垂流式人工湿地处理官厅水库入库水研究
摘要: 在官厅水库永定河入库口处进行了垂流式人工湿地对入库河水的净化试验,结果表明,在渗滤时间< 1 h 时垂流式人工湿地对河水就有较好的净化效果(对有机污染物和NH4+-N 的去除率都能达到80 %左右,对TN 和TP 的去除率为40 %左右) 。
关键词: 水库入库水; 人工湿地; 脱氮除磷
1 试验设计
1.1 基本条件
试验场地位于河北省怀来县桑园镇万窑附近,靠近永定河入库口。
水质监测结果和1999 年入库河水调查资料表明,污染主要集中在洋河下花园至怀来段,因此原水取自八号桥附近的永定河。该地区多年的气象资料见表1。
由于湿地填料层与Hazen 等人提出的公式[1 ]要求差别较大,因此采用现场实测: 连续过水数天后(系统土壤为水饱和环境) 停水5 h ,然后重新进水。从进水到出水的时间:芦苇湿地为50 min ,蒲草湿地为60 min ,即芦苇湿地和蒲草湿地的渗滤时间分别为50 、60 min。
1.2 人工湿地的设计
采用垂流式人工湿地。为避免和解决系统堵塞和水力停留时间等问题,此次试验所选砾石的粒径较大。在平面布置上将湿地设计为弯曲条状,以减少死区体积,延长水力停留时间。芦苇湿地和蒲草湿地分别近似梯形和三角形,其面积分别为73. 32、76. 8 m2 。
河水通过水泵提升,经过沟渠(宽度为0. 6～1. 2 m ,总长为125. 42 m) 输送到湿地系统中(如图1所示) 。采用连续运行方式。进水口位于湿地表层,水流垂直流过3 个结构层,出水从砾石层底部由管道导出。
人工湿地的土层、沙层取自河道附近滩地,厚度均为40 cm ,其粒径分布分别见表2、3 ;砾石层取自附近荒滩处,厚度为20 cm ,粒径为15～20 mm。
1.3 分析指标与方法
分析指标及方法见表4。
2 结果与讨论
2.1 人工湿地的运行状况
湿地正常运行后从2001 年9 月13 日—11 月10日进行了平均1 次/ 周的观测和采样分析,此间植物的生长状况见表5。
212 人工湿地的净化效果
① 对有机污染物的去除
人工湿地对COD 和BOD5 的去除效果见表6、7。
由表6、7 可以看出,蒲草湿地和芦苇湿地对COD 的去除效果没有明显差别;对BOD5 的去除率都较高。
② 脱氮除磷
人工湿地对NH4+- N、TP、TN 的去除效果见图2、3、4。
从图2 可看出,河水中的NH4+ - N 浓度为1. 5～3. 5 mg/ L 时芦苇湿地和蒲草湿地的处理效率都很高(80 %左右) ,且不受进水氨氮浓度的影响。蒲草湿地的效果略好于芦苇湿地。
从图3 可看出, 河水中的TP 浓度为0. 05～0. 25 mg/ L ,已经基本满足地表水Ⅲ类甚至Ⅰ、Ⅱ类标准。芦苇湿地对TP 的处理效率略高于蒲草湿地,但二者对TP 的去除率波动都很大。
从图4 可看出,河水中的TN 浓度较低(3～17mg/L) ,由于受温度变化的影响,湿地对TN 的去除效果不稳定(去除率为8 %～80 %) ,且随着气温的降低,去除率呈下降趋势。
3 结论
① 在渗滤时间< 1 h、投配负荷为0. 17～0. 08m/ d 的运行条件下,该垂流式人工湿地系统对河水有较好的净化效果。监测期间河水的COD 为20～70 mg/ L ,对其去除率可达到80 % ,出水基本可满足地面水的Ⅲ类标准( COD 为20 mg/ L) ;NH4+ - N浓度为1.5～3. 5 mg/ L ,对其的去除率≥80%,其出水浓度< 0. 5mg/ L ,也基本能达到地表水的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类标准。
② 通过对种植芦苇和蒲草湿地的平行对比试验,发现二者各有所长,建议两种植物混种以发挥各自的长处。
③ 人工湿地对河水的净化效果(特别是脱氮除磷效果) 随温度的降低呈下降趋势。
参考文献:
[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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