物生长的微生态环境,提高整个湿
10、地生态系统微生物的数量,增强湿地对污染物的去除作用。3）在富营养化严重的水体中,种植大型水生光合植物能抑制蓝藻的生长5。1.4.2 湿地植被对COD的净化作用化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand） 化学需氧量代表的是在废水中能被氧化的物质的所需要的含氧量。化学需氧量越高就代表研究的有机质污染越严重，这些有机质污染来自很多地方，人类的生产生活废水、工业废水、农药、废料等，各个方面。如果处理不当，这些大量的有机质就有可能被水中的底泥所吸收，在底泥中堆积，危害湖泊的生态环境；而如果人类食用湖泊中的动植物，那么人类也会吸收了这些动植物体内的大量的毒素，在人类的体内堆积，这些会
11、给人类造成很大的影响，这些毒物常有致癌、致畸形、致突变的作用，对人极其危险6。如果用受污染的湖泊水对农作物经行灌溉，人类食用这些农作物后，也会跟上述一样给自身带来危害。湿地中的植物群落不但能够拦截，过滤掉大量的不溶性的有机质，而且还可以通过植物根系的吸附，吸收及根茎生物的生物降解的作用，处理掉湿地污水中的可溶性的有机物，大大地促进了有机质的降解的过程；湿地植物的根系活动使得根系巨大的表面积能够为微生物提供良好的微环境，增强和促进了湿地系统对污水COD的净化效果7。1.4.3湿地植物对磷素的吸收作用在湿地中，植被起到重要的贮存磷的作用，而且是湿地磷循环过程中不可缺少的一部分。不同植物种类在不同生
12、长时期对磷的积累特征明显不同。熊汉锋等8对梁子湖湿地植物的氮磷积累特征进行研究的过程中，挺水植物积累的磷量最少，而且植物体内营养物质含量随时间变化表现出一定的规律性，这与植物本身生长规律有关。春季是植物初生季节，植物大量吸收养分，磷积累量会迅速上升，到了秋季进入生活周期末期，由于对养分需求减少，以及通过枯落物归还给土壤，植物的磷积累量开始下降。而植物的结构和功能不同，在磷循环过程中积累磷的程度也不尽相同。总的来说，植物的叶子是光合作用的主要结构，新城代谢的速度最快，所以叶子部位含磷的浓度最高，而相比叶子来说，植物的根茎，细根的磷含量就较少一些。1.5 不同湿地植被中磷的循环过程1.5.1鄱阳湖
13、湿地灰化苔草湿地灰化苔草生物量、氮磷季节变化及磷积累量都呈现出动态变化，灰化苔草地上及地下部分的磷含量都在3月初达到最高值，然后随着时间的推移迅速的降低，然后又迅速的升高，最低值的点是在4月份，然后缓慢的升高。植物体内磷含量与土壤磷含量的动态变化研究发现，灰化苔草湿地植物与土壤的氮磷相互关系显著。土壤全磷含量主要受土壤母质、pH 值、植物吸收等因素影响，湿地土壤全磷含量初期相对较高，随着植物生长吸收大量磷，全磷含量快速下降，随着植物生长放缓，全磷含量又开始回升9。1.5.2崇明东滩盐沼带海三棱蔗草湿地中的磷元素通过与海三棱蔗草相互作用实现其磷循环或者磷形态的转换，夏季海三棱蔗草全磷总量以及含有
14、的生物量都是高的,说明此时的海三棱蔗草群落吸收了湿地水中大量的磷元素。海三棱蔗草的吸收直接导致湿地中磷的减少,湿地中全磷含量为最低的季节是秋冬季节，由于海三棱蔗草的枯萎凋落以及其地下根系腐解以磷酸盐的形式转入湿地中,此时湿地中的磷元素含量又大量提高10。1.5.3杭州湾潮滩湿地三种植物湿地互花米草、芦苇、海三棱蔗草这三种植物在生长的初期3月和11月的枯萎期期间地下根系磷含量最高，在植物的旺盛的生长期间，磷含量最低，芦苇和海三棱薦草在7月的磷含量最低,而互花米草在9月量最低。而在植物不同部位的磷含量的对比实验中发现，同种植物的不同部位的磷含量差异不是很显著，不同植物间的磷含量倒是很明显啊。总的来
15、说就是海三棱蔗草体内磷含量相对于其他两种的植物而谈要高一点,这是实验研究表明的。双因素方差分析表明,植物体内磷含量植物间的差异要小于季节间的变化差异11。1.6湿地植被磷循环的影响因素湿地植被磷循环的影响因素有这几种：PH值，温度，溶解氧，有机质，进水的磷的浓度以及基质的性质12。1.6.1气候与温度植物的生长存在一定的周期性，温度20-40摄氏度的时候，植物的生长速度最快，代谢的速率最快，因此温度相对较高的夏天秋天比较适合植物的生长和旺盛发展，植物生长的变化规律大概为夏季春季秋季冬季13。1.6.2水文条件湿地水文条件主要包括水力负荷，水位，水力停留时间，这些是湿地水力特性的重要参数。其中湿
16、地生态系统的处理效率很大程度上都是跟污染水体与微生物接触的时间的影响，而水文条件就是与之相关的参数，跟植物磷循环的效果有着十分重要的关系。接触时间太短，植物得不到充分的利用，接触时间太长，湿地的特点得不到体现14。本文主要对不同环境因子条件下洲滩湿地植被磷循环的规律进行研究。改变环境因子，如土壤，不同浓度的含磷溶液、COD等条件，分析湿地植被、土壤、水之间的磷循环关系；在不同的环境条件下，对湿地植被、土壤、水中磷素循环进行探讨，尤其是植被中磷素的变化过程。实验过程中，即时记录实验数据，并对其进行数据分析与讨论，完成毕业论文撰写。实地考察天印湖湿地的植被，研究天印湖周边所含有的植物对湿地生态环境
17、的处理效果，为天印湖生态环境的保护与防治提供参考。第二章实验方法及实验装置2.1 采样点布设天印湖是南京工程学院的内湖，采样点A的点在学海湾前面，这里水质清楚，土质均匀，附近没有排污口，土壤中杂质含量较少，适合作为实验，采样点B点在行政楼前面，由于靠近排污口，水质比较浑浊，而且实地采样的过程中我们发现，该处的土质比较松软，含有大量的杂质，对比于A出的土质有很大的差距，适合作为对比实验。 图1采样点位置示意图在南京工程学院天印湖周边两个采样点取实验所需的土壤，并选取实验所需的植物：香蒲。香蒲是一种多年生水生或沼生草本。根状茎乳白色。地上茎粗壮，向上渐细，通过对香蒲的研究，发现香蒲植物的叶片呈现肉
18、质，组织也十分发达，根茎非常发达，对于污染水质有着较强的处理的效果，而且香蒲也是常见的湿地植物，适合实验。2.2 实验方法与设计实验是模拟3种不同环境因素，一次选取了5个盆，放入适量的同种土壤，然后配制出5种不同的废水，将采购的香蒲苗放入蒸馏水中洗净，依次栽植到不同的盆中，每个盆种10株，栽植完成后，统一挪到二楼阳台，保证阳关充足，天黑后挪到屋内，早上8点挪出去晒太阳。模拟培养于2015年4月7日2015年4月30日进行，培养期间各实验组水量保持一致，土壤表层始终有上覆水。并且每隔2天采集一遍植物，每次采集两株。经过研究讨论，该实验中不同环境因素选定为：不同的土壤、不同的废水中含磷浓度、不同的
19、植物生长所需碳氮比。每组实验均有对照实验第一组：维持植物生长的碳氮比相同 取A种土壤分别装在3个实验器材塑料盆中，分别放入3种不同的含磷溶液的模拟废水，其中碳氮比都是相同的，都是固定值，其中碳氮比都是相同的COD=500mg/L，氨氮=60mg/L，3种不同的含磷废水分别为：1）种模拟废水中总磷含量=120mg/L； 2）种模拟废水中总磷含量=10mg/L；3）天印湖模拟废水取天印湖排水口的水质第二组：维持模拟废水中总磷浓度相同取采样点的土壤，分别装在2个实验器材中，分别放入两种碳氮比不同的模拟废水，其中总磷含量是相同的，都是60mg/L（可以直接取天印湖的湖水）。其中：（a）种模拟废水的碳氮
20、为，COD=500mg/L，氨氮=60mg/L；（b）种模拟废水的碳氮比为COD=200mg/L，氨氮=60mg/L。在A组实验结束之后，洗净盆再放入类的土壤，再次进行实验植物的养植。2.3测定指标1：土壤背景值的测定：对采集的土壤放入烘箱中调到100摄氏度进行烘干，然后进行实验分析，具体方法参考如下：土壤中的总磷用钼锑抗分光光度法测定。2：植物体内磷的分布情况：分别取在不同环境因素条件下的植物的叶，根，茎，采用钼锑抗分光光度法的实验方法测算出总磷在植物体内的分布情况。2.4实验试剂配制与制备1）主要试剂及溶液盐酸：抗坏血酸（c6H8O6）；浓硫酸；钼酸铵（AR）；酒石酸锑钾（AR）；双氧水；
21、2）钼锑储存液：用量筒量取浓硫酸153ml倒人4O0mL的蒸馏水中，另称取10g钼酸铵倒入其中，再加入05g的酒石酸锑钾，稀释到1000mL的容量瓶中，用蒸馏水定容。放到冰箱定容。3）钼钼锑抗显色剂:1.50g抗坏血酸（C6H8O6,左旋,旋光度+21+22, 分析纯） 溶于100ml钼锑贮存液中,此液须随配随用,有效期一天,冰箱中存放,可用35天。4）钼锑抗比色法磷标准液：用分析天平称04390g磷酸二氢钾（已经烘干），溶于200mL的蒸馏水中，加入5mL的浓硫酸，转入1000mL容量瓶中用蒸馏水定容放到冰箱定容。得到100gmL磷标准液。5）磷标准工作液（P）=5 mg/L:吸取100mg
22、/L P标准贮存液稀释20倍,即为5 mg/L P标准工作溶液,此溶液不宜久存15。2.5实验样品预处理采集各组土壤样品，上层液体，植物根、茎、叶，立即带回实验室进行总磷测定；同时采集部分土壤。植物消解方法：称取经烘干粉碎的植物样品0.4g，放置于锥形瓶中，加入粒防爆珠，加入少许蒸馏水浸润，加入8mL的浓硫酸。静置一会儿后，缓慢将样品加热到4O0500摄氏度，当锥形瓶中冒白烟溶，溶液为均匀的棕黑色时，取下加入，往锥形瓶中滴加10滴过氧化氢，摇匀后放回继续加热煮510 min，取下稍微冷却再加过氧化氢8滴，这样反复45次，但加入的过氧化氢的量是逐渐减少的，直至最后消解的溶液变为无色或者澄清透亮。
23、最后继续加热消解1020min，除去剩余的过氧化氢。之后把消煮液无损失移到100mL容量定容，为试样分解液。 土壤消解方法：称取通过粉碎机粉碎的风干土样0.2500g（精确到0.0001g）在坩埚底部，滴加几滴无水乙醇来湿润样品，然后加入2g固态片状的氢氧化钠平铺在土样品的表面。将坩埚放入高温电炉中持续升温，当温度升至400摄氏度左右时，保持15min；然后继续升温到640摄氏度，保温15min，取出冷却。再向坩埚中加入10ml水加热至80摄氏度，待熔块溶解后，将坩埚内的溶液转入50ml离心杯中，同时用3mol/L硫酸溶液10ml和适量的水多次洗涤坩埚，然后进行4000转/min离心。将上清液
24、全部转移至100ml容量瓶中，用水定容,然后经行检测。 吸取定容过滤或澄清后的分解液5.00ml（V2,含P530g）于50ml容量瓶中, 用水稀释至约30ml,然后加入钼锑抗显色剂5.00ml,摇匀,用水定容（V3）。在室温高于15摄氏度的条件下放置30min后,用1cm光径比色槽在波长700nm处测定吸光度,以空白溶液为参比调节仪器零点。 校准曲线或直线回归方程:准确吸取（P）= 5mg/L标准工作溶液0, 0.5,1，3，5，10，15ml,分别放入50mL容量瓶中,加水至30ml,同上步骤显色并定容, 与待测液同时测定,读取吸光度,然后绘制校准曲线或直线回归方程16。计算公式为式中，（
25、P） 植物磷的质量分数，%；（P） 从校准曲线或回归方程求得的显色液中磷的质量浓度，mg/LV1消煮液定容体积， ml；V2吸取测定的消煮液体积，ml；V3显色液体积， ml；m称样量，g；10-4将mg/L浓度换算为百分含量的换算因数17。第三章 数据处理与分析3.1 A类土壤中COD和磷的改变对于植物中磷的分布的规律研究表1A种土壤不同环境因子条件下养殖的植物吸光度和植物中磷的质量分数mg/L吸光度磷含量质量分数%500根茎叶0.3620.042530.540.063850.5280.0624760.1650.018870.0220.001690.3840.0451780.0970.010
26、700.0480.004810.1020.01130270.0150.000850.0860.009370.2250.02607810.7670.091180.5560.065770.0960.0105822000.0410.0039750.3420.040090.1610.01839010.0390.00373480.0250.002050.0580.00601720.0680.0072180.0370.003490.3020.03532770.030.00265370.0190.001330.0110.00037150.2270.02631830.0420.001930.0240.0040
27、952100.0510.00517630.0620.006490.0460.00457570.0730.00781910.0340.003130.0740.00793920.2060.02379570.2040.023530.1280.0144260.1050.001210.0930.7050.08373810.4660.054970.2070.0239155天印湖0.0920.01010150.0160.000970.0230.00181750.0260.00217320.0450.004450.0320.0028940.2110.024370.0910.00998150.1090.01214360.0990.010930.0180.00121250.8360.09947450.1080.012010.9660.11509071200.00397510.009380750.00121220.010570.011302750.2140.02
