人工濕地污染源控制探究

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1濕地工藝流程

根據(jù)滇池流域農(nóng)業(yè)面源污染特征和湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[1],人工濕地工程采用如圖1所示工藝流程,既實(shí)現(xiàn)濕地進(jìn)出水均勻控制,又保證污染物在濕地系統(tǒng)中沉降和吸附吸收,提高了污染物凈化效果。

2濕地工程平面結(jié)構(gòu)

研究中利用1257m2低洼棄耕地改造成人工濕地,控制徑流面積為0•18km2[2,3],人工濕地平面結(jié)構(gòu)見圖2,濕地設(shè)計(jì)結(jié)果見表1。

3濕地生態(tài)系統(tǒng)

3•1設(shè)計(jì)原則

人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中種類選擇遵循以下原則:a•在滇池地區(qū)有較好適應(yīng)性,以選擇本地(滇池)現(xiàn)有或原有生物種類為主;b•選擇對(duì)N,P等營(yíng)養(yǎng)性污染物具有較強(qiáng)去除能力的生物種;c•選擇在滇池地區(qū)具有廣泛用途或經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的生物種類。

3•2選擇程序及方法

a•滇池沿岸地區(qū)水生生物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查分析;b•水生生物去除N,P等污染物能力調(diào)查;c•滇池地區(qū)水生生物開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查;d•水生生物優(yōu)化比較;e•確定生物種類。

3•3濕地生態(tài)系統(tǒng)

根據(jù)調(diào)研分析[4~8],人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中生物種類確定如下:飄浮植物———小葉浮萍。小葉浮萍在滇池地區(qū)具有較強(qiáng)生長(zhǎng)適宜性,在許多池塘均能發(fā)現(xiàn)。小葉浮萍有利用價(jià)值,如用于養(yǎng)殖業(yè)。浮萍對(duì)N,P等污染物具有較強(qiáng)的除能力。挺水植物———蘆葦。蘆葦是國(guó)內(nèi)去除污染物能力研究較多的挺水植物,去除N,P能力較強(qiáng),蘆葦除本身吸收N,P外,蘆葦根部造成的濕生環(huán)境,對(duì)污染物吸收和吸附作用很大。也可種植同樣有較好凈化效果的水芹、慈菇等經(jīng)濟(jì)植物。沉水植物———菹草。沉水植物對(duì)N,P具有較好吸收作用,同時(shí)增加了濕地容積,增加了滯留時(shí)間,提高了濕地承載負(fù)荷。也可種植蓮藕、菱角等經(jīng)濟(jì)植物。草濾帶———天然草種。以野生自然草種形成草濾帶。

4濕地凈化效果分析

根據(jù)14個(gè)月運(yùn)行監(jiān)測(cè),人工濕地對(duì)徑流污染物凈化效果分析如下:

4•1TN凈化作用

人工濕地進(jìn)出水TN濃度及去除率見表2,可以看出:濕地系統(tǒng)對(duì)TN平均去除率為35•5%,變化幅度較大,為-28•3%~91•5%。濕地對(duì)TN去除率與濕地運(yùn)行狀況有關(guān),1995年工程較完善,生物系統(tǒng)生長(zhǎng)良好,TN去除率較高,1994年工程不完善,TN去除率變化較大。夏季去除率高于冬季,濕地工程對(duì)暴雨徑流有較強(qiáng)凈化能力。從1995年開始,工程處于良好運(yùn)行狀態(tài),濕地生態(tài)系統(tǒng)不斷完善,濕地對(duì)TN去除率大于30%,平均去除率在60%左右。

4•2TP凈化作用

人工濕地對(duì)TP凈化作用,可以看出:人工濕地對(duì)TP平均去除率為24•4%,去除率范圍為-14•7%~87•5%。工程尚未完善的1994年去除TP效果明顯不如1995年,1995年平均去除率達(dá)到47•8%。冬季(10月份以后)TP去除效率不如夏季。人工濕地正常運(yùn)行情況下,TP去除率在50%左右。

4•3TDN凈化作用

人工濕地對(duì)TDN去除率見表4,可以看出:人工濕地對(duì)TDN平均去除率為41•2%,變化范圍為-29•3%~100%,1995年去除效果好于1994年,夏季好于冬季。人工濕地正常運(yùn)行情況下,TDN去除率不低于45%。

4•4TDP凈化作用

人工濕地對(duì)TDP去除能力分析結(jié)果見表5,可以看出:人工濕地的TDP去除率為9•8%,去除率范圍為-15•8%~83•3%。總體上看,對(duì)TDP去除作用不明顯,這與濕地運(yùn)行方式有關(guān),若能保證截留時(shí)間,濕地對(duì)TDP去除作用也將十分明顯。在濕地正常運(yùn)行狀態(tài)下,TDP去除率將在20%左右。

4•5SS凈化作用

人工濕地對(duì)SS去除能力,可以看出:人工濕地對(duì)SS具有較好的去除效果,平均去除率達(dá)到49•9%,去除率范圍為-61•3%~96•9%,一般情況下,SS去除率大于70%,極個(gè)別情況下沒有明顯去除作用。

4•6CODCr凈化作用

有機(jī)物不是農(nóng)田徑流中主要污染物,監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,人工濕地在良好運(yùn)行情況下,對(duì)有機(jī)污染物也有一定的凈化作用,平均去除率為6•4%,最高去除率為83•3%。良好運(yùn)行狀態(tài)下,人工濕地對(duì)CODCr去除率在20%左右。

5討論

5•1工程適應(yīng)性分析

農(nóng)業(yè)面源具有不穩(wěn)定特性,徑流量和徑流中污染物濃度因水文條件不同而不同,從運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出,幾種主要污染物濃度變化都很大,人工濕地能夠適應(yīng)這種變化,1994年工程建成試運(yùn)行時(shí)已產(chǎn)生凈化作用,1995年正常運(yùn)行時(shí)凈化作用較好。由于來水水量影響,人工濕地水力滯留時(shí)間變化較大,一般情況下保持在1~5d,連續(xù)降水時(shí)最少為0•27h。正常運(yùn)行時(shí)充分發(fā)揮濕地中生物吸收吸附作用,污染物凈化效果較好。連續(xù)降雨時(shí)生物作用減弱,物理沉降作用仍很大,同樣使污染物得到凈化,尤其是顆粒態(tài)污染物。人工濕地生物和物理作用,適應(yīng)了面源不穩(wěn)定特性,對(duì)面源污染物有較好凈化作用,因此人工濕地適合處理農(nóng)田廢水。

5•2投資效益分析

1257m2人工濕地總投資2•3萬元,年去除污染物為:TN0•70~1•14t,TP0•035~0•05t,TDN0•40~0•67t,TDP0•012~0•014t,TSS4•84~6•58t,取得了較好環(huán)境效益。工程運(yùn)行時(shí),僅需一般性管理,運(yùn)行費(fèi)用極少。單位污染物去除量投資額分別為:TN2•02~3•29萬元/t,TP46•0~65•71萬元/t,TDN3•43~5•75萬元/t,TDP164•29~91•67萬元/t,TSS35~0•48萬元/t,投資額以及運(yùn)行費(fèi)用均遠(yuǎn)低于常規(guī)污水處理工藝。

5•3應(yīng)用邊界與范圍

由于占地面積較大,該技術(shù)應(yīng)用受到局限,主要適用于重污染農(nóng)業(yè)區(qū),如蔬菜地。如果土地條件允許,也可廣泛應(yīng)用,對(duì)控制水土流失和農(nóng)田徑流污染均有較好效果。年降水量在800~1100mm地區(qū),濕地面積約為控制區(qū)域面積的百分之一,降水量小,濕地面積減小,降水量大,濕地面積增加。應(yīng)用該技術(shù)時(shí),應(yīng)考慮降水及土地資源狀況。

6結(jié)論

人工濕地工程對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染物具有較好的凈化作用,在正常運(yùn)行情況下,面源主要污染物去除率達(dá)到:TN60%,TP50%,TDN40%,TDP20%,TSS70%,CODCr20%。工程具有投資少,效益好,運(yùn)行管理方便以及抗面源負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),適合我國(guó)國(guó)情,是我國(guó)控制農(nóng)業(yè)面源污染,尤其是重污染農(nóng)業(yè)區(qū)污染的有效技術(shù)手段,具有較好推廣應(yīng)用前景,目前在滇池、洱海等許多湖泊面源污染控制中擬采用人工濕地工程技術(shù)。