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1濕地工藝流程

根據滇池流域農業面源污染特征和湖泊濕地生態系統結構[1],人工濕地工程采用如圖1所示工藝流程,既實現濕地進出水均勻控制,又保證污染物在濕地系統中沉降和吸附吸收,提高了污染物凈化效果。

2濕地工程平面結構

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],人工濕地平面結構見圖2,濕地設計結果見表1。

3濕地生態系統

3•1設計原則

人工濕地生態系統中種類選擇遵循以下原則:a•在滇池地區有較好適應性,以選擇本地(滇池)現有或原有生物種類為主;b•選擇對N,P等營養性污染物具有較強去除能力的生物種;c•選擇在滇池地區具有廣泛用途或經濟價值較高的生物種類。

3•2選擇程序及方法

a•滇池沿岸地區水生生物群落結構調查分析;b•水生生物去除N,P等污染物能力調查;c•滇池地區水生生物開發利用現狀調查;d•水生生物優化比較;e•確定生物種類。

3•3濕地生態系統

根據調研分析[4~8],人工濕地生態系統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具有較強生長適宜性,在許多池塘均能發現。小葉浮萍有利用價值,如用于養殖業。浮萍對N,P等污染物具有較強的除能力。挺水植物———蘆葦。蘆葦是國內去除污染物能力研究較多的挺水植物,去除N,P能力較強,蘆葦除本身吸收N,P外,蘆葦根部造成的濕生環境,對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、慈菇等經濟植物。沉水植物———菹草。沉水植物對N,P具有較好吸收作用,同時增加了濕地容積,增加了滯留時間,提高了濕地承載負荷。也可種植蓮藕、菱角等經濟植物。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14個月運行監測,人工濕地對徑流污染物凈化效果分析如下:

4•1TN凈化作用

人工濕地進出水TN濃度及去除率見表2,可以看出:濕地系統對TN平均去除率為35•5%,變化幅度較大,為-28•3%~91•5%。濕地對TN去除率與濕地運行狀況有關,1995年工程較完善,生物系統生長良好,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,濕地工程對暴雨徑流有較強凈化能力。從1995年開始,工程處于良好運行狀態,濕地生態系統不斷完善,濕地對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TP凈化作用,可以看出:人工濕地對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。人工濕地正常運行情況下,TP去除率在50%左右。

4•3TDN凈化作用

人工濕地對TDN去除率見表4,可以看出:人工濕地對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。人工濕地正常運行情況下,TDN去除率不低于45%。

4•4TDP凈化作用

人工濕地對TDP去除能力分析結果見表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TDP去除作用不明顯,這與濕地運行方式有關,若能保證截留時間,濕地對TDP去除作用也將十分明顯。在濕地正常運行狀態下,TDP去除率將在20%左右。

4•5SS凈化作用

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

4•6CODCr凈化作用

有機物不是農田徑流中主要污染物,監測結果表明,人工濕地在良好運行情況下,對有機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%。良好運行狀態下,人工濕地對CODCr去除率在20%左右。

5討論

5•1工程適應性分析

農業面源具有不穩定特性,徑流量和徑流中污染物濃度因水文條件不同而不同,從運行監測結果可以看出,幾種主要污染物濃度變化都很大,人工濕地能夠適應這種變化,1994年工程建成試運行時已產生凈化作用,1995年正常運行時凈化作用較好。由于來水水量影響,人工濕地水力滯留時間變化較大,一般情況下保持在1~5d,連續降水時最少為0•27h。正常運行時充分發揮濕地中生物吸收吸附作用,污染物凈化效果較好。連續降雨時生物作用減弱,物理沉降作用仍很大,同樣使污染物得到凈化,尤其是顆粒態污染物。人工濕地生物和物理作用,適應了面源不穩定特性,對面源污染物有較好凈化作用,因此人工濕地適合處理農田廢水。

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,取得了較好環境效益。工程運行時,僅需一般性管理,運行費用極少。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,投資額以及運行費用均遠低于常規污水處理工藝。

5•3應用邊界與范圍

由于占地面積較大,該技術應用受到局限,主要適用于重污染農業區,如蔬菜地。如果土地條件允許,也可廣泛應用,對控制水土流失和農田徑流污染均有較好效果。年降水量在800~1100mm地區,濕地面積約為控制區域面積的百分之一,降水量小,濕地面積減小,降水量大,濕地面積增加。應用該技術時,應考慮降水及土地資源狀況。

6結論

人工濕地工程對農業面源污染物具有較好的凈化作用,在正常運行情況下,面源主要污染物去除率達到:TN60%,TP50%,TDN40%,TDP20%,TSS70%,CODCr20%。工程具有投資少,效益好,運行管理方便以及抗面源負荷沖擊能力強等優點,適合我國國情,是我國控制農業面源污染,尤其是重污染農業區污染的有效技術手段,具有較好推廣應用前景,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。