湖濱區(qū)初期暴雨徑流強化凈化工程技術研究.pdf

1、隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，大量未經(jīng)處理的生活污水、工業(yè)廢水和面源污染進入湖泊，導致滇池、太湖、巢湖等一些大型湖泊和杭州西湖、武漢東湖、南京玄武湖、無錫五里湖等城市湖泊產(chǎn)生嚴重富營養(yǎng)化現(xiàn)象。當前，國家水污染治理工作的開展使城市生活污水及工業(yè)廢水等點源污染得到初步控制，上述湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)階段的主要原因在于面源污染，而暴雨徑流是面源污染的主要途徑之一，因此有效控暴雨徑流對緩解城市湖泊富營養(yǎng)化具有重要的意義。 本文以國家科技部重大科技專項

2、太湖項目“太湖水污染控制與水體修復技術及工程示范”的第三子課題“重污染水體底泥環(huán)保疏浚與生態(tài)重建技術”(項目編號：2002AA601013)為背景，目的是開發(fā)能控制太湖流域湖濱區(qū)初期暴雨徑流攜帶的氮磷污染的強化生態(tài)處理技術。 本研究引進日本的大通量推流型生態(tài)礫石人工濕地，在上海交通大學閔行校區(qū)建立了60td<'-2>的中試裝置，并進行一年的前期驗證實驗。在前期驗證研究的基礎上，提出了控制城市湖泊湖濱區(qū)初期暴雨徑流污染物新的集成強

3、化工藝：三段式潛流生態(tài)礫石人工濕地。在實驗室基礎研究階段：經(jīng)過對人工濕地生物脫氮和濕地基質物化脫氮的比較，并結合無錫市西五里湖湖濱區(qū)的地理特點及湖濱區(qū)的景觀建設，選擇物化脫氮作為湖濱區(qū)初期暴雨徑流氮污染物強化去除的技術途徑；自主開發(fā)了新型除磷功能填料，并考察了其動力學特性，作為人工濕地的基質。在中試研究階段：將6Otd<'-2>的前期中試裝置改造為三段式潛流生態(tài)礫石人工濕地，使用模擬初期暴雨徑流污染物的富營養(yǎng)化水體進行為期220d的連續(xù)

4、流強化凈化效果實驗。在示范工程研究階段：將上述小試和中試的研究成果，應用在無錫市西五里湖渤公島湖濱區(qū)初期暴雨徑流強化凈化現(xiàn)場，建立了控制流域面積為4．41x10<'4> m<'2>的示范工程，取得了良好的不范工程規(guī)模的處理效果。 在國際合作伙伴：日本國立環(huán)境研究所的實驗場進行一年左右的人工濕地對污染物凈化效果實驗，濕地氧化還原電位特征、濕地植物根區(qū)的形態(tài)特征和氨氧化菌的數(shù)量與分布之間多因素、相互時空變化關系解析實驗。實驗結果表

5、明：蘆葦、茭白和香蒲的根區(qū)深度在濕地基質表面以下一20～一30 cm，在秋、冬季節(jié)，即植物枯萎期，從形態(tài)照片發(fā)現(xiàn)植物根部與夏季差別不大，但濕地系統(tǒng)對BOD<,5>、TN和NH<,4><'+>-N的去除性能普遍下降；沿濕地系統(tǒng)的垂直方向，在濕地基質表面以下一20～一30 cm區(qū)域，氧化還原電位明顯上升，最高達到257 mV，呈現(xiàn)一個正峰值，在一40 cm植物根部很難達到的區(qū)域，氧化還原電位為負值，最低為一312mV，呈現(xiàn)一個負峰值；濕地系

6、統(tǒng)中氨氧化菌主要分布在濕地基質表面以下一20～一30 cm植物根部區(qū)域，其數(shù)量是空白對照床的3～5倍。蘆葦根系最發(fā)達，其根部區(qū)域的氨氧化菌為3.61～5.37x10,'8>Cellg<'-1>soil；在夏季，進水濃度為模擬湖濱區(qū)初期暴雨徑流的實驗組中，植物對氮的吸收和去除性能良好，介于68.4～71.1％之間。 通過考察三種吸氨材料的氨氮吸附性能，發(fā)現(xiàn)改性沸石比天然沸石和蛭石具有更大的氨氮吸附容量，為14.87 mg g<'

7、-1>。靜態(tài)實驗顯示，改性沸石對初始濃度為1.6 mgL<'-1>的氨氮吸附的最佳用量為4 gL<'-1>，在上述(最佳用量)條件下，改性沸石對氨氮的去除率在半小時內即可達到66％，同時，發(fā)現(xiàn)隨著初始氨氮濃度的增加，改性沸石對氨氮的去除率亦提高。動態(tài)實驗顯示，水力停留時間越長、初始濃度越高，改性沸石濾柱對氨氮的去除效果越好。此外，改性沸石對氨氮的去除隨著運行時間的延長而下降，最佳的運行時間應控制在20 h以內。 通過考察四種吸

8、磷材料的吸磷性能，發(fā)現(xiàn)粉煤灰對磷具有較大的吸附容量，適合作為人工濕地除磷的基本材料。在此基礎上，通過免燒工藝研制出直徑為5cm的新型除磷功能填料，其具有如下特點：對磷吸附容量為3.55 mgg<'-1>，對磷的吸附曲線符合Langmiur公式，并具有良好的抗壓強度，最低的抗壓強度為1.51 MPa。動態(tài)實驗顯示，除磷功能填料的水力停留時間越長，對磷的去除率越高。 中試研究階段，三段式潛流生態(tài)礫石人工濕地模擬初期暴雨徑流污染物的

9、富營養(yǎng)化水體的強化凈化效果實驗表明：由于三段式潛流生態(tài)礫石人工濕地充分發(fā)揮了脫氮除磷功能填料的物化吸附性能，從而顯示出比推流型礫石人工濕地更好的去污特性。在穩(wěn)定運行階段，當水力停留時間為4～5h，其對CODe<'Cr>、TN、NH4<,+><'+>-N和TP的平均去除率分別為62％、45％、61％和64％，出水透明度在1 m以上，噸水運行成本為0.31Yuan。 現(xiàn)場的示范工程運行結果表明：采用前置存儲調節(jié)池和三段式潛流生態(tài)礫

10、石人工濕地的組合工藝，能夠有效地解決以往初期暴雨徑流難收集、傳統(tǒng)處理工藝占地面積大和對氮磷污染物去除率低的問題。經(jīng)過2005年7～9月暴雨期的現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測分析，示范工程對總氮、氨氮和總磷的平均去除率分別為51.2％、65.6％和64.8％，此外，示范工程占地130m<,2>，完全為地埋式結構，地表與湖濱帶的景觀建設協(xié)調一致。由于整個示范工程利用自然標高，無需任何動力，運行成本較低，每年的運行成本為0.21 Yuan(m<'2>)<-1>