摘要: 本论文针对城市景观河道硬质护砌、水体透明度低、水深变化大、水生植物特别是沉水植物极难成活的问题，研制出一种新型的“模块化气悬调节式人工沉床的水体净化装置。该装置利用人工沉床载体营造适宜大型水生植物生长的环境条件，并在人工沉床载体上种... 展开 本论文针对城市景观河道硬质护砌、水体透明度低、水深变化大、水生植物特别是沉水植物极难成活的问题，研制出一种新型的“模块化气悬调节式人工沉床的水体净化装置。该装置利用人工沉床载体营造适宜大型水生植物生长的环境条件，并在人工沉床载体上种植大型水生植物，通过水生植物群落的构建，达到修复受损水体生境、净化污染水体水质、进而修复退化的水生态系统的目的。 人工沉床装置可通过浮力调节实现床体在水中的升降，人为调控植物在水下的深度，克服了城市景观河道水深变化大、水体透明度低等不利因素对植物生长的制约，显著提高重富营养化水体植物栽植的成活率，对修复透明度低和水深较大的重污染水体具有明显优势和应用价值。 填料筛选实验结果表明，页岩、陶粒、砾石和麦饭石对化学需氧量的去除效果分别为42.3%、41.8%、37.8%和32.2%，对化学需氧量的去除率排序为页岩＞陶粒＞砾石＞麦饭石；页岩、陶粒、砾石和麦饭石对总氮的去除效果可分别达到67.7%、64.4%、47.7%和55.0%，对总氮的去除率排序为页岩＞陶粒＞砾石＞麦饭石；页岩、陶粒、砾石和麦饭石对总磷的去除效果可分别达到83.0%、73.2%、62.2%和56.1%，对总磷的去除率排序为页岩＞陶粒＞砾石＞麦饭石；从上述四种填料的物理性质来看，陶粒比重较轻，略重于水的比重，而页岩、砾石和麦饭石比重较大，因此，陶粒是一种最为理想的人工沉床填料选择。 单一植物水质净化能力实验表明，不同挺水植物对化学需氧量、总氮、总磷的去除效果存在明显差异。在停留时间为18d时，芦苇、黄花鸢尾和水葱三种挺水植物对化学需氧量的去除率分别为52.7%、48.8%和38.1%，对总氮的去除率分别为72.2%、60.9%和52.1%，对总磷的去除率分别为57.7%、52.1%和43.0%，去除效果排序为芦苇＞黄花鸢尾＞水葱。 植物组合配置实验表明，不同植物组合方式对化学需氧量、总氮、总磷的去除效果存在明显差异。对化学需氧量的去除效果排序为金鱼藻+芦苇+狐尾藻+轮藻组合＞千屈菜+芦苇+黄花鸢尾组合＞慈姑+轮藻+狐尾藻组合＞睡莲+轮藻+狐尾藻组合，在水力停留时间为18d的情况下，上述四种组合方式对化学需氧量的去除率分别60.7%、54.5%、45.9%和45.3%；而对总氮和总磷的去除效果排序为金鱼藻+芦苇+狐尾藻+轮藻组合＞千屈菜+芦苇+黄花鸢尾组合＞睡莲+轮藻+狐尾藻组合＞慈姑+轮藻+狐尾藻组合，上述四种组合方式对总氮的去除率分别去除率达到74.6%、68.1%、44.5%和38.8%,对总磷的去除率分别去除率达到66.9%、62.4%、50.7%和43.8%。因此，从污染物去除效果来看，挺水植物与沉水植物组合是一种最为理想的植物配置方式。 通过正交实验结果表明，用陶粒砖作为模块化沉床的边缘材料，页岩为基质，植入挺水植物芦苇、黄花鸢尾和沉水植物狐尾藻，放置于水位0.50m处，即模块化沉床最佳组合形式为A2B2C2D3时，对水体总磷、总氮、化学需氧量的去除率分别可达85%，79%和45%。投入QH（强化微生物）菌对水体总磷去除效果极显著，对水体总氮的去除效果显著。 通过在天津市外环河的现场实验结果表明，当停留时间为6d时，人工沉床对化学需氧量、总氮、总磷的去除率在植物生长期内（3～10月份）可分别达到30%～35%、35%～40%和30%～40%；冬季（11～2月份）可分别达到5～10%、5～15%左右和7～20%。 水体在人工沉床实验区内，化学需氧量、总氮和总磷浓度随停留时间的变化规律符合一级动力学方程，其复相关系数均在0.9以上。而且水温是影响化学需氧量、总氮、总磷一级动力学衰减系数（K值）的一个重要参数，对化学需氧量、总氮和总磷而言，其k值随水温的变化趋势均符合S型增长曲线，即在水温过低和水温过高时，水温的变化对K值的影响并不大，但在某一适当温度范围内，水温的上升将导致K值的快速增加。 收起