垂流式人工濕地處理官廳水庫入庫水研究
摘要: 在官廳水庫永定河入庫口處進行了垂流式人工濕地對入庫河水的凈化試驗,結果表明,在滲濾時間< 1 h 時垂流式人工濕地對河水就有較好的凈化效果(對有機污染物和NH4+-N 的去除率都能達到80 %左右,對TN 和TP 的去除率為40 %左右) 。
關鍵詞: 水庫入庫水; 人工濕地; 脫氮除磷
1 試驗設計
1.1 基本條件
試驗場地位于河北省懷來縣桑園鎮萬窯附近,靠近永定河入庫口。
水質監測結果和1999 年入庫河水調查資料表明,污染主要集中在洋河下花園至懷來段,因此原水取自八號橋附近的永定河。該地區多年的氣象資料見表1。
由于濕地填料層與Hazen 等人提出的公式[1 ]要求差別較大,因此采用現場實測: 連續過水數天后(系統土壤為水飽和環境) 停水5 h ,然后重新進水。從進水到出水的時間:蘆葦濕地為50 min ,蒲草濕地為60 min ,即蘆葦濕地和蒲草濕地的滲濾時間分別為50 、60 min。
1.2 人工濕地的設計
采用垂流式人工濕地。為避免和解決系統堵塞和水力停留時間等問題,此次試驗所選礫石的粒徑較大。在平面布置上將濕地設計為彎曲條狀,以減少死區體積,延長水力停留時間。蘆葦濕地和蒲草濕地分別近似梯形和三角形,其面積分別為73. 32、76. 8 m2 。
河水通過水泵提升,經過溝渠(寬度為0. 6～1. 2 m ,總長為125. 42 m) 輸送到濕地系統中(如圖1所示) 。采用連續運行方式。進水口位于濕地表層,水流垂直流過3 個結構層,出水從礫石層底部由管道導出。
人工濕地的土層、沙層取自河道附近灘地,厚度均為40 cm ,其粒徑分布分別見表2、3 ;礫石層取自附近荒灘處,厚度為20 cm ,粒徑為15～20 mm。
1.3 分析指標與方法
分析指標及方法見表4。
2 結果與討論
2.1 人工濕地的運行狀況
濕地正常運行后從2001 年9 月13 日—11 月10日進行了平均1 次/ 周的觀測和采樣分析,此間植物的生長狀況見表5。
212 人工濕地的凈化效果
① 對有機污染物的去除
人工濕地對COD 和BOD5 的去除效果見表6、7。
由表6、7 可以看出,蒲草濕地和蘆葦濕地對COD 的去除效果沒有明顯差別;對BOD5 的去除率都較高。
② 脫氮除磷
人工濕地對NH4+- N、TP、TN 的去除效果見圖2、3、4。
從圖2 可看出,河水中的NH4+ - N 濃度為1. 5～3. 5 mg/ L 時蘆葦濕地和蒲草濕地的處理效率都很高(80 %左右) ,且不受進水氨氮濃度的影響。蒲草濕地的效果略好于蘆葦濕地。
從圖3 可看出, 河水中的TP 濃度為0. 05～0. 25 mg/ L ,已經基本滿足地表水Ⅲ類甚至Ⅰ、Ⅱ類標準。蘆葦濕地對TP 的處理效率略高于蒲草濕地,但二者對TP 的去除率波動都很大。
從圖4 可看出,河水中的TN 濃度較低(3～17mg/L) ,由于受溫度變化的影響,濕地對TN 的去除效果不穩定(去除率為8 %～80 %) ,且隨著氣溫的降低,去除率呈下降趨勢。
3 結論
① 在滲濾時間< 1 h、投配負荷為0. 17～0. 08m/ d 的運行條件下,該垂流式人工濕地系統對河水有較好的凈化效果。監測期間河水的COD 為20～70 mg/ L ,對其去除率可達到80 % ,出水基本可滿足地面水的Ⅲ類標準( COD 為20 mg/ L) ;NH4+ - N濃度為1.5～3. 5 mg/ L ,對其的去除率≥80%,其出水濃度< 0. 5mg/ L ,也基本能達到地表水的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類標準。
② 通過對種植蘆葦和蒲草濕地的平行對比試驗,發現二者各有所長,建議兩種植物混種以發揮各自的長處。
③ 人工濕地對河水的凈化效果(特別是脫氮除磷效果) 隨溫度的降低呈下降趨勢。
參考文獻:
[1] Michael Morris ,Robert Herbert. The design and performance of a vertical flow reed - bed for the treatment of high ammonia ,low suspended solid organic effluents [J] . Wat Sci Tech ,1997 ,35(5) :197 - 204.
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