原位生態(tài)凈化措施對(duì)微污染河流凈化效果研究

王旭東，羅蛟均，吳明亮，李 威，宋建三

（中建鐵投軌道交通建設(shè)有限公司，廣州 510000）

新時(shí)期，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題卻日益嚴(yán)重，河流污染問(wèn)題日益突出，治理修復(fù)微污染河流刻不容緩。微污染水體是指水體受到氮、磷和有機(jī)物的污染，水中的污染物濃度略高于地表水V類水標(biāo)準(zhǔn)，總體特點(diǎn)表現(xiàn)為可生化性差、碳氮比低等[1-2]。當(dāng)前，微污染河流治理技術(shù)一般分為原位修復(fù)技術(shù)和異位修復(fù)技術(shù)。

本研究主要通過(guò)構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)河道，重點(diǎn)開(kāi)展多級(jí)生態(tài)濾壩、復(fù)合懸浮生態(tài)島以及生態(tài)河床技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)河道水體生態(tài)原位強(qiáng)化凈化試驗(yàn)研究，通過(guò)定期監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化情況，分析研究多級(jí)生態(tài)濾壩、復(fù)合生態(tài)浮島、生態(tài)河床三項(xiàng)單體技術(shù)的凈化效果。

1 試驗(yàn)材料

浮島植物為羊蹄、水芹菜和千屈菜。生態(tài)河床所需植物為輪葉黑藻、金魚(yú)藻和菹草。基質(zhì)：礫石，粒徑為50～80 mm；生態(tài)凈水基質(zhì)，粒徑為10～20 mm和30～50 mm。

濾壩內(nèi)設(shè)鋼筋單體箱，單體箱由直徑10 mm的螺紋鋼筋焊接而成，長(zhǎng)為600 mm，寬為300 mm，高為200 mm。鋼筋單體箱內(nèi)襯由不銹鋼鐵絲編制的石籠網(wǎng)，其孔徑為30～50 mm，此外在試驗(yàn)河道中生態(tài)河床段鋪設(shè)100 m石籠網(wǎng)，以構(gòu)建生態(tài)河床[3-4]。

浮島床體為泡沫板，泡沫板厚50 mm，尺寸為1 000 mm×500 mm。固定浮島床體的材料選用直徑為12 mm、長(zhǎng)度為1 m的無(wú)紋鋼筋若干根。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)河道河長(zhǎng)為170 m，底寬為2.5～3.0 m，設(shè)計(jì)水深為0.4～0.6 m，則可知該河道過(guò)流斷面面積為1.10～2.04 m2，取平均值為1.57m2。根據(jù)式（1），可以計(jì)算水力負(fù)荷：

式中，HLR為水力負(fù)荷；V為水體體積；A為截面面積；Q為流量；t為時(shí)間。

本次試驗(yàn)河道現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)生態(tài)強(qiáng)化凈化區(qū)共計(jì)為150 m，進(jìn)行生態(tài)強(qiáng)化凈化技術(shù)構(gòu)建。采用提升泵從污水處理廠二沉池出水口提水至試驗(yàn)段渠道內(nèi)，水流方向自東向西。經(jīng)過(guò)檢測(cè)二沉池出水水質(zhì)與河流水體接近，滿足試驗(yàn)條件。根據(jù)水流方向順序，二沉池出水流經(jīng)10 m水流消力段，20 m復(fù)合懸浮生態(tài)島（10個(gè)）、50 m生態(tài)河床I和生態(tài)濾壩I（1座）、100 m生態(tài)河床II和生態(tài)濾壩II（1座）后，流出試驗(yàn)河道。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)從2018年3月開(kāi)始，為期1個(gè)月。每周選取3～4 d監(jiān)測(cè)各個(gè)單體和整個(gè)河道的水質(zhì)指標(biāo)，主要監(jiān)測(cè)各個(gè)單體和整個(gè)河道進(jìn)出水的溶解氧、溫度、濁度、COD（化學(xué)需氧量）、氨氮、總氮和總磷含量，分析各個(gè)單體以及整個(gè)集成系統(tǒng)的凈化效果。根據(jù)微污染河流的水質(zhì)特性，本研究以V類水標(biāo)準(zhǔn)作為本次試驗(yàn)效果的評(píng)判依據(jù)。

3 原位生態(tài)強(qiáng)化凈化技術(shù)對(duì)河水的凈化效果

3.1 單體試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)生態(tài)濾壩、生態(tài)河床、生態(tài)懸浮島的進(jìn)水、出水各類指標(biāo)的濃度擬合關(guān)系方程，三種原位凈化方法對(duì)V類水的凈化能力分別如表1、表2和表3所示。

表1 生態(tài)濾壩對(duì)V類水的凈化能力

表2 生態(tài)河床對(duì)V類水的凈化能力

表3 生態(tài)浮島對(duì)V類水的凈化能力

3.2 單體凈化效果對(duì)比

各個(gè)單體的凈化效果如圖1所示。

圖1 單體凈化效果對(duì)比

各個(gè)單體對(duì)微污染水體的凈化效果經(jīng)對(duì)比可得，相對(duì)于整個(gè)河道系統(tǒng)，生態(tài)濾壩對(duì)COD和總磷有較高的去除貢獻(xiàn)占比，對(duì)總氮也有不錯(cuò)的去除效果，對(duì)氨氮的去除效果最低，但也有13.3%。生態(tài)懸浮島對(duì)氨氮和總氮的凈化貢獻(xiàn)占比達(dá)86.7%和64.5%，對(duì)總磷也有一定的去除效果，對(duì)氨氮的去除效果最差。生態(tài)河床對(duì)COD的凈化貢獻(xiàn)占35.4%，對(duì)總氮也有6.5%的凈化貢獻(xiàn)占比，但對(duì)氨氮和總磷的凈化貢獻(xiàn)占比均為0，這與試驗(yàn)前期的準(zhǔn)備研究相差甚遠(yuǎn)，經(jīng)分析，原因可能是河床內(nèi)積累了太多的動(dòng)植物殘骸，形成了一個(gè)內(nèi)源污染源，在春季溫度升高的情況下，底泥沉積物中的污染物向水體中釋放，導(dǎo)致生態(tài)河床凈化效果不佳[5-6]。

4 結(jié)論

本文通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，三種原位生態(tài)強(qiáng)化凈化技術(shù)對(duì)試驗(yàn)河道的凈化貢獻(xiàn)率由大到小為：生態(tài)濾壩＞生態(tài)懸浮島＞生態(tài)河床，水生植物和微生物作用在這三種凈化技術(shù)中起到了至關(guān)重要的作用。