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【摘 要】随着点源与非点源污染物的排放,越来越多的地表水受到污染,严重威胁着经济社会的可持续发展,因此越来越多的技术涌现出来,生态技术就是其中之一。本文详细介绍了生态技术中的人工湿地、稳定塘、地表漫流以及其他的技术的原理以及应用,通过应用来促进生态技术的进一步发展,更好的应用于地表水污染。
【关键词】地表水污染;生态技术;人工湿地;稳定塘;地表漫流
The ecological application in the pollution control of surface water
Abstract:With the emision of point source and non-point source pollutants,more and more surface water are polluted what threat to the sustainable development of economic and social,so more and more technology emerge,and eco-technology is one of them. This paper describes the principles and the application of ecology of wetlands,stabilization ponds,overland flow and other technology,and through the application promote the further development of eco-technology which will be better applied to surface water pollution.
Key words:surface water pollution ecological technology wetland stabilization ponds overland flow
地表水,是指河流、冰川、湖泊、沼泽四种水体的总称,亦称“陆地水”。
它是人类生活用水的重要来源之一,也是各国水资源的主要组成部分[1]。随着大量工业废水的排放、生活污水的大量产生以及非点源污染(农业污染源等)加剧,越来越多的污染物进入到地表水中,使地表水中的污染物超过其自身的净化能力而造成严重的污染,给社会、经济、人民的生产生活带来严重的危害。
随着地表水污染的加重,越来越多的人开始研究治理地表水污染,同时,越来越多的技术开始应用于治理地表水污染,在这些技术中,大部分都涉及到了生态方面的东西,像人工湿地、地标漫流、稳定塘等技术。这些生态技术的应用,虽然不是效果最好的,但却是目前行之有效的方法,具有不会对环境产生二次污染,造价成本比较低,易于管理等优点。
1.人工湿地在治理地表水污染中的应用
湿地是处于水陆交接相的复杂生态体系,由水、永久性或间歇性处于水饱和状态下的基质以及水生生物组成,它具有较大的活性与较高的生产能力。人工湿地是由人工优化模拟湿地系统而建造的具有自然生态系统综合降解净化功能,且可人为监督控制的处理系统。实践表明人工湿地处理污水系统具有低投资、低运行费、低能耗、不需复杂的维护技术、但去除率较高的特点[2]。
一般的,当受污染地表水流过湿地床,悬浮颗粒物首先通过植物的根系以及湿地填料的拦截、吸附、共沉等作用从污水中去除[3]。其中有机部分随着时间推移被植物根际微生物和填料表面生物膜逐渐降解。无机部分被截留成为湿地床的一部分;氮素去除主要有挥发、氨化、硝化、反硝化、植物吸收和基质吸附等作用。硝化、反硝化作用是人工湿地系统实现氮去除的主要过程,除此之外,挥发作用、填料吸附和植物摄取也是氮去除所涉及的过程[4,5],但挥发、填料吸附和植物摄取的氮量十分有限;人工湿地除磷机理主要是填料的吸附、基质化学作用、植物和藻类吸收、与有机物结合、微生物同化及聚磷菌过量摄磷等,其中填料对磷的吸附被认为是最有效的机制[6,7];重金属的去除主要依靠流动相在湿地系统流动过程中,产生的沉淀、过滤、络合及吸附等;盐类的去除,主要依靠植物的吸收,盆裁实验对各种湿地植物的去除率一般只有37。6一48。4%左右,且與植物蒸散量、污水的停留时间有关[2]。
美国[8]在北卡罗来纳州的赫林马什河上,率先尝试了基于人工湿地的生态净化技术。进入湿地前,河水中NO3一N浓度为7mg/L,流出湿地后,浓度降为2mg/L以下,每公顷湿地日去除N03一N达3kg以上。林艳模拟人工湿地,发现在梯级人工湿地条件下,COD 和氨氮出水平均浓度分别为 10mg/L、和 1。62mg/L、,可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级 A 标;TN 平均出水浓度为 16。32mg/L,接近一级 A 标,TP 平均出水浓度为 0。48mg/L,可达到一级 A 标[9]。马文林等人发现经过湿地处理后,处理水的有机物指标满足国家地表水三级标准,满足集中式生活饮用水地表水源地二级保护区中的有机物标准,能够作为鱼虾类越冬场、徊游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区[10]。王庆安等人发现成都园人工湿地塘床系统对枯水期府河的CODCr,BOD5,TN,TP,oil,LAS,Ar-OH,NH3,S2-等污染物的去除率在85%以上,总大肠菌群的去除率达99。9%以上,其净化效果能够满足净化地表水或污水深度处理的需要[11]。刘红等人发现潜流人工湿地系统对地表水有较好的处理效果。在水力负荷为0。1~0。45m/d条件下,对有机物和营养物质有较高的去除率,对TN、TP的去除率分别为25%~60%和30%~45%[12]。 2.稳定塘在处理地表水污染中的应用
稳定塘系统是一个配合完美的生态系统,从生态学原理出发,充分发挥稳定塘及土壤-植物自然系统内微生物种类及土壤渗滤、植物根际等的净化能力[13],主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。稳定塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无需污泥处理等优点[14]。按净化作用机理分为[15]好氧塘、厌氧塘、兼性塘、曝气塘和综合生物塘。不同类型的塘串联组成塘系统,往往具有更好的处理能力。
云南玉溪市河口村使用塘系统处理生活污水[16],已全面達标并通过验收,成为云南省农村第一个无生活污水排放村。赵学敏等人对滇池流域大清河生物稳定塘系统中的水质净化效果进行了分析,结果表明,当污水流经预处理塘、好氧塘、水生植物塘、养殖塘的过程中,TN,TP,NH犷-N,BODS和COD浓度呈逐渐下降趋势,生物稳定塘系统对TN,TP,NH4 -N,BODS和COD的去除率分别达29。29%,48。68%,33。68%,68。14%和71。25%[17]。王庆旭等人发现经绛水河生态治污稳定塘系统后,BOD和COD值有所上升,即水中的需氧量增加了;而经过生物处理后的氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷含量明显降低,分别降低了97。8%,88。8%,88。8%和93。7%[18]。郭建等人用生态塘-人工湿地-生态塘复合系统对城市河水中氮进行处置,发现复合系统对总氮(TN)的去除率分别为 39。39%、25。26%、19。62%,对 NH3-N 的去除率分别为 51。98%、29。14%、21。18%;对 TN 的处理均达到了城镇污水处理厂污染物一级排放标准,对 NH3-N 的处理均达到了城镇污水处理厂污染物二级排放标准[19]。唐亮等人通过在沭河河道上建立的生态塘,发现河道稳定塘对污水具有较高的调蓄、净化能力,经过第Ⅰ级、第Ⅱ级的净化,至淮沭新河污水地涵断面其水质已基本达到地表水环境质量Ⅴ类标准,主要污染物去除率:BOD5>97。5%,CODCr>95。8%,NH3-N>64。8%。至叮当河污水地涵断面,水质即已达到Ⅲ类水质标准[20]。
3.地表漫流在治理地表水污染中的应用
地表漫流系统(Overland Flow)可以用于污染河流的生态修复,是土地处理系统的主要技术,它是将污水有控制地投配到土壤中,使其以薄层状均匀沿地表缓坡流动,利用“土壤微生物植物”系统,通过土壤的沉淀、吸附、过滤作用,土壤表层微生物的生物降解和植物吸收等过程使污水中的污染物得以去除,具有净化效果好、运行经济、操作简便等优点[21]。
孙敏等人通过地表漫流系统中试工程应用于新沂河污染河水的生态治理试验研究,发现地表漫流系统对氨氮的去除基本不受水力负荷的影响,且具有70%~85%的稳定去除率[21]。张旭东在新沂河进行地表漫流试验,选取了去除效果最好的早熟禾,发现对CODMn、氨氮、色度和总磷四种污染指标的去除率分别达到了41.4%、83.2%、51.5%和56.1%[22]。
4.其他生态技术在地表污染中的应用
生态沟渠是由农田排水沟渠及其内部种植的植物组成,通过沟渠拦截径流和泥沙,植物滞留和吸收氮磷,实现生态拦截氮磷的功能[23]。胡宏祥等人发现,由于沟渠自身净化和水生植物的拦截净化作用,河道水中氮磷污染物含量呈现一定的降低趋势[24]。尹澄清等人提出沟渠!水塘系统概念,并经研究发现,多水塘系统能截留来自农业的P污染负荷40%以上[25]。
缓冲带是指建立在河湖、溪流沿岸的各类植被带,包括林地、草地等,通过土壤和植物的作用对进入到地表水中的污染物进行吸收、吸附以及降解[26]。研究表明,在农田和水体之间建立合理的草地或林地过滤带,可大大降低水体中的N、P的含量。阎丽凤等对沈阳地区河岸植被缓冲带对氮、磷的削减效果研究表明,6种河岸植被带中,人工林草地对氮的削减效果最好,对总氮、硝态氮和氨态氮的平均削减率分别为47%,36%和31% [27]。
5.生态技术在地表水污染中的前景
生态技术处理地表水的污染具有低成本,管理简单不产生二次污染等优点,将会使越来越多的人关注生态技术并且应用生态技术,并且随着生态技术的不断发展和完善,生态方法和理论的更加成熟,生态技术将在地表水处置中发挥更大的作用。
参考文献:
[1]杨爱玲,朱颜明. 地表水环境非点源污染研究. 环境科学进展. 1998,7(5):60-66.
[2]王宜明.人工湿地净化机理和影响因素探讨.昆明冶金高等专科学校学报.2000,16(2):1-6.
[3]Sun G,Gray K R,Biddlestone A J,etal. Effect of effluent recirculation on the performance of a reed bed system treating agricultural wastewater[J].Process Biochemistry,2003,39:351-357.
[4]高拯民, 李宪法等. 城市污水土地处理利用设计手册[M]. 北京: 中国标准出版社,1991.
[5]Vymazal J. Constructed Wetlands for wastewater treatment [M]. ENV I T rebon,1995b,p. 171.
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[8]Kim.S.Y.TheimPaetofbiomaSSharvestingonPhosPhorusuPtakebywetlandPlants[J.WaterScienceandTeehnolog又2001,44(11.12):61-67.
[9]林艳. 梯级渗滤人工湿地处理城市污水试验研究[D]. 重庆大学.2012.
[10]马文林,王雪莲,李荣旗.复合人工湿地对轻微污染地表水有机物深度去除的研究[J].中国环境科学学会学术年会优秀论丈集,2006,2181-2183.
[11]王庆安,任勇。钱骏等.人工湿地塘床系统净化地表水的试验研究.2000,19(1):9-15.
[12]刘红,代明利,刘学燕等.人工湿地系统用于地表水水質改善的效能及特征[J].2004,25(4):65-69.
[13]王德荣,赵静. 复合生态系统在处理城市污水中的应用[J]l.农业环境与发展.1996.13(3):19-23.
[14]白晓慧. 稳定塘系统与城镇污水资源化[J].西北水资源与水工程,1998,9(2):20-24.
[15]国家环境保护局科技标准司编.城市污水稳定塘处理技术指南囚】.北京:中国环境科学出版社,1997
[16]李启昌.江川河口成为首个无生活污水排放村困].云南日报,2002.
[17]赵学敏,周广杰,徐振成等.改良型生物稳定塘对滇池流域受污染河流净化效果[J].湖泊科学.2010,22(11):35-43.
[18]王庆旭,王增亮.绛水河口生态治污稳定塘设计与成效[J].山东水利.2011:57-58.
[19]郭建,栗志芬等.生态塘-人工湿地-生态塘复合系统对城市河水中氮的去除效果[J].2011,27(2):191-195.
[20]唐亮,左玉辉.新沂河河道稳定塘工程研究[J].环境工程2003,4(21):75-77.
[21]孙敏,阮晓红,曾扬.地表漫流系统处理污染河水工程设计探讨[J]. 给水排水.2006,32(4):25-27.
[22]张旭东.地表漫流系统处理污染河水的试验研究[D]. 河海大学.2004.
[23]姜翠玲,范晓秋,章亦兵.非点源污染物在沟渠湿地中的累积和植物吸收净化[J].应用生态学报,2005,16(7):1351-1354.
[24]胡宏祥关于沟渠生态拦截氮磷的研究[J]水土保持学报,2010,24(2):141-145
[25]Baoqing Shan,Chengding Yin Guigao L. Transport and retendon of phosphorus pollutants in the landscape with a tra ditional multipond system [J] .Water,Air and Soil Pollution,2002,139:13-34.
[26]韩秀娣.最佳管理措施在非点源污染防治中的应用.上海环境科学.2000,19(3):102-104,128.
[27]阎丽凤,于立忠,苗永刚,等沈阳地区河岸植被缓冲带对氮、磷的削减效果研究C1」中国生态农业学报,2011,19(2):403-408.
【关键词】地表水污染;生态技术;人工湿地;稳定塘;地表漫流
The ecological application in the pollution control of surface water
Abstract:With the emision of point source and non-point source pollutants,more and more surface water are polluted what threat to the sustainable development of economic and social,so more and more technology emerge,and eco-technology is one of them. This paper describes the principles and the application of ecology of wetlands,stabilization ponds,overland flow and other technology,and through the application promote the further development of eco-technology which will be better applied to surface water pollution.
Key words:surface water pollution ecological technology wetland stabilization ponds overland flow
地表水,是指河流、冰川、湖泊、沼泽四种水体的总称,亦称“陆地水”。
它是人类生活用水的重要来源之一,也是各国水资源的主要组成部分[1]。随着大量工业废水的排放、生活污水的大量产生以及非点源污染(农业污染源等)加剧,越来越多的污染物进入到地表水中,使地表水中的污染物超过其自身的净化能力而造成严重的污染,给社会、经济、人民的生产生活带来严重的危害。
随着地表水污染的加重,越来越多的人开始研究治理地表水污染,同时,越来越多的技术开始应用于治理地表水污染,在这些技术中,大部分都涉及到了生态方面的东西,像人工湿地、地标漫流、稳定塘等技术。这些生态技术的应用,虽然不是效果最好的,但却是目前行之有效的方法,具有不会对环境产生二次污染,造价成本比较低,易于管理等优点。
1.人工湿地在治理地表水污染中的应用
湿地是处于水陆交接相的复杂生态体系,由水、永久性或间歇性处于水饱和状态下的基质以及水生生物组成,它具有较大的活性与较高的生产能力。人工湿地是由人工优化模拟湿地系统而建造的具有自然生态系统综合降解净化功能,且可人为监督控制的处理系统。实践表明人工湿地处理污水系统具有低投资、低运行费、低能耗、不需复杂的维护技术、但去除率较高的特点[2]。
一般的,当受污染地表水流过湿地床,悬浮颗粒物首先通过植物的根系以及湿地填料的拦截、吸附、共沉等作用从污水中去除[3]。其中有机部分随着时间推移被植物根际微生物和填料表面生物膜逐渐降解。无机部分被截留成为湿地床的一部分;氮素去除主要有挥发、氨化、硝化、反硝化、植物吸收和基质吸附等作用。硝化、反硝化作用是人工湿地系统实现氮去除的主要过程,除此之外,挥发作用、填料吸附和植物摄取也是氮去除所涉及的过程[4,5],但挥发、填料吸附和植物摄取的氮量十分有限;人工湿地除磷机理主要是填料的吸附、基质化学作用、植物和藻类吸收、与有机物结合、微生物同化及聚磷菌过量摄磷等,其中填料对磷的吸附被认为是最有效的机制[6,7];重金属的去除主要依靠流动相在湿地系统流动过程中,产生的沉淀、过滤、络合及吸附等;盐类的去除,主要依靠植物的吸收,盆裁实验对各种湿地植物的去除率一般只有37。6一48。4%左右,且與植物蒸散量、污水的停留时间有关[2]。
美国[8]在北卡罗来纳州的赫林马什河上,率先尝试了基于人工湿地的生态净化技术。进入湿地前,河水中NO3一N浓度为7mg/L,流出湿地后,浓度降为2mg/L以下,每公顷湿地日去除N03一N达3kg以上。林艳模拟人工湿地,发现在梯级人工湿地条件下,COD 和氨氮出水平均浓度分别为 10mg/L、和 1。62mg/L、,可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级 A 标;TN 平均出水浓度为 16。32mg/L,接近一级 A 标,TP 平均出水浓度为 0。48mg/L,可达到一级 A 标[9]。马文林等人发现经过湿地处理后,处理水的有机物指标满足国家地表水三级标准,满足集中式生活饮用水地表水源地二级保护区中的有机物标准,能够作为鱼虾类越冬场、徊游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区[10]。王庆安等人发现成都园人工湿地塘床系统对枯水期府河的CODCr,BOD5,TN,TP,oil,LAS,Ar-OH,NH3,S2-等污染物的去除率在85%以上,总大肠菌群的去除率达99。9%以上,其净化效果能够满足净化地表水或污水深度处理的需要[11]。刘红等人发现潜流人工湿地系统对地表水有较好的处理效果。在水力负荷为0。1~0。45m/d条件下,对有机物和营养物质有较高的去除率,对TN、TP的去除率分别为25%~60%和30%~45%[12]。 2.稳定塘在处理地表水污染中的应用
稳定塘系统是一个配合完美的生态系统,从生态学原理出发,充分发挥稳定塘及土壤-植物自然系统内微生物种类及土壤渗滤、植物根际等的净化能力[13],主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。稳定塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无需污泥处理等优点[14]。按净化作用机理分为[15]好氧塘、厌氧塘、兼性塘、曝气塘和综合生物塘。不同类型的塘串联组成塘系统,往往具有更好的处理能力。
云南玉溪市河口村使用塘系统处理生活污水[16],已全面達标并通过验收,成为云南省农村第一个无生活污水排放村。赵学敏等人对滇池流域大清河生物稳定塘系统中的水质净化效果进行了分析,结果表明,当污水流经预处理塘、好氧塘、水生植物塘、养殖塘的过程中,TN,TP,NH犷-N,BODS和COD浓度呈逐渐下降趋势,生物稳定塘系统对TN,TP,NH4 -N,BODS和COD的去除率分别达29。29%,48。68%,33。68%,68。14%和71。25%[17]。王庆旭等人发现经绛水河生态治污稳定塘系统后,BOD和COD值有所上升,即水中的需氧量增加了;而经过生物处理后的氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷含量明显降低,分别降低了97。8%,88。8%,88。8%和93。7%[18]。郭建等人用生态塘-人工湿地-生态塘复合系统对城市河水中氮进行处置,发现复合系统对总氮(TN)的去除率分别为 39。39%、25。26%、19。62%,对 NH3-N 的去除率分别为 51。98%、29。14%、21。18%;对 TN 的处理均达到了城镇污水处理厂污染物一级排放标准,对 NH3-N 的处理均达到了城镇污水处理厂污染物二级排放标准[19]。唐亮等人通过在沭河河道上建立的生态塘,发现河道稳定塘对污水具有较高的调蓄、净化能力,经过第Ⅰ级、第Ⅱ级的净化,至淮沭新河污水地涵断面其水质已基本达到地表水环境质量Ⅴ类标准,主要污染物去除率:BOD5>97。5%,CODCr>95。8%,NH3-N>64。8%。至叮当河污水地涵断面,水质即已达到Ⅲ类水质标准[20]。
3.地表漫流在治理地表水污染中的应用
地表漫流系统(Overland Flow)可以用于污染河流的生态修复,是土地处理系统的主要技术,它是将污水有控制地投配到土壤中,使其以薄层状均匀沿地表缓坡流动,利用“土壤微生物植物”系统,通过土壤的沉淀、吸附、过滤作用,土壤表层微生物的生物降解和植物吸收等过程使污水中的污染物得以去除,具有净化效果好、运行经济、操作简便等优点[21]。
孙敏等人通过地表漫流系统中试工程应用于新沂河污染河水的生态治理试验研究,发现地表漫流系统对氨氮的去除基本不受水力负荷的影响,且具有70%~85%的稳定去除率[21]。张旭东在新沂河进行地表漫流试验,选取了去除效果最好的早熟禾,发现对CODMn、氨氮、色度和总磷四种污染指标的去除率分别达到了41.4%、83.2%、51.5%和56.1%[22]。
4.其他生态技术在地表污染中的应用
生态沟渠是由农田排水沟渠及其内部种植的植物组成,通过沟渠拦截径流和泥沙,植物滞留和吸收氮磷,实现生态拦截氮磷的功能[23]。胡宏祥等人发现,由于沟渠自身净化和水生植物的拦截净化作用,河道水中氮磷污染物含量呈现一定的降低趋势[24]。尹澄清等人提出沟渠!水塘系统概念,并经研究发现,多水塘系统能截留来自农业的P污染负荷40%以上[25]。
缓冲带是指建立在河湖、溪流沿岸的各类植被带,包括林地、草地等,通过土壤和植物的作用对进入到地表水中的污染物进行吸收、吸附以及降解[26]。研究表明,在农田和水体之间建立合理的草地或林地过滤带,可大大降低水体中的N、P的含量。阎丽凤等对沈阳地区河岸植被缓冲带对氮、磷的削减效果研究表明,6种河岸植被带中,人工林草地对氮的削减效果最好,对总氮、硝态氮和氨态氮的平均削减率分别为47%,36%和31% [27]。
5.生态技术在地表水污染中的前景
生态技术处理地表水的污染具有低成本,管理简单不产生二次污染等优点,将会使越来越多的人关注生态技术并且应用生态技术,并且随着生态技术的不断发展和完善,生态方法和理论的更加成熟,生态技术将在地表水处置中发挥更大的作用。
参考文献:
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[16]李启昌.江川河口成为首个无生活污水排放村困].云南日报,2002.
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