湖濱區(qū)初期暴雨徑流強(qiáng)化凈化工程技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量未經(jīng)處理的生活污水、工業(yè)廢水和面源污染進(jìn)入湖泊，導(dǎo)致滇池、太湖、巢湖等一些大型湖泊和杭州西湖、武漢東湖、南京玄武湖、無(wú)錫五里湖等城市湖泊產(chǎn)生嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。當(dāng)前，國(guó)家水污染治理工作的開(kāi)展使城市生活污水及工業(yè)廢水等點(diǎn)源污染得到初步控制，上述湖泊富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)階段的主要原因在于面源污染，而暴雨徑流是面源污染的主要途徑之一，因此有效控暴雨徑流對(duì)緩解城市湖泊富營(yíng)養(yǎng)化具有重要的意義。 本文以國(guó)家科技部重大科技專項(xiàng)

2、太湖項(xiàng)目“太湖水污染控制與水體修復(fù)技術(shù)及工程示范”的第三子課題“重污染水體底泥環(huán)保疏浚與生態(tài)重建技術(shù)”(項(xiàng)目編號(hào)：2002AA601013)為背景，目的是開(kāi)發(fā)能控制太湖流域湖濱區(qū)初期暴雨徑流攜帶的氮磷污染的強(qiáng)化生態(tài)處理技術(shù)。 本研究引進(jìn)日本的大通量推流型生態(tài)礫石人工濕地，在上海交通大學(xué)閔行校區(qū)建立了60td<'-2>的中試裝置，并進(jìn)行一年的前期驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。在前期驗(yàn)證研究的基礎(chǔ)上，提出了控制城市湖泊湖濱區(qū)初期暴雨徑流污染物新的集成強(qiáng)

3、化工藝：三段式潛流生態(tài)礫石人工濕地。在實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究階段：經(jīng)過(guò)對(duì)人工濕地生物脫氮和濕地基質(zhì)物化脫氮的比較，并結(jié)合無(wú)錫市西五里湖湖濱區(qū)的地理特點(diǎn)及湖濱區(qū)的景觀建設(shè)，選擇物化脫氮作為湖濱區(qū)初期暴雨徑流氮污染物強(qiáng)化去除的技術(shù)途徑；自主開(kāi)發(fā)了新型除磷功能填料，并考察了其動(dòng)力學(xué)特性，作為人工濕地的基質(zhì)。在中試研究階段：將6Otd<'-2>的前期中試裝置改造為三段式潛流生態(tài)礫石人工濕地，使用模擬初期暴雨徑流污染物的富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行為期220d的連續(xù)

4、流強(qiáng)化凈化效果實(shí)驗(yàn)。在示范工程研究階段：將上述小試和中試的研究成果，應(yīng)用在無(wú)錫市西五里湖渤公島湖濱區(qū)初期暴雨徑流強(qiáng)化凈化現(xiàn)場(chǎng)，建立了控制流域面積為4．41x10<'4> m<'2>的示范工程，取得了良好的不范工程規(guī)模的處理效果。 在國(guó)際合作伙伴：日本國(guó)立環(huán)境研究所的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行一年左右的人工濕地對(duì)污染物凈化效果實(shí)驗(yàn)，濕地氧化還原電位特征、濕地植物根區(qū)的形態(tài)特征和氨氧化菌的數(shù)量與分布之間多因素、相互時(shí)空變化關(guān)系解析實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

5、明：蘆葦、茭白和香蒲的根區(qū)深度在濕地基質(zhì)表面以下一20～一30 cm，在秋、冬季節(jié)，即植物枯萎期，從形態(tài)照片發(fā)現(xiàn)植物根部與夏季差別不大，但濕地系統(tǒng)對(duì)BOD<,5>、TN和NH<,4><'+>-N的去除性能普遍下降；沿濕地系統(tǒng)的垂直方向，在濕地基質(zhì)表面以下一20～一30 cm區(qū)域，氧化還原電位明顯上升，最高達(dá)到257 mV，呈現(xiàn)一個(gè)正峰值，在一40 cm植物根部很難達(dá)到的區(qū)域，氧化還原電位為負(fù)值，最低為一312mV，呈現(xiàn)一個(gè)負(fù)峰值；濕地系

6、統(tǒng)中氨氧化菌主要分布在濕地基質(zhì)表面以下一20～一30 cm植物根部區(qū)域，其數(shù)量是空白對(duì)照床的3～5倍。蘆葦根系最發(fā)達(dá)，其根部區(qū)域的氨氧化菌為3.61～5.37x10,'8>Cellg<'-1>soil；在夏季，進(jìn)水濃度為模擬湖濱區(qū)初期暴雨徑流的實(shí)驗(yàn)組中，植物對(duì)氮的吸收和去除性能良好，介于68.4～71.1％之間。 通過(guò)考察三種吸氨材料的氨氮吸附性能，發(fā)現(xiàn)改性沸石比天然沸石和蛭石具有更大的氨氮吸附容量，為14.87 mg g<'

7、-1>。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)顯示，改性沸石對(duì)初始濃度為1.6 mgL<'-1>的氨氮吸附的最佳用量為4 gL<'-1>，在上述(最佳用量)條件下，改性沸石對(duì)氨氮的去除率在半小時(shí)內(nèi)即可達(dá)到66％，同時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著初始氨氮濃度的增加，改性沸石對(duì)氨氮的去除率亦提高。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)顯示，水力停留時(shí)間越長(zhǎng)、初始濃度越高，改性沸石濾柱對(duì)氨氮的去除效果越好。此外，改性沸石對(duì)氨氮的去除隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，最佳的運(yùn)行時(shí)間應(yīng)控制在20 h以內(nèi)。 通過(guò)考察四種吸

8、磷材料的吸磷性能，發(fā)現(xiàn)粉煤灰對(duì)磷具有較大的吸附容量，適合作為人工濕地除磷的基本材料。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)免燒工藝研制出直徑為5cm的新型除磷功能填料，其具有如下特點(diǎn)：對(duì)磷吸附容量為3.55 mgg<'-1>，對(duì)磷的吸附曲線符合Langmiur公式，并具有良好的抗壓強(qiáng)度，最低的抗壓強(qiáng)度為1.51 MPa。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)顯示，除磷功能填料的水力停留時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)磷的去除率越高。 中試研究階段，三段式潛流生態(tài)礫石人工濕地模擬初期暴雨徑流污染物的

9、富營(yíng)養(yǎng)化水體的強(qiáng)化凈化效果實(shí)驗(yàn)表明：由于三段式潛流生態(tài)礫石人工濕地充分發(fā)揮了脫氮除磷功能填料的物化吸附性能，從而顯示出比推流型礫石人工濕地更好的去污特性。在穩(wěn)定運(yùn)行階段，當(dāng)水力停留時(shí)間為4～5h，其對(duì)CODe<'Cr>、TN、NH4<,+><'+>-N和TP的平均去除率分別為62％、45％、61％和64％，出水透明度在1 m以上，噸水運(yùn)行成本為0.31Yuan。 現(xiàn)場(chǎng)的示范工程運(yùn)行結(jié)果表明：采用前置存儲(chǔ)調(diào)節(jié)池和三段式潛流生態(tài)礫

10、石人工濕地的組合工藝，能夠有效地解決以往初期暴雨徑流難收集、傳統(tǒng)處理工藝占地面積大和對(duì)氮磷污染物去除率低的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)2005年7～9月暴雨期的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)分析，示范工程對(duì)總氮、氨氮和總磷的平均去除率分別為51.2％、65.6％和64.8％，此外，示范工程占地130m<,2>，完全為地埋式結(jié)構(gòu)，地表與湖濱帶的景觀建設(shè)協(xié)調(diào)一致。由于整個(gè)示范工程利用自然標(biāo)高，無(wú)需任何動(dòng)力，運(yùn)行成本較低，每年的運(yùn)行成本為0.21 Yuan(m<'2>)<-1>