河流岸坡凈化徑流中氨氮的實驗室研究

陳曉華

(上海環境保護有限公司，上海 200233)

1 引言

土地處理作為污水生態處理技術的代表，具有構造簡單，投資低，有效的解決富營養化等優點，是污水資源化利用的途徑之一［1－3］。其原理是通過農田、林地、葦地等土壤－微生物－植物系統的生物、化學、物理等固定與降解作用［4－7］，對污水中的污染物實現凈化并對污水及氮、磷等資源加以利用，最終實現污水的穩定化、無害化和資源化［8］。

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。污水經岸坡流入河道，期間經過了土壤或礫石的吸附、過濾和凈化，屬于土地處理技術的范疇。本文依托室內建立的兩種河流岸坡，對徑流中氨氮在岸坡內部的凈化效率及濃度變化進行分析。

2 材料與方法

2.1 實驗水質

根據徑流水質特征［9－10］配置模擬水樣，模擬污水水質特征見表1。向除氯后的自來水投加葡萄糖、氯化銨、硝酸鉀、磷酸二氫鉀進行調配，水質pH 呈中性。

表1 模擬實驗進水水質

2.2 模型構造

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。

圖1 緩坡模型

2.3 填充介質

實驗用土選擇微生物種類較多、土壤結構較疏松的細沙壤土，土壤特性見表2。

圖2 陡坡模型

2.4 實驗方案

(1)工藝流程。在集水池調配實驗水質，由潛水泵將配置的污水抽至各岸坡進水口，經岸坡內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，便于調節出水水位。

(2)進水方式及負荷。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;采用連續進水方式。

(3)采樣及監測方法。實驗在2005年8月、9月進行，進水水溫在25°至28°，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。氨氮監測指標按照《水和廢水監測分析方法》［11］中的方法進行檢測。

表2 實驗用土特性表

3 實驗結果

3.1 緩坡模型對氨氮的凈化效果及沿程濃度變化情況

由圖3 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狀態。其中第一斷面處氨氮的去除率為84%～97%，平均去除率為91%;第二斷面處氨氮的去除率為89%～97%，平均去除率為94%;出口處氨氮的最終去除率為86%～98%，平均去除率為94.5%。氨氮在三個斷面處的平均去除率均大于90%。

圖3 氨氮沿程濃度變化及凈化效果

3.2 陡坡模型對氨氮的凈化效果及沿程濃度變化情況

由圖4 可見，陡坡模型在第一斷面濃度下降最快，第二斷面濃度出現波動，第三斷面濃度回落并趨于穩定。其中第一斷面處氨氮的去除率為85%～96%，平均去除率為92%;第二斷面處氨氮的去除率為60%～95%，平均去除率為78%;出口處氨氮的最終去除率為82%～98%，平均去除率為94%。氨氮在第一斷面及出口處的平均去除率均大于90%，在第二斷面的平均去除率小于80%。

圖4 氨氮沿程濃度變化及凈化效果

3.3 水力負荷變化對氨氮凈化效率的影響

當進水負荷在10～12 升/小時情況下，兩種岸坡模型出口處對氨氮的去除率穩定在96% ±2%;當進水負荷低于或高于10～12L/h，則出口處氨氮的去除率將出現較大波動，波動范圍±7%。

4 研究結論

(1)緩坡模型及陡坡模型對微污染水中氨氮具有較高的凈化效率(90%以上)，且在第一坡段濃度下降最快。氨氮的去除是由于土壤介質對氨氮進行離子交換的結果［12］，并且介質表面附著的微生物對氨氮也進行了同化作用［13］。

(2)沿程氨氮在緩坡模型的第二斷面、第三斷面的濃度及凈化效率較為穩定，而在陡坡模型中的第三斷面濃度及凈化效率均出現較大波動。氨氮凈化效率下降可能與土壤介質深度有關，隨著深度的增加，溶解氧降低，硝化反應受到限制［14］，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。

(3)當水力停留時間不變，進水負荷在10～12L/h時，緩坡模型及陡坡模型對氨氮的去除率穩定在96%左右，而當進水負荷低于或高于合理限值時，則氨氮的去除率將出現相對較大波動，水力負荷變化對氨氮的影響較大［15］。

(4)相比較而言，緩坡模型沿程對氨氮的凈化效率要比陡坡模型穩定。因此，確定合理的緩坡長度有助于其工程實際應用。

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