山区污染河水处理工艺

Posted 2023-01-15 湿地

篇首语：常识并不是大家都知道的，常见的东西。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了山区污染河水处理工艺相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

入湖/库污染河流是湖泊/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。河流系统是非点源污染物的主要运移通道，大部分污染物通过河流进入湖泊/水库，因此，污染河水的处理已经成为世人关注的焦点。

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。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。目前，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中，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中，在国内外还少见应用报道。为此，笔者开发了梯级滞留塘/人工湿地组合工艺，并进行了工程示范，对其脱氮除磷效果进行了研究。

1 工程概况

都拉小河位于贵阳某水源地上游，河水来自地下水，沿途汇集集镇2 000 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，部分季节会出现恶臭现象，河道淤泥厚度在1 m以上，氮、磷含量高，总体上属于《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002 ）的劣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，并且是亚热带湿润温和型气候，这为采用生物/生态技术治理污染河流提供了保障。根据贵州农村人口的文化素质和经济水平，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级潜流碎石床湿地系统组成（见图1）。

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，无需额外动力。

②通过工艺和结构优化，集成了滞留塘和人工湿地的优势; 滞留塘串联延长了水力停留时间，可充分发挥其物理沉降和厌氧消化功能，拦截大部分漂浮杂物及悬浮物，防止湿地堵塞。③在滞留塘内种植各种水生植物，不仅可以直接利用氮、磷营养物质以及补充氧气、美化环境，而且还为微生物提供附着载体，提高了净化效率; 另外，滞留塘内还可以放养鱼类，为农民增收。

④人工湿地为潜流湿地，从下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，美人蕉和菖蒲的生物量大，净化功能强，但不能越冬，而高羊茅和石菖蒲虽然生物量相对较小，但四季常绿，这种搭配消除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系统良好运行的保证; 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1 单元为河道植物带滞留塘，长约为150 m，宽为20～30 m不等（受地形限制），坝高为1～2 m（两岸浅，河中央深），泄水孔在1 m高度处，直径为0．3 m，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，发挥河道植物带的水质净化功能。另外，此单元拦截大量的漂浮物和泥沙，便于清淤。

第2 单元为跌水曝气系统，长约为70 m，宽为4～15 m，落差约为5 m。通过在河道中放置各种石块，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。

第3 单元为漂浮植物滞留塘，长约为90 m，宽约为60 m，水深为3～6 m，滚水坝溢水。水面种植喜旱莲子草和水芹菜，覆盖度约为40%，吸收水体中的氮、磷，同时为微生物挂膜提供载体; 该单元主要起到缓冲、延长水力停留时间、厌氧消化、促进颗粒物沉降的作用，可以减轻后续单元的污染负荷。

第4 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°。其作用是增加水体的溶解氧含量，提高水体的自净能力。溢流堰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。

第5 单元为潜流碎石床湿地，由三级串联，面积分别为394、444、448 m2，处理规模为500 m3 /d。湿地间由过水堰隔开，水流经过水堰进入下一级湿地;湿地种植美人蕉、菖蒲、石菖蒲和高羊茅，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，于12 月至翌年7 月每月监测1 次（2 月因故未监测），从7 次的监测结果均值（见表1）来看，梯级滞留塘对总磷、总氮、氨氮的平均去除率分别为72．73%、40．24%和63．14%。对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，采用梯级滞留塘延长了水的停留时间，提高了磷的净化效果; 对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植物为微生物的附着提供了载体，强化了氮的去除效果; 另外，系统中的硝态氮和亚硝氮浓度呈逐级增加的趋势，说明滞留塘系统中发生着强烈的硝化作用。

从表1 还可以看出，一级植物带滞留塘（水深＜ 1 m）的脱氮除磷效果要显著优于二级滞留塘（水深为3～6 m），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COD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，以保障运行效果。监测期间水温为16．8 ℃，pH 值平均为8．0，出水NH3-N、TP和COD浓度分别达到了《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的Ⅳ类、Ⅲ类和Ⅱ类标准。可见，对于仅受农业农村面源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。

4. 2 潜流碎石床湿地的净化效果

潜流碎石床湿地的脱氮除磷效果见表2。与梯级滞留塘一样，潜流碎石床湿地的除污效果优劣顺序也是总磷＞氨氮＞总氮，对三者的去除率分别为78．57%、73．08%、43．27%。潜流人工湿地对TP 的去除主要是通过吸附和沉积作用完成的。多级湿地串联延长了污水在湿地系统中的停留时间，大大提高了水质净化率，湿地出水水质较好，总磷和氨氮浓度达到了GB 3838—2002 的Ⅱ类标准。

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轻污染河水的净化效果都非常显著，但是在一年多的运行过程中，潜流碎石床湿地受到村民的破坏较为严重，维护成本增加，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们的环保意识，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72．73%、40．24% 和63．14%，去除效果良好。滞留塘系统管理粗放，建设成本低，基本不需运行费用，是贵州山区污染河流治理工艺的理想选择。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。

②潜流碎石床湿地对低浓度的氮、磷有较高的净化效果，对总磷、总氮、氨氮的去除率分别为78．57%、43．27% 和73．08%。多级潜流碎石床湿地串联能够提高水质净化效果。

③梯级滞留塘与潜流碎石床湿地组合工艺的水质净化作用明显，能够满足水源地水质保护的要求。与潜流碎石床湿地相比，滞留塘系统更适合山区污染河流的治理。