滞留型城市景观河道的污染治理
摘 要: 以北京的清河为对象,进行人工湿地治理滞留型景观河道污染的示范工程研究。运行结果表明:在水力负荷为0. 8～1. 2 m /d的条件下,人工湿地对COD、NH3 - N、TN、TP、藻类和浊度的去除率分别维持在35%～74%、60. 5%～88. 3%、56. 3%～80. 5%、30. 4%～71. 1%、83. 6%～91. 5%和85. 2%～95%。在人工湿地每天运行6 h的条件下,示范河段的水质得到了有效的改善,控制了“水华”现象的发生。
关键词: 景观河道,污染治理,人工湿地
清河发源于北京西山碧云寺,经北长河和北旱河汇入清河,流经海淀区、朝阳区、昌平区,在顺义区境内入温榆河,全长23. 6 km,流域面积为210 km2。清河上段(安河闸至下清河闸,长约10. 16 km)于2000年10月至2001年底进行了河岸硬化的整治,使河道丧失了自净能力。硬化施工范围主要分布在清河中上游的颐和园、圆明园、中央党校及北京体育大学、清河镇沿线。清河的水源补给主要依靠京密引水渠从密云水库补给以及各支流来水和降水等。自1999年以来,由于北京市连续干旱,水资源严重短缺,为确保城市生活用水,停止了从密云水库向清河补水。目前清河上段补水水源只有肖家河污水处理厂的出水及天然降水。
为了满足城市河道的景观效果,清河上段沿线各闸都处于关闸蓄水状态,因此河道水流处于滞留状态,为藻类的生长提供了必要的条件。再加上以二级处理出水作为补充水源以及河道硬化、丧失自净能力等不利因素,每年的5月—11月清河都会发生严重的富营养化。特别是在夏季,水体浑浊,呈墨绿色,有明显的腥臭味,不仅没有达到景观效果,反而成为了一个新的污染源,严重影响了周围居民的生活环境。
人工湿地技术具有水质净化效果好、生态功能佳、运行费用低等优点,可以用于处理受污染的河水和富营养化景观水体,削减农业、公路、城镇等点源和面源污染[ 1～4 ] 。2005 年8 月—2006 年1 月采用强化潜流式人工湿地技术对清河党校桥附近的河段进行了河道污染治理的示范工程研究。
1 示范工程的建设
1．1 现场情况
示范工程位于清河上游党校桥附近,该段河道具有以下特点:
① 河道两岸已经硬化,阻碍了河道自净能力和生态功能的发挥;
② 河水基本不流动,处于滞留状态;
③ 河流的补给水源是污水处理厂的二级出水和天然降水,含有较高浓度的氮和磷以及有机污染物质,也含有一定数量的病原性微生物,存在卫生安全问题;
④ 河道两岸已经整治和绿化,可利用的土地较少且地形较为复杂,施工难度大;
⑤ 该段河道处在重点城区段,对景观效果要求较高。工程施工区位于该段河道的右岸绿化带内,紧邻党校桥,地形相对平坦,长约150 m,宽为10～14m。绿化带地面高出水面约6 m,工程区内基本为草坪,散栽有少量柳树。2005年3月—7月以来对该段河水的水质进行了连续监测,主要水质指标如下: TN为8～39 mg/L, COD为80～110 mg/L,NH3 - N为4～36 mg/L,BOD5为7～21 mg/L, TP为0. 2～1. 4 mg/L,藻类为(83. 6～260. 3) ×104 个/mL,DO为0. 9～2. 1 mg/L,表明该河段的水质属于劣Ⅴ类。
1．2 工艺流程
工程采用的工艺流程为:河水经水泵提升后流入湿地系统,通过湿地去除水中的污染物;湿地出水经过两级跌水曝气后流回清河;在有条件的河道内栽植水生植物以进一步稳定水质、美化河道;此外还通过进、出水的不同位置,加速该段河水的循环流动。
取水口位于肖家河闸与党校桥之间,出水口位于取水口上游约270 m处。取水口与出水口之间的河段平均宽度约28 m,平均水深为0. 9 m,蓄水量约6 800 m3。示范工程平面布置如图1所示。
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1．3 人工湿地
① 湿地单元
采用潜流式强化人工湿地对河水进行处理,共分5个单元,并联运行。每个单元的长×宽为24 m×5 m,面积为120 m2 ,湿地总面积为600 m2。湿地床底部铺防渗膜,底部坡度为0. 01,填料层厚度为0. 6～0. 8 m,覆土层厚度约为0. 2 m,设计水力负荷为1 m /d,设计处理水量为600 m3 /d。
② 填料
采用的填料主要有页岩、砖块和沸石,填充比例分别为40%、20%和40%。三种填料的粒径均为20～30 mm。采取分段填充方式,沿着水流方向依次为页岩→砖块→沸石。
③ 配水、集水系统
采用“高进低出”方式进行配水和集水,配水管敷设于主体填料层表层,集水管则在填料底层。配水可通过阀门调节流量,出水可通过出水软管调节液位高度。布水管和配水管均采用DN200 的UPVC水管制作。在水管上钻ª20的小孔,水管断面上均布6个孔,长度方向上孔心距为100 mm。
④ 植物的选择
湿地栽种的植物有芦苇、鸢尾、美人蕉、香蒲、菖蒲、泽泻、水葱、水柳等,按照景观造型要求进行搭配,种植密度为6株/m2 ;另外还在湿地周边散植沙地柏、红瑞木、华北紫丁香等,并充分考虑了植物高度和色彩的搭配,这样就实现了水质净化与景观美化的和谐统一。
⑤ 出水跌水
湿地出水经两级跌水复氧后入河。
2 运行效果
2．1 湿地的处理效果
示范工程于2005年7月底建成。表1给出了该示范工程在2005年8月—2006年1月之间的运行效果。
表1 人工湿地的运行效果
Tab. 1 Removal performance of pollutants by constructed wetland
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2005年8月— 9月中旬是湿地的启动期,水力负荷控制在0. 2～0. 8 m /d之间,湿地对各种污染物有一定的去除效果,但去除效果的波动较大。大约经过45 d的运行,湿地进入了稳定运行阶段。在稳定运行阶段,水力负荷控制在0. 8 ～1. 2m /d,采取间歇运行的方式(平均每天运行6 h) 。由表1可知,当进水COD、TN、NH3 - N、TP、藻类和浊度分别为42～141. 5 mg/L、8. 1～45. 3 mg/L、0. 5～7. 5 mg/L、0. 2～1. 2 mg/L、(8. 7～185. 9) ×104 个/mL和24～221 NTU时,湿地对COD、TN、NH3 - N、TP、藻类和浊度的去除率分别为35% ～74%、56. 3% ～80. 5%、60. 5% ～88. 3%、30. 4% ～71. 1%、83. 6% ～91. 5%和85. 2% ～95%。可见,湿地对浊度和藻类的去除效果最好,其次是TN和NH3 - N,对COD和TP的去除效果最差。
2．2 河水水质的改善
在示范工程运行前,该河段水质为劣Ⅴ类。示范工程大约运行了两个月后,该河段水质得到了明显改善, COD < 40 mg/L、NH3 - N < 2. 5 mg/L、TN <9 mg/L、TP < 0. 4 mg/L、藻类< 25. 5 ×104 个/mL、浊度< 22 NTU、DO > 4. 0 mg/L。在随后的间歇运行中,河水水质一直保持在这一水平,有效控制了该河段“水华”的发生。可见,示范工程有效削减了河水中的氮磷营养物质、有机污染物和病原性微生物,改善了河流流动状态,提高了水体的自净能力,控制了 “水华”现象的发生。
3 结语
① 在水力负荷为0. 8～1. 2 m /d的条件下,人工湿地对受污染河水中的COD、NH3 - N、TN、TP、浊度和藻类的去除率分别维持在35% ～74%、60. 5%～88. 3%、56. 3% ～ 80. 5%、30. 4% ～ 71. 1%、83. 6%～91. 5%和85. 2%～95%。
② 在每天运行6 h的条件下,通过强化潜流式人工湿地的循环处理,示范河段的水质得到有效改善,控制了“水华”的发生。
参考文献:
[ 1 ] 胡洪营,何苗,朱铭捷,等. 污染河流水质净化与生态修复技术及其集成化策略[ J ]. 给水排水, 2005, 31 (4) : 1 - 9.
[ 2 ] 刘超翔,胡洪营,黄霞,等. 滇池流域农村生活污水生态处理系统工程设计[ J ]. 中国给水排水, 2003, 19 (2) : 93 - 94.
[ 3 ] 段志勇,刘超翔,施汉昌,等. 复合植物床式人工湿地研究[ J ]. 环境污染治理技术与设备, 2002, 3 (8) : 4 -7.
[ 4 ] 刘红,代明利,刘学燕. 人工湿地系统用于地表水水质改善的效能及特征[ J ]. 环境科学, 2004, 25 (4) : 65 -69.
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