人工湿地控制滇池面源水污染适用性研究_段志勇

人工湿地控制滇池面源水污染适用性研究＊段志勇施汉昌黄霞胡洪营(清华大学环境科学与工程系,北京100084)摘要由于滇池面源污染主要发生在农村地区,而这些地区在水污染控制方面的资金投入和管理水平有限,所以应用于面源污染的水污染控制技术要求是低投入、易管理的工艺方法。而人工湿地是一种基建费用低,运行成本低,维护技术低的“三低”技术,氮磷去除效果显著,是一种适合应用于发生在农村地区的面源污染控制的工艺方法。关键词面源污染人工湿地适用性＊国家科技部重大专项“滇池流域面源污染控制研究”(2000-03)基金项目1前言随着人们对湖泊水污染控制研究的深入,人们越来越认识到面源污染中氮磷控制的重要性。以我国滇池为例,滇池流域总面积为2920km2,径流量为5.7亿m3。据1995年滇池流域污染源调查,面源入湖的总氮和总磷分别为2955ta和417ta,占滇池入湖总氮和总磷的33%和41%[1]。随着近年流域点源污染控制工程的实施,面源氮磷入湖量所占的比例已超过50%。因此控制面源污染已成为解决滇池富营养化的关键[2]。但由于面源污染发生在广大农村地区,这些地区在水污染控制方面的资金投入和管理水平是有限的,这就决定了污水氮磷控制技术的选择应遵循投资费用少、运行费用低、维护管理简便的原则。本研究就是对符合这一要求的人工湿地[3～5]的处理效果进行研究并进行经济性比较。2实验装置与方法试验由以植物床为主体的实验系统组成,流程图为:格栅※调节池※配水系统※植物床※集水渠※排放。其中调节池兼有沉淀池的作用。植物床共分6个床体,每个床体尺寸为:长6m、宽1m、深0.6m,底坡1%,布水量为750Ld,进水流速521mLmin,相应水力负荷为10cmd,水力停留时间57.6h。选用的填料是工业锅炉炉渣,栽种的水生植物是芦苇、茭草、菖蒲等当地常见的水生植物。植物床体初期的水位调节为:最初使水位保持在株苗基部以上5cm左右;在植株扎根成活以后,再将水位渐渐下调以利于植物根系向下生长。监测床体中污水的COD、TN、TP变化情况。3实验结果与讨论现场调查表明,流域内村镇厕所一般以干厕为主,生活污水主要来源于生活杂用水,通常由明渠汇集,但收集系统不完整。与市区生活污水相比,村镇生活污水的污染负荷相对较小,其中总氮和总磷排放量分别为0.9g人·d和0.17g人·d,是市区生活污水的12%和22%。因此,村镇生活污水的处理技术应满足低负荷和小规模的特征。在实验中,针对当地污水情况,将进水各水质指标值都调至较低情况进行试验。监测指标取能反映人工湿地系统宏观去除效果的COD、TN、TP。3.1COD沿程降解情况COD沿程降解情况如图1所示。从图1可以看出COD在床体的前部降解很快,后部降解缓慢,床体中COD平均去除率约为79%,多个床体均表现为COD去除情况稳定。图1COD沿程降解情况人工湿地由土壤、水生植物、微生物组成,其对污水中污染物的降解是由这几部分共同作用完成的。根据根区法理论,生长在湿地中的挺水植物通过叶的吸收和茎杆的运输作用,将空气中的氧传输到根部,在根须周围形成好氧区。以有利于好氧微生物对有机质的分解作用。在根须较少的地方形成兼性区和厌氧区,有利于兼性微生物和厌氧微生物降解有机物64环境工程2002年12月第20卷第6期DOI:10.13205/j.hjgc.2002.06.021的作用。好氧微生物在根须周围形成的好氧区域将废水中大部分有机物质分解成为CO2和水。水生植物的吸收作用和挥发作用也会起到比较重要的作用[6,7],但是最主要的还是靠微生物的硝化反硝化作用。3.2总氮沿程降解情况总氮沿程降解情况如图2所示。从图2可以看出TN平均去除率约为68%,污水中TN值沿程下降,多个床体均表现出TN去除情况稳定。图2总氮沿程降解情况在床体中的好氧区域,硝化细菌将氨氮硝化,生成硝酸氮和亚硝酸氮。厌氧细菌在厌氧区通过发酵作用将有机物分解。反硝化细菌则在缺氧区域完成反硝化过程。水生植物的吸收作用和挥发作用也起到了比较重要的作用[7,8],但是最主要的仍是微生物的硝化反硝化作用。3.3总磷沿程降解情况总磷沿程降解情况如图3所示。从图3可以看出TP去除率约为60%,污水中TP值沿程下降,多个床体均表现出TP去除情况稳定。图3TP沿程降解情况磷的去除有两方面的原因,一是因为污水中的磷与铝、铁、钙等离子进行化学反应,因而在湿地系统中,矿物质和无定形铝含量高的填料比有机质含量高的填料的磷去除率要高。二是因为水生植物吸收磷,以构成自身组成部分。4人工湿地应用于面源污染控制的经济性和运行管理可行性分析近年来人们对人工湿地的深入了解,可以看到人工湿地应用于面源污染控制的优势:(1)从资金投入来看,人工湿地系统由于是一种低投入低能耗的工艺系统,满足了应用于面源污染控制必须是低投入的要求,