梯级滞留塘-人工湿地组合工艺处理山区污染河水

论文导读：河道滞留塘技术是直接在河床上建堰拦水。第五单元为潜流碎石床湿地。滞留塘，梯级滞留塘-人工湿地组合工艺处理山区污染河水。
关键词：滞留塘，潜流碎石床湿地，污染河水净化
 

入湖污染河流是湖泊/水库污染物的重要来源. 在点源污染得到控制后，农业农村面源污染成为加速湖泊水库富营养化进程的一个主要原因[1]. 河流系统是非点源污染物的主要运移通，大部分污染物通过河流进人湖泊/水库. 因此，污染河水的处理已经成为一个世人关注的焦点[2].

河道滞留塘技术是直接在河床上建堰拦水，通过重力沉降、植物吸收和微生物降解等作用对水质进行净化[3,4]; 在污染河流治理技术中，河道滞留塘、人工湿地等生物/生态技术具有成本低、运行管理简单、能持续发挥水质净化作用等优点，因此该技术成为污染河水处理的优选技术. 国内外河道滞留塘技术、人工湿地工艺已经开始被应用于流域规模的污染河水处理[5-7]. 但是，把这两种技术进行优化组合，在河道上建设一个复合湿地系统，用于意在保护水源地水质的山区污染河流治理，在国内外还少见应用报道. 为此，开发了梯级滞留塘-人工湿地复合水处理工艺，并进行了工程示范，对运行期间的氮磷净化效果进行研究.

1工程概况

都拉小河位于贵阳X水源地上游，河水来自地下水，沿途汇集集镇2000余人的生活污水和农田排水. 该集镇处河段地势平坦，水体流动性差，部分季节恶臭，河道淤泥厚度在1m以上，氮、磷含量高，总体上属于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002 )劣V类水体，COD为6-83mg/L，NH4+-N为0.43-4.94 mg/L，TN为4.28-11.52 mg/L，TP为0.19-1.53 mg/L, pH值为7.4-8.5，DO为0.9-6.1 mg/L.

2.处理工艺

2.1处理工艺选择

贵州是一个海拔较高、纬度较低、喀斯特地貌典型发育的山区，河流、沟渠落差大；具有典型的高原性季风气候特点，系亚热带湿润温和型气候. 这为采用生物/生态治理污染河流提供保障。发表论文，滞留塘。根据贵州农村人口的文化素质水平和经济水平，采用的工艺应简单易懂、操作维护方便、成本低、能耗低、效率高. 山区河流天然的落差大，具有建设梯级滞留塘净化水质的优势. 另外，该河流直接进入水源保护区，为保障出水水质，采用人工湿地进行强化处理. 通过优化设计，实现物理沉降、自然曝气、微生物、水生植物、水生动物和基质的有机结合，共同构成一个复杂的湿地系统，较大程度地增加工程生态系统的多样性和稳定性，从而使整个系统具有较强的抗污染负荷冲击能力. 该组合工艺由2级滞留塘系统、1个跌水曝气和1个滚水坝曝气系统、3级潜流碎石床湿地组成（见图1）.

图1工艺流程图

Pig.1 Schematic diagram of combined process

2.2 工艺特点

（1）根据当地地形落差大的特点，利用河道进行跌水曝气、滚水坝曝气，无需动力.

（2）通过工艺和结构优化，集成了滞留塘-人工湿地工艺的组合优势和各自优势，滞留塘串联延长水力滞留时间，发挥物理沉降和厌氧消化功能，可拦截大部分漂浮杂物及悬浮物，防止湿地堵塞。发表论文，滞留塘。发表论文，滞留塘。发表论文，滞留塘。

（3）在滞留塘内种植各种水生植物，不仅可以直接利用氮磷营养物质、补充氧气、美化环境，而且还提供微生物的附着载体，提高了净化效率，另外，滞留塘内还可以放养鱼，为农民增收。发表论文，滞留塘。发表论文，滞留塘。

（4）人工湿地为潜流湿地，池内从底部向上依次填充大小不一的碎石和细沙，这种结构有利于微生物的附着和防止堵塞；湿地种植美人蕉、菖蒲、高羊茅和石菖蒲，美人蕉和菖蒲生物量大，净化功能强，但不能越冬，而高羊茅和石菖蒲需然生物量相对较小，但四季常绿，这种搭配改变了湿地冬季净化效果不明显和景观差的弊端.

（5）不投放药剂，无二次污染；管理运行简便，无需专人管理和运行经费，这是贫困地区农村污水处理良好运行的保证；处理效果稳定可靠，出水灌溉可以缓解农村用水紧张。

3 工艺设计

整个系统分为5个梯级单元. 第一单元为河道植物带滞留塘，长约150m，宽在20-30m不等（受地形限制），坝高1-2m（两岸浅，河中央深），泄水孔在1m处，直径0.3m，以满足河道对生态用水和景观用水的需要. 河道中央种植金鱼藻、狐尾藻等沉水植物，岸带有喜旱莲子草、李氏禾和藨草等，发挥河道植物带水质净化功能. 另外，此单元拦截大量漂浮物和泥沙，便于清淤.

第二单元为跌水曝气系统，长约70m，宽4-15m，落差约5m. 通过在河道中放置各型石块，使之挡水回旋和溅起水花实现自然复氧. 跌水曝气可增强水质净化效果[8].

第三单元为漂浮植物滞留塘，长约90m，宽约60 m，水深3-6m，滚水坝溢水. 水面种植喜旱莲子草和水芹菜，盖度约40%，吸收水体氮磷，同时为微生物挂膜提供载体；起缓冲、延长水力停留时间、厌氧消化、促进颗粒物沉降的作用，可以减轻后续单元污染物负荷.

第四单元为斜面式滚水坝曝气系统，利用滞留塘水坝，在出水面利用石块建成斜面式溢流堰，坡度为75°. 增加水体溶氧含量，提高水体自净能力. 溢流淹出水部分进入人工湿地，多余部分沿河道流出. 滚水坝也具有一定的水质净化能力[9].

第五单元为潜流碎石床湿地，由三级串联，面积分别为394m2、444m2、448m2，处理规模为500m3/d. 池内从底部向上依次填充大小不一的碎石和细沙. 湿地间由过水堰隔开，水流经过水堰进入下一级湿地. 湿地种植旱伞草、美人蕉、菖蒲、石菖蒲和高羊茅，并根据植物习性进行配置，种植密度为10株/m2.

4净化效果

4.1梯级滞留塘的净化效果

工程建成，植物群落恢复稳定后，在进水、一级塘出水和二级塘滚水坝出水处设采样点DPE I1、DPE2和DPE3，于12月至翌年7月每月监测1次（2月因故未监测），从7次监测均值（见表1）来看，总磷、总氮、氨氮，平均去除率分别为73.45%、40.18%和63.22%，对总磷的去除率＞氨氮＞总氮；磷的去除主要是通过物理沉降来实现，植物净化也有一定的作用，采用梯级滞留塘延缓了水的滞留时间，提高了磷的净化效果；氮的去除主要是通过微生物的硝化、反硝化作用来实现，在滞留塘系统中种植物为微生物的附着提供了载体，强化了氮的去除效果；本实验系统中硝态氮和亚硝氮呈逐级增加说明滞留塘系统中发生着强烈的硝化反硝化作用；从表1的可知，一级植物带滞留塘（水深＜1m）的氮磷去除效果要显著优于二级滞留塘（水深3-6m），这可能是一级滞留塘中植物带的作用，可见，河道滞留塘水深以适宜植物的生长为宜，不宜过深；另外，一级河道植物带滞留塘出水CODcr浓度升高，可能与一级塘植物死亡分解有关，因此，在冬季植物枯萎时有必要及时收割，保障运行效果.监测期间水温为16.8℃, pH值平均为8.0，出水TN达到《地表水环境质量标准》( GB 3838-2002) V类标准，TP和化学耗氧量达III类标准. 可见，对于仅受农业农村污染的低浓度污染河流通过滞留塘系统能够有效改善水质.

表1 梯级滞留塘的净化效果（mg/L）

Tab.1 Performance of step detention pond

4.2潜流碎石床湿地的净化效果

潜流碎石床湿地氮磷净化效果见表2，总氮为五类水质，总磷和氨氮达到二类水质标准. 与梯级滞留塘的净化效果一样，潜流碎石床湿地氮磷的净化率也是总磷＞氨氮＞总氮. 潜流人工湿地系统对TP的去除作用主要是通过吸附和沉积作用完成的[陈源高,2005]. 从表2可知，多级湿地串联大大提高了水质的净化率，湿地串联延长了污水在湿地系统中的滞留时间.湿地出水水质较好，磷和氨氮达到II类水质标准；总氮乃为V类.

表2潜流碎石床湿地的净化效果

Tab.2 Performance of subsurface crushed stone wetland

注：WLI1为一级湿地进水，WL2为一级湿地出水也是二级湿地进水，WL3二级湿地出水也是三级湿地进水，WL4为三级湿地出水.

4.3滞留塘与潜流碎石床湿地运行管理的比较

滞留塘与潜流碎石床湿地对清污染河水的净化效果都非常的显著，但是在一年多的过程中，潜流碎石床湿地受到村民的破坏较为严重，维护成本增多，而且，在雨季，由于湿地的处理能力有限，较多的污水不能进入湿地系统处理；而滞留塘基本没有进行维护. 鉴于贵州当前农村的经济现状和人民环保意识状况，选择滞留塘系统处理轻污染河水是非常适合的.

5结论

①梯级滞留塘对总磷、总氮、氨氮的去除率分别为73.45%、40.18%和63.22%，去除效果好.滞留塘系统管理粗放，建设成本低，基本不需运行费，是贵州山区污染河流治理的理想选择.

②恢复河道植物带可以提高滞留塘系统的净化效果，但在冬季植物枯萎时要及时收割，以免形成二次污染.

③潜流碎石床湿地对低浓度的氮、磷也有较高的净化效率，对总磷、总氮、氨氮的去除率分别为43.27%、78.57%和73.08%.潜流碎石床湿地串联能够提高水质净化效果.

④梯级滞留塘与潜流碎石床湿地组合水质净化作用明显，能够瞒足水源地水质保护的要求.⑤潜流碎石床湿地与滞留塘系统相比，滞留塘系统更适合山区污染河流的治理.在无特殊目的的情况下，不必进行滞留塘系统与潜流碎石床湿地组合. 该工程将滞留塘系统与潜流碎石床湿地组合是为保护水源地水质.

参考文献：
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