河流岸坡凈化徑流的實驗室研究

陳曉華 梁 文

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

利用實驗室內建立的河流岸坡展開對地表徑流中高錳酸鉀指數、氨氮及總磷在模型內部沿程凈化效果的實驗研究。結果顯示，河流岸坡對高錳酸鉀指數、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小；相比較，緩坡模型沿程對高錳酸鉀指數、氨氮及總磷的凈化效率要比陡坡模型穩定。河流岸坡對地表徑流中的高錳酸鉀指數、氨氮及總磷有明顯的凈化效果，確定岸坡的最優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，對徑流中各污染物在岸坡內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和技術支持。

1 材料與方法

1.1 實驗水質

根據徑流水質特征[1-2]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

圖1 緩坡模型

圖2 陡坡模型

1.2 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。

1.3 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。

1.4 實驗方案

1.4.1 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。

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；采用連續進水方式。

1.4.3 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、氨氮及總磷監測指標按照《水和廢水監測分析方法》[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88%～97%，平均去除率為92%，高錳酸鉀指數的去除率為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狀態。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 高錳酸鉀指數沿程濃度變化及凈化效果

3 結 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、總磷的去除主要由土壤介質的吸附和生長在介質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對氨氮進行離子交換的結果，并且介質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的凈化效率最為穩定；氨氮在緩坡模型的第二斷面、第三斷面的凈化效率較為穩定，而在陡坡模型中的第三斷面出現較大波動；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深度有關。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、高錳酸鉀指數及總磷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。

[1]吳建強.人工濕地處理污染河水現場中試研究[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]國家環境保護局，水與廢水監測分析方法[M].北京：中國環境科學出版社，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，畢業于河海大學，專業環境工程，主要從事河岸生態環境保護、工程設計及環境評估咨詢

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].環境與可持續發展，2017，42(2)：68-70.