原位生態(tài)凈化措施對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）

新時期，我國社會經(jīng)濟高速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題卻日益嚴重，河流污染問題日益突出，治理修復微污染河流刻不容緩。微污染水體是指水體受到氮、磷和有機物的污染，水中的污染物濃度略高于地表水V類水標準，總體特點表現(xiàn)為可生化性差、碳氮比低等[1-2]。當前，微污染河流治理技術(shù)一般分為原位修復技術(shù)和異位修復技術(shù)。

本研究主要通過構(gòu)建現(xiàn)場試驗河道，重點開展多級生態(tài)濾壩、復合懸浮生態(tài)島以及生態(tài)河床技術(shù)進行現(xiàn)場河道水體生態(tài)原位強化凈化試驗研究，通過定期監(jiān)測水質(zhì)變化情況，分析研究多級生態(tài)濾壩、復合生態(tài)浮島、生態(tài)河床三項單體技術(shù)的凈化效果。

1 試驗材料

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、長度為1 m的無紋鋼筋若干根。

2 試驗方法

試驗河道河長為170 m，底寬為2.5～3.0 m，設(shè)計水深為0.4～0.6 m，則可知該河道過流斷面面積為1.10～2.04 m2，取平均值為1.57m2。根據(jù)式（1），可以計算水力負荷：

式中，HLR為水力負荷；V為水體體積；A為截面面積；Q為流量；t為時間。

本次試驗河道現(xiàn)場試驗生態(tài)強化凈化區(qū)共計為150 m，進行生態(tài)強化凈化技術(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段渠道內(nèi)，水流方向自東向西。經(jīng)過檢測二沉池出水水質(zhì)與河流水體接近，滿足試驗條件。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復合懸浮生態(tài)島（10個）、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，流出試驗河道。

現(xiàn)場試驗從2018年3月開始，為期1個月。每周選取3～4 d監(jiān)測各個單體和整個河道的水質(zhì)指標，主要監(jiān)測各個單體和整個河道進出水的溶解氧、溫度、濁度、COD（化學需氧量）、氨氮、總氮和總磷含量，分析各個單體以及整個集成系統(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類水標準作為本次試驗效果的評判依據(jù)。

3 原位生態(tài)強化凈化技術(shù)對河水的凈化效果

3.1 單體試驗結(jié)果

根據(jù)生態(tài)濾壩、生態(tài)河床、生態(tài)懸浮島的進水、出水各類指標的濃度擬合關(guān)系方程，三種原位凈化方法對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V類水的凈化能力

表2 生態(tài)河床對V類水的凈化能力

表3 生態(tài)浮島對V類水的凈化能力

3.2 單體凈化效果對比

各個單體的凈化效果如圖1所示。

圖1 單體凈化效果對比

各個單體對微污染水體的凈化效果經(jīng)對比可得，相對于整個河道系統(tǒng)，生態(tài)濾壩對COD和總磷有較高的去除貢獻占比，對總氮也有不錯的去除效果，對氨氮的去除效果最低，但也有13.3%。生態(tài)懸浮島對氨氮和總氮的凈化貢獻占比達86.7%和64.5%，對總磷也有一定的去除效果，對氨氮的去除效果最差。生態(tài)河床對COD的凈化貢獻占35.4%，對總氮也有6.5%的凈化貢獻占比，但對氨氮和總磷的凈化貢獻占比均為0，這與試驗前期的準備研究相差甚遠，經(jīng)分析，原因可能是河床內(nèi)積累了太多的動植物殘骸，形成了一個內(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，導致生態(tài)河床凈化效果不佳[5-6]。

4 結(jié)論

本文通過研究發(fā)現(xiàn)，三種原位生態(tài)強化凈化技術(shù)對試驗河道的凈化貢獻率由大到小為：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。