天津地區(qū)表流人工濕地冬季運(yùn)行工藝研究

1、安徽農(nóng) 業(yè)科 學(xué)， J o u r n a lo fA n h u iA．S c i ． 2 0 1 3 ， 4 1 ( 1 5 ) ： 6 8 4 l 一 6 8 4 3責(zé)任編輯 宋平 責(zé)任校對(duì) 況玲玲 天 津 地 區(qū)表 流 人 工濕 地冬 季 運(yùn) 行 工 藝研 究 秦 曉 丹， 孫貽 超， 李莉， 邵 曉 龍 2 ， 于丹 2 ， 劉 瓊 瓊 2 ， 劉 紅 磊 孫 ， 韓琳( 1 ． 天津泰達(dá)威立雅水務(wù)有限公司 ， 天津 3 0

2、0 4 5 7 ； 2 ． 天津 市環(huán)境保 護(hù)科學(xué)研究 院， 天津 3 0 0 1 9 1 ； 3 ． 天津師范大學(xué) ， 天津 3 0 0 3 8 4 )摘要 [ 目的] 研究天津地區(qū)表流人工濕地冬季運(yùn)行工藝。[ 方法] 針對(duì)天津的氣候特點(diǎn)， 以冰下運(yùn)行的方式， 開展天津地區(qū)表流濕地冬 季運(yùn)行試驗(yàn)， 研究 自由表面流人工濕地北方冬季運(yùn)行工藝參數(shù)。[ 結(jié)果] 雖然水質(zhì)凈化效果差于其他溫暖季節(jié)( 平均降低約 2 0 ％) ， 但是 在天津

3、地區(qū)表流濕地采取冰下運(yùn)行的方式是可行的。北方表流人工濕地冬季冰下運(yùn)行時(shí)應(yīng)將 出水口地勢(shì)降低， 防止 出水 口被完全冰 凍 ， 運(yùn) 行水深 不宜 ( 5 0～ 6 0e m， 可以在 回流的基礎(chǔ) 上適 當(dāng)加 大水 力 負(fù)荷 ( 水力停 留時(shí) 間 以 < 4d為 宜) ， 以 維持 水 土界 面不會(huì) 凍結(jié) ， 并盡 可能加大取水深度， 以提 高系統(tǒng)水溫。[ 結(jié)論] 該研究可為表流人工濕地在我國北方的推廣應(yīng)用提供借鑒。關(guān)鍵 詞 表流人

4、工濕地 ； 運(yùn)行工 藝 ； 冬季 ； 天 津地 區(qū)中圖分類號(hào) S 2 7 3文 獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章 編號(hào) 0 5 1 7 — 6 6 1 1 ( 2 0 1 3 ) 1 5— 0 6 8 4 1 — 0 3S t u d yO nWi n t e rO p e r a f i o nP r o c e s so ft h eS u r f a c eF l o wC o n s t r u c t e dWe t l a n di nT

5、i a n j i nA r e aQX i a o - d a ne ta l( T E D AV e o l i aWa t e rC o ． ， L t di nT i a n j i n ， T i a n j i n3 0 0 4 5 7 )Ab s t r a c t『 0 b i e e t i v e ]T h er e s e a r c ha i m e dt os t u d yw i n t e ro p e r

6、 a t i o np r o c e s so ft h es u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n di nT i a n i i na r e a ．fM e t h 一0 d1I nv i e wo fc l i m a t ec h a r a c t e r i s t i c si nT i a n j i n ， b yt h ew a yo fr un n

7、 i n gu n d e rt h ei c e ， w i n t e ro p e r a t i o ne x p e r i m e n to ft h es u r f a c ef l o wc o n s t r u e —t e dw e t l a n di nT i a n i i nw a sc o n d u c t e d ．w i t ht h ee x p e c t a t i o nt og e ts

8、 o meu s e f u lp r o c e s sp a r a me t e r st or uns u c hs y s t e msi nNo r t hC h i n ai nw i n t e r ．『 R e s u l t 1A l t h o u g hw a t e rp u r i f i c a t i o ne f f e e ti nw i n t e rb ys u r f a c ef l o wc

9、 o n s t r u c t e dw e t l a n dw a sw o r s et h a nt h a ti no t h e rs e a s o n s ( a v e r a g er e d u ct i o no fa b o u t2 0 ％ ) ． s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n dr un n i n gu n d e rt h e

10、i c ew a sf e a s i b l ei nT i a n j i na r e a ．Wh e ns u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t —l a n di nNo r t hCh i n ar a nu n d e ri c ei nwi n t e r ．i tw a ss u g g e s t e dt h a tt h eo u t l e tmu s tb

11、e1 o c a t e di nal o wp o s i t i o nt op r e v e n tt ob ec o mp l e t e l yf r o —z e n ．a(chǎn) n dr un n i n gw a t e rd e p t hs h o u l dn o tb el e s st h a n5 0—6 Oc m．T h eh y d r a u l i cl o a dc o u l db er a i s

12、e do nt h eb a s i so fr e f l u x ．a(chǎn) n dh y d r a u l i cr e ．t e n t i o nt i mes h o u l db ema i n t a i n e dl e s st h a n4dt ok e e pw a t e r — s o i li n t e r f a c en o tf r e e z e ． S a mp l i n gwa t e rd e

13、 p t hs h o u l db ei n c r e a s e da smu c ha sp o s s i b l et oi r ep r o v et e mp e r a t u r ei ns y s t e m．【 C o n c l u s i o n 1T h er e s e a r c hc o u l dp r o v i d er e f e r e n c ef o rp r o mo t i o na

14、 n da p p l i c a t i o no ft h es u r fa c ef l o wc o n s t r u c t e dwe t l a n di nN o r t hC h i n a ．K e Yw o r d sS u r f a c ef l o wc o n s t r uc t e dw e t l a n d ； O p e r a t i o np r o c e s s ； Wi n t e

15、r ； T i a n j i na r e a人工濕地 是 2 0 世 紀(jì) 7 0 年 代末 發(fā) 展起 來 的一種 污 水 處 理技術(shù)， 具有效率高、 投資低、 運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低及維護(hù)工作少的特 點(diǎn)¨ J ， 而且生態(tài)環(huán)境效益顯著 ， 可實(shí)現(xiàn)廢水的資源化 ， 是一 種很 有應(yīng)用前 景 的污 水處 理技 術(shù) 。人 工濕 地水 質(zhì) 凈化 機(jī) 理 是 污水 與濕 地 中植 物 、 微生 物和 基質(zhì) 間發(fā) 生 的物 理 、 化學(xué) 和 生物

16、的綜合作用 J 。作為一種人工模擬的生態(tài)系統(tǒng)， 濕地水 質(zhì)凈化效果受氣候影響比較大， 特別是在低溫時(shí)( 如北方冬 季 ) ， 不僅 植物生 長(zhǎng)停 滯或枯死 ， 微 生物過程 及其 他生 化反應(yīng) 也受到較強(qiáng)抑制， 導(dǎo)致處理效能下降 。濕地冬季運(yùn)行效 果不好的特點(diǎn)大大限制了其在寒冷地區(qū)冬季的應(yīng)用。因此 ，多 年 來 人 工 濕 地 在 我 國南 方 比在 北 方 得 到 了更 為 廣 泛 的 應(yīng)用 '。為擴(kuò)大濕地工藝在北方寒冷地

17、區(qū)的推廣應(yīng)用 ， 我國學(xué)者 進(jìn)行了大量的工作 ， 研究如何改善和提高濕地冬運(yùn)效果。對(duì) 于 潛 流濕地 來說 ， 由于其 表 層有 填料 覆 蓋 ， 因污水 蒸 發(fā)蒸 騰 和流動(dòng)造成的能量損 失較小 ， 受冬季低 溫的影響也 較 小¨， 易于進(jìn)行冬季運(yùn)行的改善， 如增加保溫措施 ’、 加 強(qiáng)曝氣¨、 改變布水方式¨、 降低水力負(fù)荷H等。相對(duì)于 潛流濕地來說， 有關(guān)北方表流濕地冬運(yùn)的研究 比較少， 鮮見 成功

18、 的冬季運(yùn) 行報(bào)道 。有 研究指 出 ， 如果 能將損 失到 大氣 的 熱量減至最小， 使進(jìn)入的熱量與損失的熱量相抵， 表流人工 基金項(xiàng) 目作者簡(jiǎn)介 收稿 日期 水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)( 2 0 1 1 一 B H 1 4 0 0 0 2 ) 。秦曉丹( 1 9 7 7 一 ) ， 女 ， 天津人 ， 高級(jí) 工程 師， 碩士 ， 從事 環(huán)境 工程研 究 ， E — m a i l ： q x d — s t p @ 1 6 3 ．

19、c o m 。通訊 作 者， 高級(jí) 工 程師 ， 博士 ， 從 事水環(huán) 境與 水 生 態(tài)研 究， E — m a i l ： h o n g l e i l i u @1 2 6． c o m 。2 01 3一 D 4 _ 2 5濕地在寒 冷地 區(qū)冬季 就可 以順 利運(yùn)行 。借鑒 前人研 究成 果 ， 筆者 針對(duì) 天津 的氣 候特 點(diǎn) ， 采取提 高運(yùn) 行水 深及 冰下運(yùn) 行 的方式 ， 開 展表 流濕 地冬 季冰 下運(yùn)行 試驗(yàn) ， 研

20、 究 自由表 面 流人工濕地北方冬季運(yùn)行工藝參數(shù) ， 為其在北方地區(qū)的推廣 應(yīng)用提供借 鑒 。1 材料 與方法 試驗(yàn)于 2 0 0 9 年春季至 2 0 1 0年春季進(jìn)行 ， 采用兩個(gè)表流 濕地池進(jìn)行 表流濕地 冬 季運(yùn)行 研究 ， 濕 地結(jié) 構(gòu)見 圖 1 。A池 長(zhǎng) 9 0n l ， 寬 1 4m， 中間不 設(shè) 田埂 。B池 長(zhǎng) 1 3 2m， 寬 1 6m， 均 勻 分隔成 3個(gè) 田塊 ， 每 塊 長(zhǎng) 4 3r u， 田塊 問 設(shè)

21、置 田埂 ( 8 0c m高) ， 田埂下埋設(shè)過水管， 藉 以維持 5 0c n l 的工作水深( 含上 部約 2 0c m冰面 ) 。冰層靠蘆 葦莖桿 支撐 ， 污水 于冰下 推流 。A 、 B池上面均 自 然生長(zhǎng)著蘆葦群落， 重壤土質(zhì)， 有機(jī)質(zhì)積累較 多 。A池運(yùn)行 1 周年 ， 用 以考 察濕地 水質(zhì) 凈化 效果 的季節(jié) 差異； B池僅在 2 0 0 9 年冬季運(yùn)行 ， 考察濕地冬運(yùn)效果及沿程 變化。濕地進(jìn)水為就近的一條排污河水

22、， 河水經(jīng)沉淀池初步 沉淀后進(jìn) 入濕地 。有文獻(xiàn)報(bào)道， 可以通過降低水力負(fù)荷的辦法來改善濕地 冬運(yùn)效果 。但前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 在嚴(yán)寒天氣( 日平均氣溫低 于 一 4℃) 時(shí) ， 進(jìn)水水溫較低 ， 一般會(huì) <7℃ ， 當(dāng)水力負(fù)荷 < 2c m ／ d 時(shí)， 處理床面可能會(huì)完全被冰所封凍， 水土界面也被凍 結(jié) ， 導(dǎo)致系統(tǒng)完全不能運(yùn)行。因此 ， 在該試驗(yàn)進(jìn)行期間， 水力 負(fù)荷保持 為 3 ． 4 ～ 5 ． 4c m ／ d ，

23、平均 4 ． 3c m ／ d ， 水力停 留時(shí) 間維 持在前三季水平， 即2— 4d ， 平均為 3d 。由文獻(xiàn)調(diào)研可知，冬季開始 時(shí)提高濕地運(yùn)行水深， 不僅可以防止水土界面冰 4 1 卷 1 5期秦曉丹等 天津地 區(qū) 表 流人工濕地冬季運(yùn)行 工藝研究6 8 4 3由圖 3 a 可 知 ， 水 溫在進(jìn)人濕 地后 迅速 下降 ， 進(jìn)水 口處 水 溫為 1 1 ． 0℃， 3 0m處則降至 4 ． 5℃， 而后則下降緩慢 ， 1 3 2m

24、出水 口 處水溫為 1 ． 8℃， 維持在冰點(diǎn)以上。這說明冰層只能 給予污水 以近冰點(diǎn)時(shí)的水溫保持； 即使進(jìn)水水溫較高， 也會(huì) 在與冰層 的熱對(duì)換過程中快速下降， 其水溫保持效果要遠(yuǎn)低 警≈魯 入 水流程 Ⅳ n lp ≈嘣 于潛流濕地。如沈 陽渾南新區(qū)潛流人工濕地進(jìn) 出水一年 四季 的溫度變化不 大 ， 出水 溫度低于進(jìn)水 溫度 1 ～ 2℃ ， 冬 季進(jìn) 水溫度可以維持在 1 0℃左右 。圖 3 a 顯示， 水體 D 0較為 穩(wěn)定

25、， 從進(jìn)水 至出水一直維持在入水時(shí)的 2 ． 5m #L左右。水 溫維 持在 0℃之上 ， 以及 D O比較 穩(wěn)定的環(huán)境 可以為污染 入 水 流程 Ⅳ i n萎鎣警謄蓄入水流程 Ⅳ I n神 壁 譽(yù)圖 3B池中沿污水流程的指標(biāo)變化 物的去除提供相對(duì)較好的條件。凍結(jié)。圖 3 b 顯示 ， 入水 B O D為 1 7 2m g ／ L ， 6 0m處 為 6 0m g ／ L( 4 ) 冬 季運(yùn)行時(shí) ， 應(yīng)盡 可能地提高進(jìn)水 溫度 、

26、 加 大取水 深 ( 去除率為6 5 ％) ， 1 3 2m出水 口處則降為2 6f i a g ／ L ( 去除率為 度等， 以提高濕地凈化所依賴的微生物數(shù)量及活性。8 5 ％ ) 。 圖 3 c 中 ， 人水 T N為 3 4m g ／ L ， 6 0m處為 2 9m g ／ L ( 去 參考 文獻(xiàn) 除率為 1 6 ％ ) ， 1 3 2m 出水 口處則降為 2 2m #L ( 去 除率為 [ 1 ] 盧少 勇， 張彭 義，

27、余剛， 等． 云南昆明 人工濕 地冬季 運(yùn)行情況分 析[ J ] ．3 6 ％ ) 。 由 此 可 見 ， 北 方 表 流 人 工 濕 地 在 冬 季 時(shí) 采 取 冰 下 運(yùn)[ 2 ] 嘉窘．面配 置 人 工 濕 地 冬 季 生 活 污 水 凈行可 以對(duì) B O D和氮起 到一 定 的削減 作用 ， 這 暗示 著 硝化 與 4蜾 } E 較[ J ] ． 水資 原 護(hù) ， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 3 ) ： 2 5 - 2

28、8 ．反 硝 化 作 用 在 冬 運(yùn) 水 溫 條 件 下 ( 2 ． 5 ℃ 附 近 ) 依 然 能 夠 發(fā) 生 ，霧： 裹霉 霉慧i爛 影 響 的只不 過較其他 溫暖季節(jié) 更為緩慢 。[ 4 ] 周 健， 王 繼欣， 張 勤， 等． 序批式人工濕地冬 季低溫脫氮的效能研究3 小 結(jié)[ 5 ]：溫 域 脫 氮 效 果 研 燦 ] ． 試驗(yàn)結(jié)果表明， 表面流人工濕地若采取提高運(yùn)行水深、中 國 給 水{ j， 2 0 0 5 ， 2 1

29、( 8 ) ： 3 7 — 4 0 ．冰 下 運(yùn) 行 的 方 式 時(shí) ， 冬 季 仍 然 可 以 取 得 一 定 的 水 質(zhì) 凈 化 效6票、 慧‘流 式 人 ] 韞 地 的 運(yùn) 行 特研 究 [ J _ · 中 國 給 水 排果。 雖然 冬 運(yùn) 效果 略 差于 其 4 t k NN ~ ， 但研 究 結(jié)果 仍然 說[ 7 ] 奉 苫 華 ．主地 處 理 系 統(tǒng) 在 長(zhǎng) 城 以 北 地 區(qū) 的 設(shè) 計(jì) 應(yīng) 用 [ J ] ．

30、科 技 縱明在現(xiàn)有的濕地工程結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件下 ， 冬季時(shí)自由表面流 [ 8 ]：． 潛流式人工濕地冬季運(yùn)行的強(qiáng)化措施研究[ J ] ．人工濕地 仍然 司以在我 國北方 推 廣使 用 。北方 表 流人 工濕 中國給橢 { } 7 K ， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 5 ) ： 4 4 — 4 6 ．地 冬 季 冰 下 運(yùn) 行 時(shí) 有 以 下 要 點(diǎn) 需 要 注 意 ：青蒺 嘉理 技 術(shù) 應(yīng) 用 研 究 與 示( 1 ) 出水 口地

31、勢(shì) 應(yīng)較低 。若 地勢(shì) 較 高 ， 司能 會(huì)使 出水 口[ 1 O ] 雒維國， 王世和， 黃娟， 等． 潛流型人工濕地冬季污水凈化效果[ J ] ． 中被 完 全 封處蠻簍 豈。 ． ． ， 。 ?， ，[ 1 I ]l J I 文 , 2 o o J 6 學(xué) , 2 燕 6 ( ， S 等 1 ) ． 人 ： 3 2 工 - 濕 3 5 地 ． 系 統(tǒng) 用 于 地 表 水 水 質(zhì) 改 善 的 效 能( 2 ) 冬季運(yùn)行時(shí)應(yīng)在冰凍前進(jìn)

32、行凈化出水部分 回流 ， 運(yùn) 及特 正 [ J J _ 環(huán)境 科 學(xué)， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 4 ) ： 65 — 6 9 ．一一～深亨!c ?，‘3 0e m ，： !季 運(yùn) 行 及 升 溫因 為田 塊地 面 不 平， 在水 層 較 淺 處造 成布 水田 面大 面 積的 冰[ 1 3 ] 面， 李 谷 ， 囊 蘢 支 ， 謄± 漁 地 冬 季 凈 化 減 排 水 產(chǎn) 養(yǎng) 殖 廢 水 效 果N。 NN N~

33、N，N—N,曼簍 耋 。簍[ 1 4 ]耋 人 - 6 工 2 ． 濕 地 的 運(yùn) 行 比 較 [ J ] ． 人 民 長(zhǎng) 江 ，水 力 負(fù) 荷 降 低 ； 而 且 水 深太 淺 ， 不 利 于水 溫 保 持 ， 易 于 系統(tǒng) 一 2 0 0 8 一 ? ? 一 6 2 ．。 。 ? ? ～ ? 一 ? ? ? 一 ? ? ～,3 9 ( 2 ) ： 6 0~ i ． i - -凍結(jié) [ 1 5 ] s· 華萊士， G&#