滇池河口前置庫(kù)污染物削減機(jī)理及其工程示范研究.pdf

1、所謂前置庫(kù)，是指利用水庫(kù)存在的從上游到下游水質(zhì)濃度變化梯度特點(diǎn)，根據(jù)水庫(kù)形態(tài)，將水庫(kù)分為一個(gè)或者若干個(gè)子庫(kù)與主庫(kù)相連，通過延長(zhǎng)水力停留時(shí)間，促進(jìn)水中泥沙及營(yíng)養(yǎng)鹽的沉降，同時(shí)利用子庫(kù)中大型水生植物、藻類等進(jìn)一步吸收、吸附、攔截營(yíng)養(yǎng)鹽，從而降低進(jìn)入下一級(jí)子庫(kù)或者主庫(kù)水中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量，抑制主庫(kù)中藻類過渡繁殖，減緩富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程，改善水質(zhì)。在典型的前置庫(kù)內(nèi)，河水首先進(jìn)入初沉池，由于擋板和溢流板的作用，泥沙和顆粒物在初沉池得以充分沉淀，然后進(jìn)入主反

2、應(yīng)區(qū)，主反應(yīng)區(qū)發(fā)生物理化學(xué)及生物作用，加快了氮磷、有機(jī)物的去除速率。前置庫(kù)因其費(fèi)用較低、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，正成為控制湖庫(kù)面源污染的有手段徑之一，但從國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，仍存在一些不足，如對(duì)前置庫(kù)的研究面上不夠廣，點(diǎn)上不夠深；學(xué)者多把研究重點(diǎn)放在除磷上，對(duì)氮、有機(jī)物和懸浮顆粒去除機(jī)理研究較少；對(duì)于前置庫(kù)區(qū)的植物選配報(bào)道較少。
　　 本文借鑒物理、化學(xué)和生物等多學(xué)科技術(shù)在水環(huán)境治理中的研究成果，提出了滇池入湖河流前置庫(kù)綜合處理生態(tài)系統(tǒng)

3、。從實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)試驗(yàn)選擇吸附劑、河流泥沙吸附氮磷、生態(tài)防護(hù)墻設(shè)計(jì)等方面對(duì)前置庫(kù)凈水功能進(jìn)行強(qiáng)化，并在滇池流域入湖河流東大河進(jìn)行河口前置庫(kù)示范工程的跟蹤研究，對(duì)前置庫(kù)改善水質(zhì)效果、污染物去除機(jī)理、水體凈化效果強(qiáng)化技術(shù)及數(shù)值模擬等方面進(jìn)行了探索性研究，本課題對(duì)改善入滇池河流的水質(zhì)、削減面源污染物、提升滇池旅游景區(qū)形象有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 實(shí)驗(yàn)室選配植物的靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明，所選擇的植物對(duì)氮、磷、有機(jī)物等保持著較高的削減效率，蘆葦、

4、鳶尾、水芹菜、海菜花和金魚藻對(duì)氮去除量與生物量增加值的比例分別達(dá)到3731.3mg/kg、2678.3mg/kg、5926.5mg/kg、4656.5mg/kg和1457.8mg/kg。在模擬東大河河水污染物濃度范圍內(nèi)，稀土吸附劑吸附氮磷的過程符合Frundlich吸附模型，對(duì)氮、磷最大靜態(tài)吸附量分別達(dá)到10.8 mg/g和23.8 mg/g。河流中泥沙對(duì)氮磷亦有一定的去除效果，泥沙對(duì)氮磷的最大吸附量分別達(dá)到0.33 mg/g和1.15

5、 mg/g，泥沙對(duì)磷的吸附符合Langmuir吸附等溫式，對(duì)氮的吸附符合Freundlich吸附等溫式，二者的相關(guān)系數(shù)R2都在0.98以上。
　　 本課題在靜態(tài)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，還開展了示范工程建設(shè)及其跟蹤研究。示范工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，綜合應(yīng)用河流泥沙、吸附劑、生態(tài)防護(hù)墻和水生植物的前置庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，在前置庫(kù)內(nèi)按庫(kù)容每半年投加稀土吸附劑的量維持在1.0 g吸附劑/m3容積，并增設(shè)生態(tài)防護(hù)墻（內(nèi)部填充陶粒、上部培栽植物等）生態(tài)

6、工程措施，可以強(qiáng)化前置庫(kù)的凈水效果。2008～2009年跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，旱季典型污染物TN、NH3-N、TP、COD、SS去除率分別達(dá)到45.2％、40.2％、79.3％、30.1％和74.4％；雨季典型污染物TN、NH3-N、TP、COD、SS去除率分別達(dá)到58.2％、77.1％、84％、35.2％和86.6％。
　　 采用PFU法監(jiān)測(cè)前置庫(kù)及對(duì)照點(diǎn)生物群落變化，對(duì)比研究了微型生物群落的構(gòu)成特征和生物量增長(zhǎng)與污染物去除率之間

7、的關(guān)系。微生物檢測(cè)結(jié)果顯示，隨著示范工程運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，原生動(dòng)物如臂尾輪蟲、龜甲輪蟲等逐漸出現(xiàn)，生物群落逐漸穩(wěn)定，底泥基質(zhì)中附著微生物量達(dá)到0.23μg P/g基質(zhì)，對(duì)AOC、BDOC生物穩(wěn)定性指標(biāo)有較好的去除效果，最大凈化效率分別達(dá)到89％和72.3％，工程示范區(qū)入湖河水水質(zhì)得到改善。
　　 根據(jù)前置庫(kù)示范區(qū)的水流特征，建立了流場(chǎng)動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)前置庫(kù)一次暴雨過程前后25h進(jìn)行流場(chǎng)變化的跟蹤模擬，模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果吻合較好

8、。同時(shí)，綜合考慮Monod方程、化學(xué)動(dòng)力學(xué)和Fick擴(kuò)散定律，建立了前置庫(kù)水質(zhì)綜合模型，采用模型計(jì)算的TN、TP、COD濃度，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性較好，模型可以用來解釋前置庫(kù)內(nèi)污染物的去除機(jī)制和途徑。
　　 研究結(jié)果表明，采用投加吸附劑、增設(shè)生態(tài)防護(hù)墻、合理的植物搭配及對(duì)流場(chǎng)人工干預(yù)等強(qiáng)化手段，可以有效提高前置庫(kù)凈化低濃度微污染河水的能力，前置庫(kù)庫(kù)區(qū)構(gòu)成的河流末端小型生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定。本課題為前置庫(kù)技術(shù)在高原地區(qū)面源污染控制方面的推