1、 上海市雨水系統(tǒng)的運行狀況測評與應(yīng)對策略研究.doc

1、 上海市雨水系統(tǒng)的運行狀況測評與應(yīng)對策略研究學(xué)生:馮滄 導(dǎo)師:李田 教授上海市新建排水系統(tǒng)以分流制系統(tǒng)為主，然而由于種種原因，大多數(shù)分流制系統(tǒng)存在較為嚴重的雨污混接現(xiàn)象，不僅增加了雨天出流污染負荷，而且容易導(dǎo)致旱流污水重力直排，對受納水體環(huán)境質(zhì)量造成嚴重威脅。為解決上述現(xiàn)實問題，本論文選取浦東新區(qū)已/未進行分流改造住宅區(qū)，通過兩個住宅區(qū)雨水管中旱流水樣的分析對比，評價了住宅區(qū)分流改造的效果，分析了影響分流改造效果的主要原因；選擇上海市三個不同年代建設(shè)的代表性分流制雨水系統(tǒng)進行旱流和雨天出流水質(zhì)監(jiān)測分析，綜合運用系統(tǒng)服務(wù)范圍內(nèi)用水量數(shù)據(jù)、泵站運行數(shù)據(jù)、排放河道水位記錄，通過管網(wǎng)水力模型模擬，結(jié)合系統(tǒng)水量平衡關(guān)系，評價截流設(shè)施的運行效果、估算實際的溢流量；探討了分流制雨水系統(tǒng)年污染負荷及來源、影響截流效果的主要因素，以期為優(yōu)化新建截流設(shè)施的設(shè)計和已有截流設(shè)施的運行管理提供依據(jù)。對已/未進行分流改造的住宅區(qū)雨水系統(tǒng)旱流水質(zhì)水量的案例監(jiān)測結(jié)果表明，未經(jīng)分流改造的住宅區(qū)混接率為41.7%，改造后的住宅區(qū)混接率仍有22.1%，且混接污水中仍含有糞便污水，原因是污水系統(tǒng)的運行水位過高，導(dǎo)致居民住宅出戶管排水不暢，造成有意識的混接，說明污水系統(tǒng)的能力不配套或高水位運行策略是造成雨污混接的原因之一。分流改造難以徹底消除混接現(xiàn)象，系統(tǒng)截流措施仍然必要。在對所研究系統(tǒng)與周邊系統(tǒng)和河道的水力聯(lián)系進行調(diào)查判斷的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)截流量和存水量變化的平衡關(guān)系計算三個分流制系統(tǒng)的混接率，結(jié)果顯示，花木1#系統(tǒng)混接率為27.1%；國順東和嫩江系統(tǒng)分別為35.4%和51.7%，說明上海市分流制系統(tǒng)的混接情況非常嚴重。由于部分混接分流制系統(tǒng)存在沒有計量的旱流溢流而無法獲得真實的年排江量，本文根據(jù)不同泵站的實際情況進行了分析研究，對不存在聯(lián)通的系統(tǒng)，泵排量即為排江量；對存在聯(lián)通的系統(tǒng)，將系統(tǒng)與河道間的聯(lián)通概化為當量管的連接，通過估算當量連接管的特性參數(shù)、建立系統(tǒng)水力模型、率定并驗證系統(tǒng)產(chǎn)匯流參數(shù)等步驟，計算系統(tǒng)全年徑流量，進一步根據(jù)系統(tǒng)水量平衡分析，估算年重力溢流水量和年排江總量。結(jié)果表明：花木1#系統(tǒng)年排江量114.7萬m3/a；國順東系統(tǒng)年泵排量83.9萬m3/a，重力溢流量39.5萬m3/a，年排江總量123.4萬m3/a；嫩江系統(tǒng)年泵排量148.9萬m3/a，重力溢流量202.8萬m3/a，年排江總量351.7萬m3/a。三個系統(tǒng)的旱流水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示，混接程度較輕的花木1#系統(tǒng)旱流污水水質(zhì)明顯好于混接程度較重的國順東和嫩江系統(tǒng)。與合流制系統(tǒng)旱流水質(zhì)比較，混接嚴重的分流制雨水系統(tǒng)已無明顯區(qū)別。三個系統(tǒng)出流污染物濃度特性的分析表明，在中/小降雨排江事件中，低混接率的排水系統(tǒng)雨天出流水質(zhì)明顯好于高混接率的系統(tǒng)；大/暴雨、長間隔排江事件中，混接程度對雨天出流的部分水質(zhì)指標有影響，主要表現(xiàn)在NH4+-N 和SS兩個指標；大/暴雨、短間隔排江事件中，混接程度對系統(tǒng)雨天出流水質(zhì)影響不明顯。大部分排江過程中各污染物質(zhì)的初期效應(yīng)不明顯。對排江污染物EMC統(tǒng)計顯示，混接程度最輕的花木1系統(tǒng)排江污染物COD、SS、TP、TN、NH4+-N的EMC均值濃度分別為172mg/L、239 mg/L、1.99 mg/L、5.07 mg/L和2.74 mg/L；混接程度較重的國順東系統(tǒng)COD、SS、TP、TN、NH4+-N的EMC均值濃度分別為347mg/L、529 mg/L、5.48 mg/L、16.83 mg/L和8.49 mg/L；混接程度最重的嫩江系統(tǒng)COD、SS、TP、TN、NH4+-N的EMC均值濃度分別為230mg/L、481mg/L、4.98 mg/L、22.90 mg/L和10.78 mg/L。根據(jù)各系統(tǒng)排江污染物的年度流量加權(quán)EMC與年實測排江總水量測算，花木1# 系統(tǒng)TP、TN、NH4+-N、COD、SS單位面積年污染負荷分別為0.48、1.31、0.68、41.61、55.22 t/ km2a；國順東系統(tǒng)TP、TN、NH4+-N、COD、SS分別為2.45、10.73、6.73、137.91、193.14 t/ km2a；嫩江系統(tǒng)分別為3.79、23.02、15.64、142.52、203.71t/ km2a。各污染物的負荷明顯與系統(tǒng)混接程度呈正相關(guān)。通過質(zhì)量平衡法初步估算，花木1#系統(tǒng)排江事件COD污染負荷組成的平均值，旱流、徑流和管道沉積物分別占14%、38%和48%；SS污染負荷組成的平均值，旱流、徑流和管道沉積物分別占4%、24%和72%。管道沉積物所占比例均最大，但旱流和地表徑流在COD負荷中所占的比例明顯大于其在SS中的占比。從工程經(jīng)濟的角度考慮，對已建混接嚴重的分流制系統(tǒng)，在現(xiàn)階段實施大規(guī)模的分流改造難以取得理想效果，容忍一定程度混接現(xiàn)象的存在，增強雨水泵站的截流能力是經(jīng)濟上更合理的旱流污染削減策略。優(yōu)化現(xiàn)有混接分流制系統(tǒng)截流設(shè)施運行效果的措施包括：(1)增加截流能力，同時考慮擴大污水輸送管道或?qū)ＴO(shè)截流污水輸送管至下游有足夠容量的污水系統(tǒng)；(2)增設(shè)雨水調(diào)蓄池；(3)加強管道清淤。2、水葫蘆在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用技術(shù)研究學(xué)生：高月霞 導(dǎo)師：徐祖信隨著社會主義新農(nóng)村建設(shè)的逐步開展，上海各區(qū)縣陸續(xù)試點啟動農(nóng)村污水處理，做出了許多成功的探索。由于受到傳統(tǒng)的污水收集處理的思維模式和政府投入計劃的影響，針對農(nóng)民社區(qū)與自然村落的污水處理技術(shù)進步較快，散居農(nóng)戶污水處理的實例報道較少。上海地處江南水鄉(xiāng)地區(qū)，池塘、溝渠密布。農(nóng)民在建造房屋的時候，往往就近將未經(jīng)處理的生活污水排入這些池塘，由于污染物質(zhì)的常年積累，很多池塘發(fā)生嚴重的富營養(yǎng)化，滋生浮萍和藍藻，嚴重時甚至發(fā)黑變臭。利用這些池塘，因地制宜地改造為生態(tài)塘系統(tǒng)，即可以達到處理污水的目的，還可以起到農(nóng)村水處理治理的效果?；谶@一思路，本文選用水葫蘆作為凈化植物，對水葫蘆在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用方法作了如下研究： （1）水葫蘆代謝產(chǎn)物平衡與生長期差異。水葫蘆代謝過程既向環(huán)境釋放有機物，又從環(huán)境中吸收有機物，當兩者的速度相等時反應(yīng)達到平衡，環(huán)境中的有機物濃度趨于穩(wěn)定。受到水葫蘆細胞空隙大小的限制，分子量低于10000 dalton 的有機物更容易進入水葫蘆體內(nèi)。中小分子有機物往往是生物易降解有機物，因此，水葫蘆吸收過程對BOD5的去除作用更明顯，28時6d的BOD5去除率可達88%，而TOC去除率只有75%。水葫蘆代謝活動釋放的一部分有機物容易生物降解，當環(huán)境中存在微生物時，將發(fā)生耦合的水葫蘆釋放和微生物降解過程。在污水中生長的水葫蘆，通過水葫蘆吸收和微生物的降解的聯(lián)合作用，TOC去除的啟動速率大大提高，前4d的TOC去除速率比單純水葫蘆吸收時的去除速率可提高45%。由于水葫蘆通過匍匐莖繁殖的原因，不同生長期水葫蘆的根、莖、葉比例不同：大植株和小植株莖葉比重0.5，中等大小的植株莖葉比重=0.5。水葫蘆不同組織部位的氮、磷含量也不同，均表現(xiàn)為葉莖根，因此，中等大小植株的纖維素和木質(zhì)素總量也最低。在相同的質(zhì)量密度下，處于不同生長期的水葫蘆由于單體質(zhì)量不同，單位面積內(nèi)的植株數(shù)量不同，盡管植株越大其代謝活動的總量越大，但是中、小植株在數(shù)量上的優(yōu)勢，使它們可以達到更好的水質(zhì)凈化效果。（2）水葫蘆塘除污性能優(yōu)勢及除污途徑評價。與普通穩(wěn)定塘和藻類/浮萍塘相比，水葫蘆塘對有機物、氮和磷的處理效果更好。水葫蘆生長吸磷是水葫蘆塘除磷的主要途徑，其對系統(tǒng)除磷的貢獻率達到83%，通過沉淀和微生物同化作用去除的磷只有17%。水葫蘆塘的脫氮途徑及其貢獻率包括：水葫蘆生長吸收，35%；懸浮及底泥微生物脫氮，39%；根系附著微生物脫氮，26%；微生物脫氮途徑的貢獻達到65%，是水葫蘆塘脫氮的主要途徑。繪制了水葫蘆塘除磷、脫氮能力評估表，可供水葫蘆塘除污能力推算使用，由于水葫蘆的吸磷強度高，在60%的水葫蘆塘污染負荷情況下，都能達到良好的除磷效果。（3）水葫蘆放養(yǎng)繁殖、塘型水深及水力負荷。水葫蘆塘引種時，水葫蘆覆蓋水面面積的10%即可，以減少種源費、運輸費和人工費。水葫蘆繁殖速度最快可達0.5Kg/m2d，池塘將由藻類/浮萍塘藻類/浮萍+水葫蘆塘水葫蘆塘自然過渡。水葫蘆的鮮重密度以控制在1030 Kg/m2d為宜，水葫蘆密度過低時，起不到對抗風力環(huán)流的作用；水葫蘆密度過高時，易發(fā)生衰亡腐敗，對水質(zhì)造成二次污染。水葫蘆及水面大氣復(fù)氧只能影響水深0.4m的范圍，0.4m水深以下的趨向還原環(huán)境，不利于發(fā)生硝化反應(yīng)。由于水葫蘆塘主要通過微生物作用脫氮，水深對氨氮及總氮的去除存在負面影響，水深以小于1.2m為宜?？紤]到水深低于0.4m的池塘易淤塞，以選擇0.4m1.2m水深的池塘為宜。夏、秋季水葫蘆生長旺盛，除污效果好；而春、冬季凈化效果相對弱些，所以在評估一給定池塘的處理能力時要以冬、春季的處理效能評價。工程性試驗表明，上海地區(qū)按照HRT=60d設(shè)計時，出水可以達到污水綜合排放一級標準（GB7987-1996）。（4）提出了水葫蘆在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用方法與規(guī)程建議，包括：水葫蘆塘址選擇、處理能力評價、納管與出水設(shè)計、水葫蘆放養(yǎng)與打撈共4個部分，最后在上海市南匯區(qū)某村成功地開展了工程實踐。3、新型吸附材料的研制及對微量污染物質(zhì)的去除機理研究學(xué)生：劉振中 導(dǎo)師：鄧慧萍針對水體中存在的污染物質(zhì)砷，采用離子交換纖維對其進行去除研究，發(fā)現(xiàn)離子交換纖維有較高的吸附砷的能力，在As()的初始濃度為25 mg/L時，飽和吸附容量可達285 mg/g，吸附動力學(xué)可用擬一級反應(yīng)模型來擬合。水中部分共存的陰離子對離子交換纖維吸附砷有顯著影響，CO32-、PO43-、SO42-、SiO32-、NO3-的存在明顯抑制了As()的去除，而Cl-、F-對As()去除影響不明顯。離子交換纖維對砷的選擇性較差，將鐵氧化物負載到離子交換纖維表面即制備載鐵離子交換纖維Fe-IEF。Fe-IEF總的除砷能力與原離子交換纖維相比略有提高，受CO32-、SO42-、Cl-、SiO32-、NO3-的影響明顯減小，但PO43-對砷去除影響仍然較大。F-的影響較負載鐵之前增大。總體來講，F(xiàn)e-IEF具有較好的除砷能力。但由于離子交換纖維自身價格較高，應(yīng)用中受到一定的限制，因此，研究一種價格低廉的除砷吸附材料是十分必要且有意義的。 活性炭是一種應(yīng)用廣泛的吸附材料，但單獨采用活性炭除砷，效果不明顯，因此本研究著重對活性炭進行改性，針對水中三價砷和五價砷的去除，研究活性炭的改性方法及改性后的活性炭的除砷性能。目前對去除水中As()的研究較多，但對As()的研究較少。由于鐵氧化物對As()有較好的選擇吸附性，同時錳氧化物對As()有一定的氧化能力。因此，為同時去除水體中As()和As(), 將鐵錳復(fù)合金屬氧化物負載到活性炭表面，分別以FeCl24H2O和KMnO4、Fe(NO3)39H2O 和Mn(CH3COOH)24H2O為改性劑，對活性炭進行改性研究。為獲取最優(yōu)的改性方案，通過正交設(shè)計結(jié)合BP網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改性條件。以Fe和Mn的總濃度、Fe和Mn物質(zhì)量的比值、水浴溫度、干燥溫度為正交實驗設(shè)計因子，每個因子各取5個水平，以三價砷的去除率為目標因子，編制4因素5水平正交設(shè)計表。結(jié)合BP網(wǎng)絡(luò)強大的函數(shù)擬合功能，以正交設(shè)計表中4因素為網(wǎng)絡(luò)輸入層，以三價砷去除率為網(wǎng)絡(luò)輸出層，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并通過該模型進行預(yù)測和優(yōu)選，得到最佳的活性炭改性方案。制備的改性活性炭分別記為FM-GAC-1、FM-GAC-2。兩者對As()的吸附容量分別為32.37mg/g，26.67 mg/g；對As()的吸附容量分別為28.87mg/g，30.32 mg/g。其吸附容量均隨溫度的升高而略有下降?；瘜W(xué)反應(yīng)階段為其速度的限速反應(yīng)，且其中采用擬二級反應(yīng)模型擬和最好。pH值對改性活性炭吸附As()、 As()有明顯影響，在中性偏酸性時其吸附效果較好，且此時金屬溶出率最低。負載鐵錳氧化物的活性炭有較好的吸附砷的能力。為研究活性炭及負載鐵（錳）氧化物的活性炭對有機物的吸附能力，以2,4,6-三氯酚為目標物，研究其吸附性能。制備的五種活性炭GAC0、GACH、GACF、GACF1M1、GACF1M3, 對2,4,6-TCP的吸附容量分別為160、178、207、194和238 mg/g。其中GACF1M3對2,4,6-TCP的吸附效果最好。吸附法簡單、快速、高效，但不能將有機污染物從環(huán)境中去除，且吸附劑需要不斷地再生。為改善吸附材料的這一不足，利用過渡金屬氧化物的催化性能，將吸附催化氧化集為一體，研究負載金屬氧化物的活性炭與過氧化氫聯(lián)合作用對2,4,6-TCP的去除，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者聯(lián)用較單獨使用活性炭和過氧化氫對2,4,6 -TCP的去除要好，且過氧化氫的濃度對去除效果有明顯影響，不同2,4,6-TCP的初始濃度均影響去除效果，過氧化氫與2,4,6-TCP之間存在最佳的濃度比。其作用機理包括吸附作用和催化氧化作用。4、綠色高活性納米零價鐵制備及還原能力表征研究學(xué)生：李少林 導(dǎo)師：馬魯銘同普通宏觀零價鐵材料相比，納米零價鐵（zero valent iron nanoparticle, nZVI）由于其納米級尺寸（AlFeZn。對助劑La的添加效應(yīng)進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)La能抑制活性組分的聚集長大，有助于金屬組分細小化，提高了催化劑表面高分散相CuO的量，同時增強了Cu-Mn之間的相互作用，進一步防止了銅晶粒的熱遷移，從而提高了催化劑的活性及穩(wěn)定性。Cu-Mn-La/g-Al2O3催化劑中Cu/Mn/La的最佳摩爾比為1/2/0.2。 (4) 利用沉積-沉淀法一步制備的Cu-Ni/g-Al2O3雙功能催化劑具有優(yōu)良的二甲醚重整制氫性能。Cu、Ni和g-Al2O3之間存在著相互作用，鎳的加入可以有效地提高銅組分在g-Al2O3上的表面富集與分散，優(yōu)化銅組分的分布狀態(tài)，促進CuO顆粒的細小化，并可增強銅組分和載體之間的相互作用，有效地防止銅晶粒的團聚，從而提高催化劑的活性及穩(wěn)定性；另一方面，銅的加入也可以改善催化劑中金屬鎳的分散性，減小鎳顆粒的尺寸，降低催化劑對CH4的選擇性，提高催化劑的氫氣生成速率，并在一定程度上抑制積炭的形成與沉積。對Cu-Ni/g-Al2O3催化劑的組成(包括金屬負載量，Cu/Ni摩爾比)，制備工藝(包括制備方法，焙燒溫度)以及操作條件(包括還原溫度、反應(yīng)溫度、系統(tǒng)壓力、氣體空速和催化劑的粒徑大小)進行了優(yōu)化。結(jié)果表明，2Cu-1Ni-5Al2O3催化劑經(jīng)400 oC還原后，在常壓、350 oC、水醚比4和進料空速3240 mL(gcath)-1的反應(yīng)條件下，可呈現(xiàn)最佳性能，在進料不含稀釋氣的條件下，連續(xù)反應(yīng)100 h的過程中，二甲醚轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定在95%以上，目的產(chǎn)物氫氣和一氧化碳的生成濃度也分別穩(wěn)定在63%和28%以上。（5）初步研究了Cu-Ni/g-Al2O3上二甲醚水蒸氣的反應(yīng)機理。進一步闡明了g-Al2O3不僅僅作為載體，同時也是二甲醚水蒸氣重整制氫反應(yīng)必不可少的活性組分之一。反應(yīng)主要經(jīng)歷了二甲醚水解生成甲醇和甲醇進一步裂解生成CO和H2：CH3OCH3 + H2O 2CH3OHCH3OH CO + 2H2即總反應(yīng)為：CH3OCH3 + H2O 4H2 + 2CO此外，也一定程度地發(fā)生了水氣變換反應(yīng)：CO + H2O CO2 + H2其中，甲醇的裂解可能經(jīng)由下列步驟達成：O-H的裂解：CH3O-H(a) CH3O(a) + H(a)甲氧基的裂解：CH3O(a) CO(g) + 3H(a)9、農(nóng)村水葫蘆的生長規(guī)律及其在循環(huán)農(nóng)業(yè)中的利用研究學(xué)生：徐大勇 導(dǎo)師：徐祖信農(nóng)村生活污水是農(nóng)村面源污染的主要組成部分，長期以來，由于農(nóng)村環(huán)境保護意識的淡薄和治理資金的短缺，農(nóng)村生活污水未經(jīng)處理就直接排放，對農(nóng)村及其流域水體造成了嚴重污染。針對農(nóng)村生活污水的特點，有關(guān)人員提出了用一種原產(chǎn)自南美的快速生長的漂浮植株水葫蘆來處理農(nóng)村生活污水，并取得了較好的效果。針對水葫蘆在自然環(huán)境中的生長繁殖規(guī)律及其污水凈化效果的研究較多，而在農(nóng)村生活污水特定環(huán)境中水葫蘆個體單株及其種群繁殖、死亡和分解研究少見報道。同時由于水葫蘆的生物學(xué)特性，在生活污水處理過程中產(chǎn)生大量的水葫蘆廢棄物，如何處置及其在農(nóng)業(yè)上的資源化利用成為水葫蘆在農(nóng)村生活污水凈化過程中不可忽視的關(guān)鍵問題。本課題根據(jù)植物學(xué)、生態(tài)學(xué)和資源環(huán)境學(xué)理論，從水葫蘆的生長繁殖、死亡分解、處理和資源化利用角度展開研究，取得了如下結(jié)果：（1）對于水葫蘆個體單株的生長規(guī)律。從幼年到成熟，水葫蘆莖葉長（植株莖和葉的長度之和）的平均增長率污水是河水的2倍多，分別為0.19cm.d-1和 0.09 cm.d-1。重量平均增長率污水為0.65g.d-1，是河水0.38g.d-1的1.7倍。前20-25d生長速度最快，為水葫蘆個體營養(yǎng)生長期，這期間水葫蘆在污水和河水中，莖葉長平均每5d的增長幅度分別為41.6%和26.7%，重量平均每5d的增長幅度分別為95.7%和23.8%。25-44d為水葫蘆生殖生長期，此期間，水葫蘆在污水和河水中的最大分蘗數(shù)平均每5d增加1-2棵。水葫蘆單株生長發(fā)育進程中植株體內(nèi)全N、全P含量隨生長天數(shù)逐漸下降。到試驗結(jié)束時，植株全N含量，污水和河水分別下降了49.9%和60.0%，全P分別下降了61.3%和73.2%。纖維素和木質(zhì)素含量在水葫蘆生長進程中總體上升高，在污水和河水中纖維素含量分別升高了3.5%和7.0%，而木質(zhì)素含量的增加幅度分別為46.2%和75.2%。水葫蘆幼株經(jīng)過30d左右的生長體內(nèi)纖維素和木質(zhì)素的含量基本穩(wěn)定，據(jù)此可認為水葫蘆單株發(fā)育已經(jīng)成熟。水葫蘆單株生長過程對TN、TP、NH4-N和CODcr的去除作用明顯，他們的去除率分別達到49.7%、92.6%、83.3%和45.6%，且其發(fā)生作用的主要時間在幼株生長的最初20d左右，這一時期分別占污水TN、NH4-N和CODcr總?cè)コ康?8.7%、95.5%和80.8%。對于水面較大的水體，水葫蘆光合作用引起的根系泌氧對水體中的溶解氧的影響小。（2）對于水葫蘆種群繁殖和生物量增長。水葫蘆在河水與污水中的繁殖分蘗生長和生物量增長均符合指數(shù)增長模型，根據(jù)模型預(yù)測了2棵水葫蘆在1年內(nèi)分別在河水與生活污水中可繁殖的數(shù)量及重量。研究結(jié)果同時發(fā)現(xiàn)，低濃度水質(zhì)有利于促進水葫蘆根系的生長，水葫蘆根系長度及生物量河水分別是生活污水的5倍和1.2倍。在河水中培養(yǎng)的水葫蘆根系側(cè)根發(fā)達，顏色呈紫紅色。而在生活污水中培養(yǎng)的水葫蘆，主根發(fā)達須根多，顏色呈灰白色。在生活污水中水葫蘆的株數(shù)最大容量為567棵.m-2，生物量則為21.7Kg.m-2。在受限空間和開闊空間中水葫蘆莖葉/根系生物量之比分別為1.65和1.91，開闊空間促進了水葫蘆的莖葉生長。（3）水葫蘆不同生長階段及不同生物量對生活污水DO和水質(zhì)凈化的影響。結(jié)果表明，水葫蘆在營養(yǎng)生長期表現(xiàn)出了對生活污水中N、P強烈的凈化作用，污水中TN和TP的去除率平均為52.6%和94.5%。在繁殖生長期，水葫蘆對污水TN和TP的去除作用減弱，去除率平均分別為10.2%和82.4%。與繁殖生長期相比，營養(yǎng)生長期TN和TP的去除效率分別是前者的5.2倍和1.1倍，且水葫蘆生長期對TN的凈化效果的影響要大于對TP凈化效果的影響。通過試驗發(fā)現(xiàn)，水葫蘆生物量為6.58 Kg.m-2和8.75 Kg.m-2時對水中溶解氧的改善效果最好，當水葫蘆的生物量2.92 Kg.m-2時能控制水體藻類的繁殖蔓延。水葫蘆對水中TN的去除率總體較低，8.75Kg.m-2是TN和NH4-N的最佳去除生物量。6.58Kg.m-2是TP和CODcr的最佳去除生物量。在不影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的情況下，水葫蘆生活污水凈化系統(tǒng)中最佳生物量為6.58-8.75Kg.m-2。（4）對于水葫蘆的分解及其養(yǎng)分釋放。水葫蘆在水中的分解速度明顯快于在土壤表面和土壤中的分解速度，三者分解速率分別為0.0236.d-1、0.0162.d-1和0.0174.d-1。根據(jù)Olson模型估算，水葫蘆在水中、土壤表面和土壤中的半衰期分別為27d、44d和46d，分解完成初始生物量95%時所需的時間分別為125d、186d和178d。60d內(nèi)，水葫蘆可以將其88.5%和90.9%的N、P釋放到水體中。水葫蘆根、莖和葉的分解速率，表現(xiàn)為根莖葉，大小分別為0.0072.d-1、0.0217.d-1和0.1538.d-1。根莖葉在水葫蘆塘中的半衰期分別為83d、24d和21d，分解完成初始生物量95%時所需的時間分別為403d、130d和36d。在100d內(nèi)，水葫蘆葉的TN、TP完全回歸到水體中，莖中TN、TP也分別有98.0%和92.4%返還到水體中。對于水葫蘆根，在100d內(nèi)TN只有67.5%釋放到水體中，而TP在分解的前100d內(nèi)只表現(xiàn)為富集作用。在水葫蘆分解對水質(zhì)的影響過程，除了TP（尤其是在含高濃度P的污水中培養(yǎng)的水葫蘆植株（SPDP）和SDP）外，水中TN、CODcr沒有觀察到持續(xù)升高的現(xiàn)象，而是先快速升高后下降，再達到平衡并保持在一個相對低的濃度范圍，這對于水體養(yǎng)分平衡起到很好的調(diào)節(jié)作用，有利于水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。（5）對于水葫蘆的處置。新鮮水葫蘆經(jīng)YZ500型壓榨機壓榨后，減量化效果明顯。不同壓力條件獲得的水葫蘆液，其TN、TP、CODcr和SS的含量差異明顯。厭氧發(fā)酵能顯著降低水葫蘆壓榨液中的有機物（CODcr）、SS和DS，下降幅度分別為86.4%、82.0%和64.7%。厭氧發(fā)酵過程中氮素的流失主要發(fā)生在厭氧發(fā)酵初期，流失量為37.0%，而TP變化較平穩(wěn)，下降僅為19.6%。青菜種子發(fā)芽試驗表明，發(fā)酵液具有作為植物液體肥料使用的潛力。水葫蘆渣與豬糞物料經(jīng)合理的配比，利用好氧和厭氧兩階段堆肥處理，可以獲得較好的堆肥效果，起到較好的殺毒滅菌作用。水葫蘆與豬糞8:2（w/w）配比時堆肥腐熟的時間為40-50d，以6:4（w/w）配比時腐熟需要的時間為30-40d。水葫蘆與豬糞6:4（w/w）獲得的堆肥產(chǎn)品符合城鎮(zhèn)生活垃圾堆肥的農(nóng)用標準。（6）對于水葫蘆及其處置產(chǎn)物在農(nóng)業(yè)上的資源化利用。與無覆蓋對照相比，水葫蘆覆蓋土壤溫度變動范圍小，且土壤能獲得更大的積溫。水葫蘆覆蓋能夠增加土壤含水率，覆蓋期間XW、YW和CK的平均含水率分別為33.78%、33.52%和29.93%。與對照相比，水葫蘆生物覆蓋對青菜生長增產(chǎn)明顯，新鮮水葫蘆和水葫蘆渣覆蓋增產(chǎn)幅度分別達到257.1%和114.3%。水葫蘆堆肥對玉米生長具有良好的促進作用，與對照相比，玉米在株高、株徑、葉面積及干生物量方面分別要增長10.8%、6.5%、3.6%和19.4%。水葫蘆壓榨液灌溉試驗說明，水葫蘆壓榨處理液能夠促進地豆王植株高生長，并有效的增加地豆王果實數(shù)量和產(chǎn)量。10、含鋅廢物及貧雜氧化礦堿浸-電解生產(chǎn)金屬鋅粉工藝研究學(xué)生：蔣家超 導(dǎo)師：張文海經(jīng)濟發(fā)展帶動金屬鋅消費量逐年快速增長。為緩解鋅需求量急劇增加與鋅精礦資源日趨枯竭矛盾、改善環(huán)境質(zhì)量，針對含鋅廢物及貧雜氧化礦無害化、資源化處理的重要科學(xué)問題，基于鋅的強堿介質(zhì)選擇性浸出、低電解能耗優(yōu)勢，并結(jié)合課題組前期研究，對含鋅廢物及貧雜氧化礦堿浸-電解生產(chǎn)金屬鋅粉工藝展開系統(tǒng)研究。通過優(yōu)化浸取條件、徹底凈化雜質(zhì)、高值化電積回收等技術(shù)，使堿浸-電解工藝的工業(yè)化應(yīng)用取得良好經(jīng)濟和環(huán)境效益，并主要得到以下結(jié)論：（1） Zn()-NaOH-H2O體系中Zn()主要以Zn(OH)42-和ZnO22-形態(tài)（25 ）或ZnO22-形態(tài)（90 ）存在。溶液NaOH濃度一定時，Zn在25 時的平衡濃度高于高溫90 時的平衡濃度。不同類型鋅原料的浸出難易程度依次為ZnZnCO3Zn2SiO4ZnOZnSZnOSiO2ZnOFe2O3，當鋅以ZnS、ZnOSiO2或ZnOFe2O3形態(tài)存在時，常規(guī)堿浸條件不能對其進行有效浸出。原料中的Pb、Cd在堿浸過程中會進入到浸出液，當浸出液游離NaOH =180240 g/L時，Pb()、Cd()平衡濃度分別為42.4256.57 g/L和0.450.79 g/L，需要凈化去除；Fe、Cu、Co、Ni、Mg、Ca等雜質(zhì)金屬元素基本上不被浸出，其影響可忽略。（2） 堿浸-電解工藝強堿浸取時，原料粒徑應(yīng)小于150 m。不同類型鋅原料的浸取情況不同，ZnO原料最佳浸取條件為NaOH濃度CNaOH =260 g/L、溫度T=90 、浸取時間t=90 min、液固比L/S=8、攪拌速率v=400 r/min，鋅浸出率最高達97.79%；ZnCO3原料最佳浸取條件為CNaOH =260 g/L、T=90 、t=90 min、L/S=12、v=400 r/min，鋅浸出率最高為94.35%；Zn2SiO4原料最佳浸取條件為CNaOH =260 g/L、T=90 、t=120 min、L/S 12和v=600 r/min，鋅浸出率最高為78.63%。各浸取參數(shù)對鋅浸出率的影響程度分別為：ZnO原料，L/STCNaOHvt；ZnCO3原料，L/STCNaOHvt；Zn2SiO4原料，TL/SCNaOHvt。對于鉛廠煙塵、EAF飛灰、鋅浮渣、銅廠鋅灰等典型含鋅危險廢物，通過調(diào)整浸取參數(shù)，均獲得了較高的鋅浸出率，浸出渣作為一般廢物處理或處置。（3） 浸出液凈化時，Na2S的加入能夠徹底去除溶液中的Pb()、Cd()雜質(zhì)，Na2S主要以S2-和HS-形態(tài)存在。Sn()濃度超過80 mg/L會對鋅電積過程產(chǎn)生嚴重危害，采用鋅粉置換法可將溶液中Sn()的濃度降至50 mg/L以下。在近飽和濃度條件下，Cl-、F-、CO32-、SO42-、NO3-、PO43-和SiO32-等陰離子會降低鋅電積的電流效率，增加電解能耗。通過濃縮或/和添加NaOH和ZnO提高溶液NaOH和Zn()濃度，能夠?qū)㈥庪x子雜質(zhì)大量去除，同時去除溶液中的微量金屬雜質(zhì)，使堿鋅溶液得到深度凈化，擴大了堿浸-電解工藝的原料適用范圍。（4） 堿液電積提Zn具有比傳統(tǒng)酸法更低的理論分解電壓（約低0.3V）。使用鎂合金陰極板電積提鋅具有極高的電流效率和較低的電解能耗，在電流密度1000 A/m2、同極距60 mm、溫度50 時，鋅粉電解能耗為2.16 kWh/kg Zn。在鎂合金陰極板上電積提鋅時可直接獲得晶枝狀金屬鋅粉。鋅粉與電解廢液分離時返溶現(xiàn)象難以避免，Zn濃度返溶35 g/L屬正常范圍，通過控制電解廢液溫度低于50 、降低攪拌速率、縮短固液分離時間，能夠降低鋅粉返溶量。（5） 以含鋅廢物和貧雜氧化礦為原料，堿浸-電解工藝工業(yè)化生產(chǎn)的金屬鋅粉完全滿足國家鋅粉三級以上標準，部分達到二級甚至一級標準，鋅粉微觀呈晶枝狀，具有比傳統(tǒng)球狀鋅粉更大的比表面積和反應(yīng)活性。堿浸-電解生產(chǎn)金屬鋅粉工藝在基建投資、生產(chǎn)成本及鋅粉性質(zhì)上均比傳統(tǒng)鋅粉生產(chǎn)方法具有競爭優(yōu)勢，整個工藝無廢水外排，是處理含鋅廢物和貧雜氧化礦的清潔工藝，具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。11、供水管網(wǎng)污染源追蹤定位