鄉村旅游景觀廊道濕地水體凈化處理及循環再生利用研究

莊廷江　徐琪斐

關鍵詞：鄉村旅游；濕地景觀；水體凈化；人工浮島；復合介質

中圖分類號：X524 文獻標志碼：B

前言

隨著工程化、農業化的發展，大量污染物匯入鄉村旅游景觀廊道濕地水體中，為了從根本上解決濕地水體污染問題，需要設計現代化水體凈化方法，并達到水體循環再生利用的目的，提升水質。

目前，出現很多水體凈化方法，文獻[2]明確了生物炭基質對有機物、氮磷等污染物的去除作用。依托于生物炭的吸附和絡合性能，完成水體凈化處理。但是該方法的水體污染物去除效果較差。文獻[3]以水體生態修復為目標，提出“三位一體”的系統性水體處理方法，從生態處理、水質凈化、水體循環三方面人手，實現水體凈化。但是該方法適用性較差。文獻[4]將待凈化濕地水體劃分為多個單元，針對單元檢測水體污染物濃度，選定合適的材料搭建旁路循環凈化裝置，完成濕地水體凈化處理。但是該凈化方法面臨著水質反復的問題。

上述方法無法很好地處理鄉村旅游景觀廊道濕地水體，設計一種運用復合介質人工浮島技術的新型水體凈化方法，并在濕地水體中布置厭氧池、缺氧池等裝置，將凈化后的水資源引入設備中，實現循環再生利用。

1設計鄉村旅游景觀廊道濕地水體凈化方法

滿足式（2）和式（3）提出的約束條件后，得到擬合度較好的回歸方程，將其應用到待凈化的鄉村旅游景觀廊道濕地水體中，劃分水體河段為多個分段，通過凈化模型進行回歸分析，匯總回歸結果得到水體污染物總量。

1.2建立光催化氧化降解方案

針對濕地水體進行分析，明確水體中污染物含量占比最高的是有機物。對此，研究建立光催化氧化降解方案，消除水體中的有機污染物，光催化降解操作原理見圖1。

應用新型光催化技術進行有機物降解時，考慮凈化模型回歸分析得出的水體污染物總量，確定選用合適的負載催化材料，將其浸入濕地水體下部，通過材料的功能纖維正面材料吸收日光能量，并將其轉換為可以激發活性氧的電能，利用形成的活性氧對有機污染物進行轉化，將其降解為不同的產物。

如圖1所示，搭建光催化降解裝置時應用了光催化材料，在該材料的輔助下激發出的活性氧，可以覆蓋在纖維表面產生潔凈微區，改變纖維結構，從而啟發材料的氮磷削減效應，初步改善了濕地水體的水質可生化性。

1.3設計復合介質人工浮島凈化技術

為了進一步凈化景觀廊道濕地水體，提出復合介質人工浮島凈化技術，設備包含兩層填料結構的新型人工浮島框架，最上面為植物，植物下面是填料1，然后是進出水，最后是填料2。新型人工浮島通過植物、浮島框架、填料等部分組成復合介質人工浮島裝置。在浮島上層填料層中放置石灰石、生物陶粒等顆粒狀填料，下層填料層則放置組合填料等混合材料。將該裝置放到待凈化的濕地水體中后，水流會進人人工浮島裝置內部，通過懸掛纖維束組合填料等過水性好的填料對流人的水資源發揮阻滯作用，在調料顆粒內部緩慢流動實現溶解氧，形成厭／缺氧區域，完成濕地水體的反硝化脫氮處理。同時，人工浮島中添加的填料中往往包含二氧化硅、氧化鈣、氧化鐵、氧化鋁等化合物，可以對水體中的磷進行吸附和沉淀處理。由于顆粒填料為多孔介質，采用三維有限差分地下水流動模型模擬，水流數值模型如式（4）所示。

復合介質人工浮島裝置內部流動的水體類似于潛水層，通過上述公式模擬水流變化，定義進出水端和兩側概化分別為水頭邊界、隔水邊界，得到矩形的人工浮島模擬單元，通過模擬分析優化填料直徑、填料深度等設計參數。

1.4實現廊道濕地水體高效凈化

考慮到正常情況下鄉村旅游景觀廊道濕地水體流速較低，布置復合介質人工浮島后，也難以全方面、高效率完成水體凈化。文中提出在池底中心處安裝一個混合充氧裝置，該裝置由進水筒、喉管、電機、攪拌槳等組成，其通過電機驅動攪拌槳轉動提升水體流速，輔助水體凈化處理。實際操作過程中，先建立水流連續性方程、水流動量方程、濃度對流擴散方程，了解濕地水體流動情況，確定混合充氧裝置部件的尺寸參數。其中，水流連續性方程為式（5）：

依托于上述方程模擬不同運行工況條件下的水動力，基于此改變充氧裝置各項參數，最終得到優化后的混合充氧裝置。通過該充氧裝置輔助復合介質人工浮島的凈化工作，實現景觀廊道濕地水體高效、全面凈化處理。

2鄉村旅游景觀廊道濕地水體循環再生利用

在鄉村旅游景觀廊道濕地發展過程中，為了解決水資源短缺問題，針對凈化后的濕地水體進一步處理，建立如圖2所示的水資源循環再生利用模式。

圖2濕地水資源循環再生利用模式

如圖2所示，在濕地水體中布置厭氧池、缺氧池等一系列裝置，當受到工業、農業污染后，經過循環再生利用裝置主動分解水體中的污染物，將不包含污染因素的水資源排人濕地，再將凈化和循環再生處理后的水提供給農業生產區域和水產養殖區域，達到水資源循環再生利用的效果。

3實驗

3.1研究區域概況

選定黃河流域蘭州段濕地景觀作為研究區域，隨著該區域內城市經濟發展帶來了嚴重的環境污染，很多工業廢水與生活污水進入黃河，直接造成濕地水體氨氮、石油等污染嚴重，影響居民生活用水安全。尤其是在濕地水位下降后，表現出的污染更加嚴重，濕地水體急需進行凈化處理。在2023年5月10日-5月20日不斷采集濕地水體進行檢測，了解濕地水體的水質污染情況，最終見表1的檢測結果。

根據表1可知，研究區域濕地水體面臨著嚴重的氨氮、總氮污染。同時，水體中存在的硝酸鹽氮和總磷，也是引起濕地水體污染的主要因素。應用文中提出的凈化方法，對濕地水體進行污染凈化，從水質變化可以看出所提方法的應用效果。

3.2構建人工浮島裝置

復合介質人工浮島是凈化濕地水體的主要裝置，此次操作過程中，采用粒徑為5～10 mm的火山石作為上層填充填料，并在填料底部放置組合填料。按照1：1的比例混合硫鐵礦、石灰石，并將其添加到下層填充層中作為填料。其中，硫鐵礦和石灰石的粒徑分別為5～10 mm、10～20 mm。在面積為16m²的正方形浮島上，布置多個0.3 m×0.3 m的正方形空心塑料基盤，并利用螺母連接各浮島基盤。考慮到景觀廊道濕地水體所在區域的氣候情況，選擇水蔥、風車草和千屈菜作為人工浮島種植植物，按照9株／m²的種植密度，將三種植物混合種植到浮島料基盤上。

3.3水體凈化結果分析

人工浮島安裝后，在水體中央放置混合充氧裝置，該裝置驅動前后，濕地水體流速變化情況見圖3。

如圖3所示，混合充氧裝置運行后，可以讓濕地水體中死水流動起來，并使得水體平均流速從0.025 m/s增長至0.069 m/s，更好地展開水體凈化處理。

完成準備工作后，對研究區域的濕地水體進行一系列凈化處理，在凈化后每隔12 h進行一次水質檢測，與表1所示的初始水質檢測結果進行對比，得到如圖4所示的污染去除率變化情況。同時，實驗過程中還應用了文獻[2]和文獻[3]提出的方法凈化濕地水體，所得凈化結果也體現在圖4中。

根據圖4可知，所提方法應用后，四種濕地水體主要污染物的去除率明顯高于兩種文獻提出方法。經過6周的凈化后，此時濕地水體污染去除率分別為95.6%、74.4%、88.5%和91.3%，水質凈化結果基本滿足要求，證明了所提水體凈化方法的優越性。

4結束語

為了提高鄉村旅游景觀廊道濕地水體凈化效果，并且對水體進行循環再生利用，研究了相關技術。該研究基于濕地水體污染程度確定凈化目標，并引入光催化降解技術和雙層填料結構的復合介質人工浮島凈化技術，設計了混合充氧裝置結構，通過提升水體流速完成高效凈化，采用該技術有效去除濕地水體中的氮、磷等污染物質，提升濕地水體水質，利用厭氧池、缺氧池、微電解與固化微生物等一系列裝置，實現村旅游景觀廊道濕地水體循環再生利用。為了驗證該技術的有效性和可行性，設計了對比分析實驗，通過與文獻技術進行對比得出，該方法有效提高了濕地水體主要污染物的去除率，從而降低了污染物濃度，提高了水體水質，為鄉村濕地旅游的發展提供助力。