滯留型城市景觀河道的污染治理
摘 要: 以北京的清河為對象,進行人工濕地治理滯留型景觀河道污染的示范工程研究。運行結果表明:在水力負荷為0. 8～1. 2 m /d的條件下,人工濕地對COD、NH3 - N、TN、TP、藻類和濁度的去除率分別維持在35%～74%、60. 5%～88. 3%、56. 3%～80. 5%、30. 4%～71. 1%、83. 6%～91. 5%和85. 2%～95%。在人工濕地每天運行6 h的條件下,示范河段的水質得到了有效的改善,控制了“水華”現象的發生。
關鍵詞: 景觀河道,污染治理,人工濕地
清河發源于北京西山碧云寺,經北長河和北旱河匯入清河,流經海淀區、朝陽區、昌平區,在順義區境內入溫榆河,全長23. 6 km,流域面積為210 km2。清河上段(安河閘至下清河閘,長約10. 16 km)于2000年10月至2001年底進行了河岸硬化的整治,使河道喪失了自凈能力。硬化施工范圍主要分布在清河中上游的頤和園、圓明園、中央黨校及北京體育大學、清河鎮沿線。清河的水源補給主要依靠京密引水渠從密云水庫補給以及各支流來水和降水等。自1999年以來,由于北京市連續干旱,水資源嚴重短缺,為確保城市生活用水,停止了從密云水庫向清河補水。目前清河上段補水水源只有肖家河污水處理廠的出水及天然降水。
為了滿足城市河道的景觀效果,清河上段沿線各閘都處于關閘蓄水狀態,因此河道水流處于滯留狀態,為藻類的生長提供了必要的條件。再加上以二級處理出水作為補充水源以及河道硬化、喪失自凈能力等不利因素,每年的5月—11月清河都會發生嚴重的富營養化。特別是在夏季,水體渾濁,呈墨綠色,有明顯的腥臭味,不僅沒有達到景觀效果,反而成為了一個新的污染源,嚴重影響了周圍居民的生活環境。
人工濕地技術具有水質凈化效果好、生態功能佳、運行費用低等優點,可以用于處理受污染的河水和富營養化景觀水體,削減農業、公路、城鎮等點源和面源污染[ 1～4 ] 。2005 年8 月—2006 年1 月采用強化潛流式人工濕地技術對清河黨校橋附近的河段進行了河道污染治理的示范工程研究。
1 示范工程的建設
1．1 現場情況
示范工程位于清河上游黨校橋附近,該段河道具有以下特點:
① 河道兩岸已經硬化,阻礙了河道自凈能力和生態功能的發揮;
② 河水基本不流動,處于滯留狀態;
③ 河流的補給水源是污水處理廠的二級出水和天然降水,含有較高濃度的氮和磷以及有機污染物質,也含有一定數量的病原性微生物,存在衛生安全問題;
④ 河道兩岸已經整治和綠化,可利用的土地較少且地形較為復雜,施工難度大;
⑤ 該段河道處在重點城區段,對景觀效果要求較高。工程施工區位于該段河道的右岸綠化帶內,緊鄰黨校橋,地形相對平坦,長約150 m,寬為10～14m。綠化帶地面高出水面約6 m,工程區內基本為草坪,散栽有少量柳樹。2005年3月—7月以來對該段河水的水質進行了連續監測,主要水質指標如下: TN為8～39 mg/L, COD為80～110 mg/L,NH3 - N為4～36 mg/L,BOD5為7～21 mg/L, TP為0. 2～1. 4 mg/L,藻類為(83. 6～260. 3) ×104 個/mL,DO為0. 9～2. 1 mg/L,表明該河段的水質屬于劣Ⅴ類。
1．2 工藝流程
工程采用的工藝流程為:河水經水泵提升后流入濕地系統,通過濕地去除水中的污染物;濕地出水經過兩級跌水曝氣后流回清河;在有條件的河道內栽植水生植物以進一步穩定水質、美化河道;此外還通過進、出水的不同位置,加速該段河水的循環流動。
取水口位于肖家河閘與黨校橋之間,出水口位于取水口上游約270 m處。取水口與出水口之間的河段平均寬度約28 m,平均水深為0. 9 m,蓄水量約6 800 m3。示范工程平面布置如圖1所示。
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1．3 人工濕地
① 濕地單元
采用潛流式強化人工濕地對河水進行處理,共分5個單元,并聯運行。每個單元的長×寬為24 m×5 m,面積為120 m2 ,濕地總面積為600 m2。濕地床底部鋪防滲膜,底部坡度為0. 01,填料層厚度為0. 6～0. 8 m,覆土層厚度約為0. 2 m,設計水力負荷為1 m /d,設計處理水量為600 m3 /d。
② 填料
采用的填料主要有頁巖、磚塊和沸石,填充比例分別為40%、20%和40%。三種填料的粒徑均為20～30 mm。采取分段填充方式,沿著水流方向依次為頁巖→磚塊→沸石。
③ 配水、集水系統
采用“高進低出”方式進行配水和集水,配水管敷設于主體填料層表層,集水管則在填料底層。配水可通過閥門調節流量,出水可通過出水軟管調節液位高度。布水管和配水管均采用DN200 的UPVC水管制作。在水管上鉆ª20的小孔,水管斷面上均布6個孔,長度方向上孔心距為100 mm。
④ 植物的選擇
濕地栽種的植物有蘆葦、鳶尾、美人蕉、香蒲、菖蒲、澤瀉、水蔥、水柳等,按照景觀造型要求進行搭配,種植密度為6株/m2 ;另外還在濕地周邊散植沙地柏、紅瑞木、華北紫丁香等,并充分考慮了植物高度和色彩的搭配,這樣就實現了水質凈化與景觀美化的和諧統一。
⑤ 出水跌水
濕地出水經兩級跌水復氧后入河。
2 運行效果
2．1 濕地的處理效果
示范工程于2005年7月底建成。表1給出了該示范工程在2005年8月—2006年1月之間的運行效果。
表1 人工濕地的運行效果
Tab. 1 Removal performance of pollutants by constructed wetland
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2005年8月— 9月中旬是濕地的啟動期,水力負荷控制在0. 2～0. 8 m /d之間,濕地對各種污染物有一定的去除效果,但去除效果的波動較大。大約經過45 d的運行,濕地進入了穩定運行階段。在穩定運行階段,水力負荷控制在0. 8 ～1. 2m /d,采取間歇運行的方式(平均每天運行6 h) 。由表1可知,當進水COD、TN、NH3 - N、TP、藻類和濁度分別為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 個/mL和24～221 NTU時,濕地對COD、TN、NH3 - N、TP、藻類和濁度的去除率分別為35% ～74%、56. 3% ～80. 5%、60. 5% ～88. 3%、30. 4% ～71. 1%、83. 6% ～91. 5%和85. 2% ～95%。可見,濕地對濁度和藻類的去除效果最好,其次是TN和NH3 - N,對COD和TP的去除效果最差。
2．2 河水水質的改善
在示范工程運行前,該河段水質為劣Ⅴ類。示范工程大約運行了兩個月后,該河段水質得到了明顯改善, COD < 40 mg/L、NH3 - N < 2. 5 mg/L、TN <9 mg/L、TP < 0. 4 mg/L、藻類< 25. 5 ×104 個/mL、濁度< 22 NTU、DO > 4. 0 mg/L。在隨后的間歇運行中,河水水質一直保持在這一水平,有效控制了該河段“水華”的發生。可見,示范工程有效削減了河水中的氮磷營養物質、有機污染物和病原性微生物,改善了河流流動狀態,提高了水體的自凈能力,控制了 “水華”現象的發生。
3 結語
① 在水力負荷為0. 8～1. 2 m /d的條件下,人工濕地對受污染河水中的COD、NH3 - N、TN、TP、濁度和藻類的去除率分別維持在35% ～74%、60. 5%～88. 3%、56. 3% ～ 80. 5%、30. 4% ～ 71. 1%、83. 6%～91. 5%和85. 2%～95%。
② 在每天運行6 h的條件下,通過強化潛流式人工濕地的循環處理,示范河段的水質得到有效改善,控制了“水華”的發生。
參考文獻:
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