复合人工湿地对轻微污染地表水有机物深度去除的研究马文林

第五章环境污染防治技术研究与开发·2181·复合人工湿地对轻微污染地表水有机物深度去除的研究马文林王雪莲李荣旗(1.北京建筑工程学院城市建设工程系北京市西城区展览馆路1号1〕叹)科;2.北京锦绣大地农业股份有限公司北京市海淀区四季青乡廖公庄616号10以)39)摘要本文重点叙述了表流一潜流复合人工湿地建成第一年,对轻微污染地表水中有机物的去除效果,同时就运行过程中发现的问题进行了讨论,为今后设计用于地表水深度净化的人工湿地提供借鉴。关扭词表流湿地,潜流湿地,复合人工湿地,地表水,有机物降解一、前言湿地是介于陆地和水域之间的一个过渡区域,拥有交错的生态环境,植物可以在被水淹没的土壤中生长,因此既兼有陆地和水域的特性,也有别于它们的独特特性,可以用于生物多样性的保护,控制洪水和泄洪,农业生产与水产养殖以及用于污水的处理等。在当今水资源短缺,生态环境遭到破坏的情况下,人们通过模拟与湿地自然生态系统相似的物理、化学和生物的协同作用「’〕来建造人工湿地(consutrctedwetland,cw)进行污水处理并回用正日益受到的重视,在这方面的研究及文献也很多。本文从工程实践的角度,以北京海淀区翠湖湿地水体为例,研究由表流湿地(Sufaree一llowweiland,SF)和潜流湿地(Subsufaree一.flowweiland,SSF)组合形成的复合人工湿地对地表微污染水体进行深度处理的性能。二、人工处理湿地试验系统简介本项目中的复合人工湿地是在翠湖湿地原有河道上进行了部分改造而建立的,修建过程中处理湿地走向随弯就弯,随直就直,基本遵循原有河道的结构,并尽量保留原河道两岸的植被。处理湿地长约25Om.宽16一31m不等,总面积4450m,,其平面结构如图1所示。~-~~~~-~-~州卜水流方向圈1复合处理湿地平面结构圈1—污水塘;2—芦苇湿地;3—水葱湿地;4—香蒲湿地;5—潜流湿地;6—水草湿地由图1看出,沿水流方向,污水首先进人一个兼性稳定塘,然后顺序流经五级处理湿地,包含表流湿地和潜流湿地。在每两级湿地之间修建挡水墙,以引导水流。表流湿地的进出水都从湿地表面,潜流湿地从表面进水,底部穿孔管集水后导出。处理湿地上分别种植芦苇、水葱、香蒲、水草、水葫芦等植物。潜流湿地填充层高度为lm,从顶至底分别填充了40cm厚该地区的土壤,3c0m厚smm的砾石及3c0m厚10~的砾石,底部就利用了河道多年来的淤泥做防渗层,没有破坏河道原有的生态。·2182·中国环境科学学会学术年会优秀论丈集(2《X巧)三、研究计划与方法1.研究计划2《X碑年11月完成人工湿地试验系统的工程施工,之后将对该试验系统连续进行3年(3个植物生长周期)的水质监测,期间每个自然年度,将根据试验结果,对该系统的水质净化能力作出评价,同时发现不足,及时进行系统维护和修正,以使试验系统的水质净化能力得到改善。2.植物种植20(又年11月,在人工湿地试验系统工程施工完成以后,立即在芦苇湿地和潜流湿地中植人苇根,并通水运行。其它种类植物在2005年3、4月份进行种植。试验情况表明,人工湿地中所种植的植物,经过3一4个月的发育,植株生长状况良好,到2X()5年7月开始形成茂密稳定的植物群落,于是开始下一步的水样采集和水质监测工作。3.水质监浏从2X()5年8一11月,对人工湿地试验系统连续进行4个月的水质监测,分别在每一级湿地的进水口处(芦苇湿地除外)以及水草湿地的出水口处采集水样,采样频率为1一2周1次。同时,在翠湖湿地未受污染的区域对照样品。回到实验室,对各水样测定其CODc,值以评价系统对于有机物的去除效果。四、试验结果与讨论图2所示为8一9月份处理湿地对有机物的去除情况。由图中数据可知,污水经过处理湿地的处理后,部分有机物得到降解。对照国家地表水质量标准,试验系统进水有机物指标为四类水,经过处理湿地处理后,达到三类水水质标准。观察比较图2所示不同时期各级处理湿地出水有机物浓度变化的情况,可以发现,通常情况下,水草湿地出水的有机物浓度都较前一级的潜流湿地要高。lllll””{{{...::::::::::::一一葵葵葵葵葵.......……….......................................................................................::::::::::::{{{{{111,,,IIIII灌灌瓤瓤瓤瓤瓤瓤.,,rrr】】】111iii鬓鬓111.....:.:::::生生生生票票票票票里里现现现:::::::::::::::::.....………………毛:::::::::::::::::::::::::……………………卜卜卜:.............:::::::::::::::鬓鬓鬓鬓鬓鬓分分分分分分分分分::::::::::::::111:纬纬纬纬纬::::::::::一!!!关关关关111111111.....………………………….:.::::::::::::::::::::::::::、、、、、、、、、、、、、::::::::::::……………………::::::::::::::::::::::::::、..........:.。。。。。。。。::::::::::::::::::::::::::::::::::关关关关关关关关::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::.进水O芦苇出水口水态出水0香浦出水0潜流出水O水草出水403020100ǎ县式舀O口05.8.705.8.1705.8.2905.9名05.9.21日期圈2人工湿地对有机物的去除效果对水草湿地有机物指标下降的现象进行深人分析,认为主要原因是空气降尘造成的。水草湿地位于复合处理湿地的最后一级,生长沉水型的水草。与前面几级湿地相比较,水草湿地的水面向大气开放,不为植被所遮挡,空气中的降尘很容易接近水面。现场观察发现,水草湿地的水面总漂浮有一层薄膜状物质。图3所示为试验过程中处理湿地对有机物去除率的变化情况。从图中曲线看,在10月下旬之前,试验系统对有机物的去除效率有一个稳定上升,之后开始下降,这种变化趋势符合一般规律。本次试验是处理湿地建成后第一年运行,试验系统的生态系统还没有进人稳定状态,而是处于上升发展阶段,其对有机物的去除能力随着系统的不断发育逐步提高。进人n月以后,由于第五章环境污染防治技术研究与开发·2183·气温、水温下降,微生物降解有机物的活性降低,导致了有机物处理效率的下降。就总体而言,系统对于有机物的去除率最高时也只有47.5%,这主要是由于进水有机物浓度较低造成的,并不能说明试验系统对有机物处理能力差。___/尸\、...///洲一’’...一~户`J卜曰-声~,,60ǎ瞬)4020辞谨米白O口8.78.17圈38.228.299.892110.2511日期处理湿地对有机物的去除效率五、结论与建议1.结论(l)本研究中工程设计遵循近自然原则,不对处理湿地的自然地貌进行高度改建。试验结果表明,这样建立的处理湿地,其岸边带不需要硬化,且植被易于恢复到自然稳定状态,提高了处理湿地生态系统的稳定性。(2)对系统有机物去除能力的连续监测表明,随着处理湿地的运行,有机物去除效率呈上升趋势,表明其对污染物质的去除能力逐步建立。(3)处理湿地进水中有机物浓度为国家地表水水质标准(GB3838一2X()2)中的四级标准,只能够作为一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区;经过湿地处理后,处理水的有机物指标满足国家地表水三级标准,满足集中式生活饮用水地表水源地二级保护区中的有机物标准,能够作为鱼虾类越冬场、徊游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。2.建议(l)对试验系统继续进行1一2年的深人细致研究,获得该系统用于轻微污染地表水深度处理时的有机物去除负荷。(2)进一步深人探讨处理湿地对氮和磷的去除机理,为改善深度处理人工湿地的处理能力提供工程实践经验和实验数据。(3)摸索在城市近郊等人类活动易到达区域设计具有大面积开阔水面的水草湿地的工程原则,包括该类型处理湿地的堤岸设计。参考文献〔l]白晓惫,王宝贞,余敏等.人工湿地污水处理技术及其发展应用.哈尔滨建筑大学学报,1999;32(6):88~92【2」梁威,胡洪营.人工湿地净化污水过程中的生物作用.中国给水排水,2003;19(10):28一31〔3〕王薇,俞燕,王世和.人工湿地污水处理工艺与设计.城市环境与城市生态,2X()1;14(1):59一62【41张虎成,田为,俞穆清等.人工湿地生态系统污水净化研究.污染治理技术与设备,2仪抖;5(2):11一巧