人工湿地脱氮除磷效果研究和其进展

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人工湿地脱氮除磷效果研究和其进展　　摘要：近年来,人工湿地以其投资费用低,建设、运行成本低,处理过程能耗低,处理效果稳定,景观效应良好等优点多被用于改善水体水质之中。本文对人工湿地中水生植物脱氮除磷的效果进行了分析，并对人工湿地的应用前景进行展望。关键词：人工湿地；水生植物；脱氮除磷中图分类号：S682.32文献标识码：A文章编号：近年来多数湿地补水水质不能达到地表水Ⅲ类水标准，有的湖泊以农田退水为补水源，造成部分湖泊水质出现富营养化现象，从目前情况分析，农村与农业面源污染，已成为湖泊、河流、库塘等水环境污染的主要因素，面对这样的事实，如何治理农村与农业面源污染，需要进行认真地研究。人工湿地污水处理系统是在自然或半自然湿地净化基础上发展起来的新型污水处理技术具有净化污染物效果好、运行费用低和易维护的特点,现已作为常规污水处理技术被广泛应用。下文简要总结人工湿地脱氮除磷的效果。1.研究方法6 选取A河作为集沟道整治、防洪排水、城市景观、湿地保护、水资源利用、生态建设为一体的重点水利工程，据统计，该河2010年主要以排水沟补水为主，补水量达4046万m3。研究方法是沿水流方向在该河河首、无芦苇水域、有芦苇水域和湖溢流堰设四个监测断面，每个监测断面从4月到12月每月中旬监测水质一次，利用《中华人民共和国地表水环境质量评价技术规范》中湖泊水库营养状态评价方法——综合营养状态指数法对该河各监测点水体富营养化状况进行现状评价。选取为A河补水的甲沟作为天然排水沟自净能力的研究水体，甲沟总长度近40公里，该沟以接纳农田退水为主，接纳少量养鱼废水，沟中生长大量的水生植物，主要有芦苇、蒲草等挺水植物和狐尾藻、大茨藻等沉水植物。本次监测选取排水沟上游海子湖为对照断面，汇入农田退水和养鱼废水后为控制断面，入A河前为削减断面，通过对不同断面水质进行监测，研究自然状态下水生植物对农田退水污染物处理能力即排水沟自净能力。选取10亩鱼湖经改造、清淤后作为人工湿地修复工程，将周边耕地的农田退水引入，流量约0.2m3/s，流经人工栽植沉水植物苦草的处理塘后流入养鱼池，多余水分排入排水沟。选择农田退水入水口、湖中和出水口3个断面进行监测，研究人工种植苦草对农田退水中氮磷的削减能力，见图1。图1人工湿地修复工程卫星影像图2.结果及分析2.1自然状态下排水沟自净能力分析6 2.1.1排水沟水质现状甲沟三个监测断面为支沟前、支购后和甲沟A河水闸，支沟接纳农田退水和养鱼池退水后汇入甲沟，在自然状态下，甲沟氨氮、总磷、COD等污染物在各监测时段的变化见图2、3、4。图2氨氮年际变化图3总磷年际变化图4COD年际变化可以看出，排水沟中氨氮随着农作物生长而增加，冬春季较低；总磷和COD浓度一年较平稳，在9月遇到鱼池清塘，导致浓度大幅上升。2.1.2排水沟自净能力分析选取甲沟三个断面进行监测，上游断面为农田退水，中断面位于甲沟汇入了农田退水和养鱼废水后，下游断面位于A河水闸处。对甲沟三个监测断面水质的监测结果。从监测结果可以看出，中断面由于汇入农田退水和养鱼废水，各类污染物比上游断面高，尤其9月鱼池换水期间，BOD和COD异常高，经过排水沟自净后，下游断面对COD和BOD有一定削减，但是对氨氮和总磷削减效果不明显。2.2自然状态下人工水道水质现状6 2.2.1A河水质现状2009年4月—12月对A河河首三个断面和湖溢流堰进行监测，河首三个断面分别是A河河首、湖无芦苇处、湖芦苇荡后，各断面监测结果。从中可以看出，排水沟补水进入A河后，河首采样点的各项监测指标基本为最高，其次为无芦苇的监测点，经过芦苇荡后的监测点绝大多数指标最低，与上游的无芦苇点位比较，除个别监测点的个别项目有增长外，多数明显削减，其中氨氮最多削减81%，总磷最多削减67%，BOD5最多削减63%。说明污染物被水中生长的芦苇等水生植物大量的消耗。2.2.2A河各断面水质评价对A河水质每月监测一次，利用《中华人民共和国地表水环境质量评价技术规范》中湖泊水库营养状态评价方法——综合营养状态指数法对A河各监测点水体富营养化状况进行现状评价，评价结果见表1表1A河各监测点富营养化评价结果从表3可以得出以下结论，首先是A河各断面水质已经处于轻度和中度富营养化，其次是富营养化程度是夏季最严重，春秋无农田退水补给时污染减轻，说明补水水质是影响A河水质的主要原因；三是富营养化程度在河流后段较前段轻，说明人工种植水生植物—芦苇对A河水质起到净化作用。6 2.3人工湿地改善农田退水的作用对改造后的人工湿地人工栽植1万株沉水植物苦草，加上原有自然生长的篦齿眼子菜、大茨藻等水生植物，形成了人工湿地处理系统，湿地接纳周边400余亩的农田退水，系统运行稳定后，对农田退水进口、湖中和出口三个断面进行监测，监测结果见表2。表2人工湿地各断面监测结果单位mg/L从表4可以看出，农田退水中氮的含量非常高，说明农田施用的氮肥流失严重，经过人工湿地处理系统处理后，减氮效果非常显著，总氮削减量在58%～78%之间，水中溶解氧也大幅度提高，说明农田退水经过人工湿地处理后水质得到良好改善，按照进水口总氮平均为6.8mg/L计算，年排入湿地农田退水360万m3计算，排入人工湿地总氮的数量达24.5吨，相当于每亩氮素流失61公斤，经过人工湿地处理后，总氮浓度降至2.1mg/L，削减69%，处理效果显著。而由于农田退水中总磷的浓度不高，经过人工湿地处理系统后，没有明显变化，说明选取的水生植物对脱磷效果不明显。6 因此人工湿地必须采用复合式人工湿地，利用不同植物对水质净化效果的不同，合理的进行植物组合，在工程实际运用上才能取得了较好的效果，其具有投资低，出水水质好、抗冲击力强、增加绿地面积、改善和美化生态环境、操作简单、维护和运行费用低廉等优点[4]。3结论3.1排水沟在自然状况下对农田退水中污染物有一定的消减能力，但是排水沟为了使其排水流畅，水生植物经常被清理，所以净化能力不明显。3.2人工水道和改建的人工湿地对农田退水中氨氮去除率较高，对磷的去除能力较弱。3.3复合式人工湿地是吸取了不同水生植物的处理效果，才能在实际运用中达到较好的处理效果。参考文献[1]彭朝英.人工湿地处理污水的研究[J].重庆环境科学，2000，22(6):40～42[2]徐丽花等.不同填料人工湿地处理系统的净化能力研究[J].上海环境科学，2002，21(10)：603～605[3]刘育，夏北成.不同植物构成的人工湿地对生活污水中氮的去除效应[J].植物资源与环境学报，2005，14（4）：46～48[4]国家环保总局，水和废水监测分析方法编委会编.水和废水监测分析方法（第四版）[M].北京：中国环境科学出版社，2002年6