流域水葫芦控制与利用生态工程研究

【摘要】：水葫芦于20世纪30年代传入我国，近年来由于流域水体的富营养化使其蔓延速度极快。它侵占水道，干扰水生生态系统平衡，影响当地的经济生产，成为一大公害。 生态工程是一种全新的技术和方法，它在无需投入大量能源的情况下，保护生态系统和非再生资源，而且将污染物转化为人类可以利用的再生资源，避免污染的转移。本研究遵循生态工程设计的基本原则，首先通过野外观测和实验室实验研究，摸清流域水葫芦的生长规律，并在此基础上提出水葫芦生长控制的对策建议；随后应用水葫芦生长模型和剩余生产模型，定量研究了通过水葫芦打捞净化水体中营养盐的效果；对于所打捞的水葫芦，则结合研究区的实际情况，对研究区原有的沼气发酵工艺进行适当的改进，进行水葫芦厌氧发酵中试实验，并提出了发酵产物的综合利用途径；最后则采用能值分析与技术经济分析的方法，定量分析了所设计水葫芦生态工程的生态经济效益及其可持续性。 论文所取得的主要成果和研究结果如下： (1) 流域内水流较缓及水体营养盐含量较高的内河道、引水渠、池塘等地是水葫芦的主要生长分布区，在适宜条件下，水葫芦植株可在8～10天内可翻一番。水葫芦较耐瘠，在无外来营养补充的情况下，大的植株在将近一个月的时间内仍能正常生长。TN和TP是水葫芦生长的主要限制因子，当水体TN浓度小于2.0mg／L或TP浓度小于0.05mg／L，水葫芦的生长状况与蒸馏水空白对照之间的差异不显著，该浓度值可作为野外控制水葫芦疯长的参考阈值浓度。 (2) 畜禽废水对水葫芦的生长有着明显的促进作用，在中等浓度的畜禽废水中，水葫芦的植株数在6～7天可增一倍。与此同时，水葫芦对中高浓度的畜禽废水有很强的净化能力，在自然状态下，25天内对COD_(cr)、TN、TP的去除率分别在60％～88％、50％～90％及50％～60％之间。水葫芦对畜禽废水中的COD_(cr)、TN及TP的去除速率，均符合一级动力学方程，且具有很好的相关性。 (3) 水葫芦吸收营养盐用于光合作用，当植株被收获时，在水中的营养盐将包含在植物组织中而被去除。水葫芦的生长特征可用罗辑斯蒂方程表示，在野外阳光充足的条件下，其生长速率主要受温度和营养盐的影响。论文通过野外实验和文献查询，建立了九龙江流域水葫芦生长数学模型和剩余生产模型，并利用该模型计算了研究区6000m~2的水体实施水葫芦打捞策略后所能去除TN和TP的最大理论值，其结果为每年最大能去除214.4kg TP和966.6kg TN。 (4) 接种率、破碎程度、温度等是影响水葫芦厌氧发酵产气效率的主要因素。

【学位授予单位】：同济大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X52