河流岸坡凈化徑流的實驗室研究

陳曉華 梁 文

(1.上海環(huán)境保護有限公司，上海 200233，2.浙江環(huán)科環(huán)境咨詢有限公司，杭州 310007)

河流岸坡凈化徑流的實驗室研究

陳曉華1梁 文2

(1.上海環(huán)境保護有限公司，上海 200233，2.浙江環(huán)科環(huán)境咨詢有限公司，杭州 310007)

利用實驗室內(nèi)建立的河流岸坡展開對地表徑流中高錳酸鉀指數(shù)、氨氮及總磷在模型內(nèi)部沿程凈化效果的實驗研究。結(jié)果顯示，河流岸坡對高錳酸鉀指數(shù)、氨氮、總磷的去除率分別為90%、80%、80%；沿程各污染物濃度以第一段下降最為明顯，第二段略有波動，第三段出水濃度與第一段濃度差異較??；相比較，緩坡模型沿程對高錳酸鉀指數(shù)、氨氮及總磷的凈化效率要比陡坡模型穩(wěn)定。河流岸坡對地表徑流中的高錳酸鉀指數(shù)、氨氮及總磷有明顯的凈化效果，確定岸坡的最優(yōu)坡長比將促進其實際工程應用。

岸坡；徑流；凈化；實驗

各種形式的岸坡布置在河道周圍，并由土壤及礫石等不用介質(zhì)組成，天然岸坡多由土壤組成，人工岸坡可由礫石組成。污水經(jīng)岸坡流入河道，期間經(jīng)過了土壤或礫石的吸附、過濾和凈化，屬于土地處理技術(shù)的范疇。本文依托室內(nèi)建立的兩種河流岸坡，對徑流中各污染物在岸坡內(nèi)部的凈化效率及濃度變化進行分析，以期為人工岸坡處理地表徑流提供重要的運行參數(shù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 實驗水質(zhì)

根據(jù)徑流水質(zhì)特征[1-2]配置模擬水樣，模擬污水水質(zhì)特征見表1。向除氯后的自來水投加葡萄糖、氯化銨、硝酸鉀、磷酸二氫鉀進行調(diào)配，水質(zhì)pH呈中性。

表1 模擬實驗進水水質(zhì)

圖1 緩坡模型

圖2 陡坡模型

1.2 模型構(gòu)造

緩坡模型長3.5m，寬0.6m，高1.0m，土坡高約0.8m，坡比為1∶2.5，在坡角處由碎石壓蓋；陡坡模型長2.7m，寬0.6m，高1.0m，土坡高約0.8m，坡比為1∶5，在坡的末端由大塊碎石壓蓋，考慮到土體的壓力和水壓力，在模型底面用梯形的漿砌塊石做擋墻，墻高0.5m。

1.3 填充介質(zhì)

實驗用土選擇微生物種類較多、土壤結(jié)構(gòu)較疏松的細沙壤土，土壤特性見表2。

1.4 實驗方案

1.4.1 工藝流程

在集水池調(diào)配實驗水質(zhì)，由潛水泵將配置的污水抽至各岸坡進水口，經(jīng)岸坡內(nèi)部凈化處理并匯集到出水池。在進水處安裝獨立的閥門和流量計，確保流量恒定，進水管使用布滿小孔的PVC管，使出流均勻，尾部安有出水閥，便于調(diào)節(jié)出水水位。

1.4.2 進水方式及負荷

8月14日至8月19日進水負荷為5～7升/小時；8月22日至8月27日進水負荷為7～9升/小時；9月9日至9月14日進水負荷為10～12升/小時；9月21日至9月26日進水負荷為13～15升/小時；采用連續(xù)進水方式。

1.4.3 采樣及監(jiān)測方法

實驗在2005年8月、9月進行，進水水溫在25度至28度，每個模型有6個采樣點，包括進水和出水，其中將同一斷面上兩個取樣點的污染物濃度平均，得出兩點之間平均濃度。高錳酸鉀指數(shù)、氨氮及總磷監(jiān)測指標按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[2]中的方法進行檢測。

表2 實驗用土特性表

2 實驗結(jié)果

2.1 緩坡模型對污染物的凈化效果及沿程濃度變化情況

由圖3-5可見，陡坡模型在第一斷面濃度下降最快，第二斷面濃度出現(xiàn)波動，第三斷面濃度回落并趨于穩(wěn)定。其中第一斷面處氨氮的去除率為88%～97%，平均去除率為92%，高錳酸鉀指數(shù)的去除率為80%～99%，平均去除率為88%，總磷的去除率為46%～97%，平均去除率為77%；第二斷面處氨氮的去除率為90%～96%，平均去除率為93%，高錳酸鉀指數(shù)的去除率為93%～99%，平均去除率為97%，總磷的去除率為61%～99%，平均去除率為80%；出口處氨氮的最終去除率為79%～89%，平均去除率為83%，高錳酸鉀指數(shù)的去除率為95%～99%，平均去除率為98%，總磷的去除率為58%～99%，平均去除率為78%。氨氮、高錳酸鉀指數(shù)在沿程三個斷面的平均去除率均大于80%，而總磷的平均去除率也維持在80%左右。

圖3 氨氮沿程濃度變化及凈化效果

2.2 陡坡模型對污染物的凈化效果及沿程濃度變化情況

由上圖可見，緩坡模型在第一斷面濃度下降最快，之后的斷面濃度總體呈平穩(wěn)狀態(tài)。其中第一斷面處氨氮的去除率為85%～94%，平均去除率為89%，高錳酸鉀指數(shù)的去除率為87%～94%，平均去除率為92%，總磷的去除率為72%～92%，平均去除率為81%；第二斷面處氨氮的去除率為59%～77%，平均去除率為70%，高錳酸鉀指數(shù)的去除率為92%～99%，平均去除率為96%，總磷的去除率為34%～66%，平均去除率為52%；出口處氨氮的最終去除率為82%～95%，平均去除率為91%，高錳酸鉀指數(shù)的去除率為88%～99%，平均去除率為95%，總磷的去除率為64%～93%，平均去除率為80%。氨氮、總磷在第一斷面及出口處的平均去除率均大于80%，在第二斷面的平均去除率小于70%；高錳酸鉀指數(shù)在沿程三個斷面的平均去除率均大于80%。

圖4 高錳酸鉀指數(shù)沿程濃度變化及凈化效果

圖5 總磷沿程濃度變化及凈化效果

圖6 氨氮沿程濃度變化及凈化效果

圖7 高錳酸鉀指數(shù)沿程濃度變化及凈化效果

3 結(jié) 論

(1)緩坡模型及陡坡模型對微污染水中氨氮、高錳酸鉀指數(shù)及總磷均具有較高的凈化效率(80%以上)，且在第一坡段濃度下降最快。高錳酸鉀指數(shù)、總磷的去除主要由土壤介質(zhì)的吸附和生長在介質(zhì)表面的生物膜的生物降解來完成。氨氮的去除是由于土壤介質(zhì)對氨氮進行離子交換的結(jié)果，并且介質(zhì)表面附著的微生物對氨氮也進行了同化作用。

圖8 總磷沿程濃度變化及凈化效果

(2)就污染物而言，兩種岸坡模型的第三斷面及出水斷面處高錳酸鉀指數(shù)的凈化效率最為穩(wěn)定；氨氮在緩坡模型的第二斷面、第三斷面的凈化效率較為穩(wěn)定，而在陡坡模型中的第三斷面出現(xiàn)較大波動；總磷在兩種岸坡模型中的凈化效率波動都較大，其中以陡坡模型第三斷面更甚。氨氮、總磷凈化效率下降均與土壤介質(zhì)深度有關(guān)。隨著深度的增加，溶解氧降低，硝化反應受到限制，從而導致深層土壤中微生物的消化強度減弱，影響氨氮的去除效果；隨著深度的增加，溶解氧降低，抑制土壤中鈣、鎂、鐵、鋁的氧化物與污水中磷酸根離子之間的化學吸附反應，導致土壤顆粒對磷的吸附能力減弱，影響磷的去除效果。

(3)相比較而言，緩坡模型沿程對氨氮、高錳酸鉀指數(shù)及總磷的凈化效率要比陡坡模型穩(wěn)定。因此，確定合理的緩坡長度有助于其工程實際應用。

[1]吳建強.人工濕地處理污染河水現(xiàn)場中試研究[R].河海大學碩士論文，2005年5月：14～17.

[2]曾揚.污水SAT處理試驗研究[R].河海大學碩士學位論文，2003年5月：22～25.

[3]國家環(huán)境保護局，水與廢水監(jiān)測分析方法[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，1998.

Study on Experiment of Pollutant Purification by Run-off of River Bank

CHEN Xiaohua1LIANG Wen2

(1.Shanghai Environmental Protection Co.，LTD，Shanghai 200233； 2.Zhejiang Environmental Science Consulting Co.，LTD，Hangzhou 310007)

This experiment studied chemical oxygen demand(CODMn)，ammonia nitrogen (NH4-N) and total phosphorus(TP) internal purification effect along the surface runoff using laboratory established river bank models (including mild slope model and steep slope model).

river bank；run-off；purification；experiment

陳曉華，工程師，碩士研究生，畢業(yè)于河海大學，專業(yè)環(huán)境工程，主要從事河岸生態(tài)環(huán)境保護、工程設計及環(huán)境評估咨詢

X21

A

1673-288X(2017)02-0068-03

引用文獻格式：陳曉華 等.河流岸坡凈化徑流的實驗室研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(2)：68-70.