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近年来,水环境污染及温室气体增加引起的全球气候变暖已成为国际社会公认的全球性问题。浮萍塘处理系统因具有成本低、浮萍易打捞及能将氮磷污染物转化为富含蛋白淀粉的浮萍生物质等优势,广泛应用于水体污染治理,但其作为水生生态系统的组成部分,也能向大气排放温室气体。探究浮萍塘污染物去除和温室气体排放特征及其影响因素,对实质性促进浮萍塘的规模化应用极为重要。本研究以位于昆明滇池畔的多个中试浮萍塘处理系统(表面积12m2或8m2)为对象,通过设置四个实验组并进行长期连续运行(一年以上),研究浮萍自然生长覆盖(无打捞)、进水营养负荷、覆盖密度、水深等对浮萍塘污染物去除及温室气体排放的影响。结果表明:(1)浮萍长期自然生长覆盖(不打捞)的浮萍塘,会因覆盖度较厚导致浮萍大量死亡,生长速率较低(年均仅2.66g/m2/d),并隔绝了水体与大气间的气体交换,降低水体溶解氧(DO)、pH及底泥氧化还原电位(ORP);也不利于系统对COD、TN、TP、氨氮和浊度的去除(年均去除率分别为28.76%,17.25%,23.14%,8.01%和-98.05%),尽管能减少温室气体CO2和N20的排放,但也增加CH4的排放,综合温室效应潜能较高(4035.56 g CO2/m2/yr),远高于无浮萍覆盖的氧化塘(2749.96 g CO2/m2/yr)。表明浮萍长期自然生长覆盖不利于浮萍塘系统的应用,有必要对诸如覆盖密度、水体营养负荷、水深等重要参数进行研究和有效管控。(2)通过定期打捞并控制浮萍覆盖密度为825 g湿重/m2(约300%)的措施管控浮萍塘,浮萍的年均生长速率提高至6.66g/m2/d,对污水COD、TN、TP、氨氮和浊度的去除率分别提高至年均45.48%,34.74%,59.15%,33.39%和65.73%,同时,有效减少温室气体排放,降低全球温室效应潜能(2815.22 g CO2/m2/yr)。(3)对进水营养负荷的影响研究发现,高营养负荷显著抑制了浮萍塘系统浮萍的生长速率(低高营养负荷年均分别为7.47 g/m2/d和6.77 g/m2/d),显著降低水体DO和ORP,以及污染物的去除率,但污染物去除速率较高,并培养出高碳氮磷(CNP)含量的浮萍(年均碳约39%,粗蛋白约30%,磷约1.2%)。此外,尽管高营养负荷显著减少浮萍塘N2O排放(低高负荷分别为194.01μg/m2/h和150.24μg/m2/h),未显著影响浮萍塘对CO2和CH4的排放,但却在数值上增加了综合温室效应潜能(低高负荷分别为3984.39 g CO2/m2/yr和4120.52 g CO2/m2/yr),表明高负荷不利于温室气体综合减排。(4)对覆盖密度的影响研究发现,高覆盖密度由于空间限制,加速浮萍的死亡及沉降,不利于浮萍生长(高低覆盖度年均生长速率为7.47 g/m2/d和6.66 g/m2/d),并降低水体DO和ORP,但却提高COD和浊度的去除率,低高覆盖度下年均去除率COD分别为37.05%和45.48%,浊度分别为59.78%和65.73%,而对TN、TP和氨氮的去除无明显影响。同时,高覆盖密度显著增加CO2的排放(低高覆盖密度分别为31.67mg/m2/h和52.83 mg/m2/h),但也显著降低CH4和N2O的排放(CH4分别为15.71 mg/m2/h和 10.04 mg/m2/h,N2O分别为 102.40 μg/m2/h和59.08 μg/m2/h),综合降低浮萍塘温室效应潜能(高低负荷年均分别为3984.39g C02/m2/yr和2815.22 g CO2/m2/yr)。(5)对水深的影响研究发现,在单位面积进水量(即进水表面积负荷)相同时,水深增加不利于浮萍塘系统浮萍的生长(深浅系统生长速率分别为6.59 g/m2/d和7.47 g/m2/d)及对营养物质的吸收固定,并因营养限制加快浮萍的死亡及沉降。同时,因水深增加导致水体总量变大,水力停留长,出水水质较好,去除率较高(深浅系统年均去除率COD分别为45.73%和37.05%,TN分别为44.66%和34.50%,氨氮分别为51.02%和35.95%,浊度分别为90.79%和59.78%,但去除速率却较低。此外,水深并未显著影响浮萍塘CO2和N20的排放,但水深增加却显著减少CH4的排放(由15.71 mg/m2/h减少为4.43 mg/m2/h),综合降低浮萍塘温室效应潜能效果明显,由3984.39 g CO2/m2/yr降为 1380.58 g C02/m2/yr。(6)相比较而言,CH4是浮萍塘系统排放最主要的温室气体,其对大多数浮萍塘温室效应潜能的贡献超过80%,是浮萍塘温室气体减排应重点控制的对象。总体来说,不同因素对浮萍塘污染物去除及温室气体排放的影响呈现各自不同的规律,实际应用中应根据具体目的进行选择。例如:如重点关注浮萍生长,适合选择低覆盖度、低进水负荷及浅水系统;如重点关注出水水质及污染物去除率,适合选择高覆盖度、低进水负荷及深水系统;如重点关注污染物去除速率,适合选择低覆盖度、高进水负荷及浅水系统;而降低进水营养负荷、适当增加覆盖密度和水深均可降低浮萍塘温室效应潜能。本研究在野外中试规模条件下揭示了浮萍塘污染物去除及温室气体排放的特征及其影响因素,其结果为提高浮萍塘污染物去除及减少温室气体排放提供指导措施和科学依据,对浮萍塘的进一步大规模应用具有一定的理论和实际参考价值。