黑土洼生态湿地系统并联工艺污染物处理技术研究_邢乃春

黑土洼生态湿地系统并联工艺污染物处理技术研究邢乃春１陈雷２（１．江河水利水电咨询中心北京１００１２０；２．水利部水利水电规划设计总院北京１００１２０）【摘要】人工湿地作为一种有效的污水处理系统具有多种结构模式和工艺特点，每种工艺在其设计、运行、材料、处理机理等方面都有其独特之处。本文针对黑土洼湿地系统中的并联工艺进行研究分析，旨在给出研究结论，力求为类似污染物处理方法提供一种借鉴。【关键词】人工湿地并联渗滤污染物处理【中图分类号】Ｘ５３【文献标识码】Ｂ【文章编号】１６７２－２４６９（２０１１）０６－００４７－０４【ＤＯＩ编码】１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－２４６９．２０１１．０６．０１３１引言黑土洼湿地位于官厅水库库北、永定河入库口附近，是为研究采用人工湿地系统处理官厅水库上游微污染水体而设计。整个工艺流程分两大步，第一步为表流湿地、植物塘及砾石透水堤的串联工艺，第二步为砂介质垂流湿地、原地回填土垂流湿地、水平流渗滤坝等三种并联工艺，第一步与第二步串联，出水最终均进入官厅水库。本文主要对黑土洼湿地结构中的并联工艺的设计特点、运行操作方法、处理工艺、效果及处理机理进行研究分析。研究成果对于如何充分利用污水处理厂的退水河道对微污染水进行进一步的处理和利用生态方法进行河道治理具有积极的意义。２试验材料垂直砂滤系统床体和水平砂滤坝系统的坝芯分别铺设和填充取自当地河滩的卵、砾石和水洗粗砂。复合湿地系统的进水口安装有控制阀门和量水堰，出水口也有量水堰以及高度可调的出水管，用于控制出水水位。３工艺设计为了充分利用永定河周边大量的河滩地，参考国内外一些实际工程实践，本文设计的湿地并联结构为垂直流砂滤系统＋垂直土壤渗滤系统＋水平砂质渗滤坝系统。平面布置见图１。图１垂流及水平流渗滤坝区平面布置图图中：（１）为砂介质垂流湿地区，（２）为原地回填土垂流湿地区，（３）为水平流渗滤坝区３．１砂介质垂流湿地垂流湿地一直就是众多学者研究的热点。在官厅水库入库口，代明利等人在官厅水库永定河入库口处进行了垂流式人工湿地对入库河水的净化试验，结果表明，在渗滤时间＜１ｈ时垂流人工湿地对河水就有较好的净化效果（对有机污染物和ＮＨ４＋－Ｎ的去除率都能达到８０％左右，对ＴＮ和ＴＰ的去除率为４０％左右）。该类湿地一般介质较细，处理效果良好，但若作者简介：邢乃春（１９７５年－），男，助理工程师。·７４·科研与管理水利规划与设计２０１１年第６期没有前处理，则比较容易淤堵。根据垂直流湿地的特点，为了扬长避短，本试验中采用的床体介质为直径０．０６～２ｍｍ的水洗粗砂。另外，渗滤系统的前端植物塘系统有利于拦截和沉淀水体中大部分颗粒较大的固体颗粒，减少了渗滤系统的堵塞几率，从而延长了渗滤系统的持续工作时间。垂直砂滤系统、直径为１０～２５ｍｍ的卵砾石，其中布设直径为１６０ｍｍ的集水花管，用于收集和外排经过渗滤系统处理的水体。在卵砾石层上面是砂滤系统的主要渗滤介质：直径０．０６～２ｍｍ的粗砂，厚度为８１ｃｍ。砂滤介质上种植芦苇，芦苇成熟后的根系在砂滤介质中纵横交错，有助于疏松砂介质，水体可通过根系周围的空隙输送到集水层，从而在一定程度上减少了砂介质堵塞的可能性。垂流及水平流区的设计处理水量为０．０１９ｍ３／ｓ。其中砂介质垂流湿地的面积为１７５．５ｍ２，水力负荷为７．７ｍ／ｄ，设计处理量为０．００７５９ｍ３／ｓ。图２－８为砂介质垂流湿地的纵剖面图，图２为施工完成后的实际情况。图２砂介质垂流湿地纵剖面图３．２原地回填土垂流湿地在工程原址进行土壤回填，利用土壤渗滤系统来处理污染物。土壤处理系统对污水的净化机制是，污水在包气带及潜水层流动时，借助于发生在土壤和浅部含水层中的物理、化学和生物作用，使污染物通过吸附、微生物降解、沉淀及其它化学反应去除，最终达到污水净化的目的。土壤含水层对有机物和氨氮的去除可以不断的进行下去，土壤含水层相当于一个由好氧、缺氧、厌氧组合的生物反应器。为了进一步研究土壤处理系统的净化效果，在本试验工程中设计了一种土壤垂直渗滤湿地系统。该人工湿地的土层取自原河道附近滩地，湿地面积为６０ｍ２，水力负荷为２．５ｍ／ｄ。原地土样颗粒级配分析及化学分析结果见表１和表２。图３为原地回填土垂流湿地纵断面。表１土样颗粒级配分析表粒径（ｍｍ）５～２２～０．５０．５～０．２５０．２５～０．０７５０．０７５～０．００５＜０．００５％２．０１８．５１１．５３１．５３３．０３．５Ｃｕ＝５．２，Ｃｃ＝０．７，渗透系数为１．３４×１０－６ｍ／ｓ。表２土样的化学分析结果如下表检测项目ＴＮ（ｇ／ｋｇ）ＮＨ４＋－Ｎ（ｍｇ／ｋｇ）ＮＯ３－Ｎ（ｍｇ／ｋｇ）有效磷（ｍｇ／ｋｇ）水溶磷（ｍｇ／ｋｇ）值０．６８８１２．５１５．２１１．８０．０８图３原地回填土垂流湿地纵断面３．３渗滤坝渗滤坝是由中德双方共同设计的