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摘要
所谓前置库，是指利用水库存在的从上游到下游水质浓度变化梯度特点，根据水库形态，将水库分为一个或者若干个子库与主库相连，通过延长水力停留时间，促进水中泥沙及营养盐的沉降，同时利用子库中大型水生植物、藻类等进一步吸收、吸附、拦截营养盐，从而降低进入下一级子库或者主库水中的营养盐含量，抑制主库中藻类过渡繁殖，减缓富营养化进程，改善水质。在典型的前置库内，河水首先进入初沉池，由于挡板和溢流板的作用，泥沙和颗粒物在初沉池得以充分沉淀，然后进入主反应区，主反应区发生物理化学及生物作用，加快了氮磷、有机物的去除速率。前置库因其费用较低、管理方便等优点，正成为控制湖库面源污染的有手段径之一，但从国内外研究现状来看，仍存在一些不足，如对前置库的研究面上不够广，点上不够深；学者多把研究重点放在除磷上，对氮、有机物和悬浮颗粒去除机理研究较少；对于前置库区的植物选配报道较少。 本文借鉴物理、化学和生物等多学科技术在水环境治理中的研究成果，提出了滇池入湖河流前置库综合处理生态系统。从实验室静态试验选择吸附剂、河流泥沙吸附氮磷、生态防护墙设计等方面对前置库净水功能进行强化，并在滇池流域入湖河流东大河进行河口前置库示范工程的跟踪研究，对前置库改善水质效果、污染物去除机理、水体净化效果强化技术及数值模拟等方面进行了探索性研究，本课题对改善入滇池河流的水质、削减面源污染物、提升滇池旅游景区形象有着重要的现实意义。 实验室选配植物的静态试验结果表明，所选择的植物对氮、磷、有机物等保持着较高的削减效率，芦苇、鸢尾、水芹菜、海菜花和金鱼藻对氮去除量与生物量增加值的比例分别达到3731.3mg/kg、2678.3mg/kg、5926.5mg/kg、4656.5mg/kg和1457.8mg/kg。在模拟东大河河水污染物浓度范围内，稀土吸附剂吸附氮磷的过程符合Frundlich吸附模型，对氮、磷最大静态吸附量分别达到10.8 mg/g和23.8 mg/g。河流中泥沙对氮磷亦有一定的去除效果，泥沙对氮磷的最大吸附量分别达到0.33 mg/g和1.15 mg/g，泥沙对磷的吸附符合Langmuir吸附等温式，对氮的吸附符合Freundlich吸附等温式，二者的相关系数R2都在0.98以上。 本课题在静态试验研究的基础上，还开展了示范工程建设及其跟踪研究。示范工程运行经验表明，综合应用河流泥沙、吸附剂、生态防护墙和水生植物的前置库生态系统运行稳定，在前置库内按库容每半年投加稀土吸附剂的量维持在1.0 g吸附剂/m3容积，并增设生态防护墙（内部填充陶粒、上部培栽植物等）生态工程措施，可以强化前置库的净水效果。2008～2009年跟踪监测结果显示，旱季典型污染物TN、NH3-N、TP、COD、SS去除率分别达到45.2％、40.2％、79.3％、30.1％和74.4％；雨季典型污染物TN、NH3-N、TP、COD、SS去除率分别达到58.2％、77.1％、84％、35.2％和86.6％。 采用PFU法监测前置库及对照点生物群落变化，对比研究了微型生物群落的构成特征和生物量增长与污染物去除率之间的关系。微生物检测结果显示，随着示范工程运行时间的延续，原生动物如臂尾轮虫、龟甲轮虫等逐渐出现，生物群落逐渐稳定，底泥基质中附着微生物量达到0.23μg P/g基质，对AOC、BDOC生物稳定性指标有较好的去除效果，最大净化效率分别达到89％和72.3％，工程示范区入湖河水水质得到改善。 根据前置库示范区的水流特征，建立了流场动力学模型，并对前置库一次暴雨过程前后25h进行流场变化的跟踪模拟，模拟结果与现场监测结果吻合较好。同时，综合考虑Monod方程、化学动力学和Fick扩散定律，建立了前置库水质综合模型，采用模型计算的TN、TP、COD浓度，与实测数据相关性较好，模型可以用来解释前置库内污染物的去除机制和途径。 研究结果表明，采用投加吸附剂、增设生态防护墙、合理的植物搭配及对流场人工干预等强化手段，可以有效提高前置库净化低浓度微污染河水的能力，前置库库区构成的河流末端小型生态系统较为稳定。本课题为前置库技术在高原地区面源污染控制方面的推广应用提供了理论支撑，建立了示范工程，具有一定的现实意义。
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