滯留型城市景觀河道的污染治理
摘 要: 以北京的清河為對(duì)象,進(jìn)行人工濕地治理滯留型景觀河道污染的示范工程研究。運(yùn)行結(jié)果表明:在水力負(fù)荷為0. 8～1. 2 m /d的條件下,人工濕地對(duì)COD、NH3 - N、TN、TP、藻類(lèi)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(yùn)行6 h的條件下,示范河段的水質(zhì)得到了有效的改善,控制了“水華”現(xiàn)象的發(fā)生。
關(guān)鍵詞: 景觀河道,污染治理,人工濕地
清河發(fā)源于北京西山碧云寺,經(jīng)北長(zhǎng)河和北旱河匯入清河,流經(jīng)海淀區(qū)、朝陽(yáng)區(qū)、昌平區(qū),在順義區(qū)境內(nèi)入溫榆河,全長(zhǎng)23. 6 km,流域面積為210 km2。清河上段(安河閘至下清河閘,長(zhǎng)約10. 16 km)于2000年10月至2001年底進(jìn)行了河岸硬化的整治,使河道喪失了自?xún)裟芰。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(xué)、清河鎮(zhèn)沿線(xiàn)。清河的水源補(bǔ)給主要依靠京密引水渠從密云水庫(kù)補(bǔ)給以及各支流來(lái)水和降水等。自1999年以來(lái),由于北京市連續(xù)干旱,水資源嚴(yán)重短缺,為確保城市生活用水,停止了從密云水庫(kù)向清河補(bǔ)水。目前清河上段補(bǔ)水水源只有肖家河污水處理廠的出水及天然降水。
為了滿(mǎn)足城市河道的景觀效果,清河上段沿線(xiàn)各閘都處于關(guān)閘蓄水狀態(tài),因此河道水流處于滯留狀態(tài),為藻類(lèi)的生長(zhǎng)提供了必要的條件。再加上以二級(jí)處理出水作為補(bǔ)充水源以及河道硬化、喪失自?xún)裟芰Φ炔焕蛩?每年的5月—11月清河都會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)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(méi)有達(dá)到景觀效果,反而成為了一個(gè)新的污染源,嚴(yán)重影響了周?chē)用竦纳瞽h(huán)境。
人工濕地技術(shù)具有水質(zhì)凈化效果好、生態(tài)功能佳、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),可以用于處理受污染的河水和富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體,削減農(nóng)業(yè)、公路、城鎮(zhèn)等點(diǎn)源和面源污染[ 1～4 ] 。2005 年8 月—2006 年1 月采用強(qiáng)化潛流式人工濕地技術(shù)對(duì)清河黨校橋附近的河段進(jìn)行了河道污染治理的示范工程研究。
1 示范工程的建設(shè)
1．1 現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn):
① 河道兩岸已經(jīng)硬化,阻礙了河道自?xún)裟芰蜕鷳B(tài)功能的發(fā)揮;
② 河水基本不流動(dòng),處于滯留狀態(tài);
③ 河流的補(bǔ)給水源是污水處理廠的二級(jí)出水和天然降水,含有較高濃度的氮和磷以及有機(jī)污染物質(zhì),也含有一定數(shù)量的病原性微生物,存在衛(wèi)生安全問(wèn)題;
④ 河道兩岸已經(jīng)整治和綠化,可利用的土地較少且地形較為復(fù)雜,施工難度大;
⑤ 該段河道處在重點(diǎn)城區(qū)段,對(duì)景觀效果要求較高。工程施工區(qū)位于該段河道的右岸綠化帶內(nèi),緊鄰黨校橋,地形相對(duì)平坦,長(zhǎng)約150 m,寬為10～14m。綠化帶地面高出水面約6 m,工程區(qū)內(nèi)基本為草坪,散栽有少量柳樹(shù)。2005年3月—7月以來(lái)對(duì)該段河水的水質(zhì)進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè),主要水質(zhì)指標(biāo)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(lèi)為(83. 6～260. 3) ×104 個(gè)/mL,DO為0. 9～2. 1 mg/L,表明該河段的水質(zhì)屬于劣Ⅴ類(lèi)。
1．2 工藝流程
工程采用的工藝流程為:河水經(jīng)水泵提升后流入濕地系統(tǒng),通過(guò)濕地去除水中的污染物;濕地出水經(jīng)過(guò)兩級(jí)跌水曝氣后流回清河;在有條件的河道內(nèi)栽植水生植物以進(jìn)一步穩(wěn)定水質(zhì)、美化河道;此外還通過(guò)進(jìn)、出水的不同位置,加速該段河水的循環(huán)流動(dòng)。
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(qiáng)化人工濕地對(duì)河水進(jìn)行處理,共分5個(gè)單元,并聯(lián)運(yùn)行。每個(gè)單元的長(zhǎng)×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(shè)計(jì)水力負(fù)荷為1 m /d,設(shè)計(jì)處理水量為600 m3 /d。
② 填料
采用的填料主要有頁(yè)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(yè)巖→磚塊→沸石。
③ 配水、集水系統(tǒng)
采用“高進(jìn)低出”方式進(jìn)行配水和集水,配水管敷設(shè)于主體填料層表層,集水管則在填料底層。配水可通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)流量,出水可通過(guò)出水軟管調(diào)節(jié)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(gè)孔,長(zhǎng)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了水質(zhì)凈化與景觀美化的和諧統(tǒng)一。
⑤ 出水跌水
濕地出水經(jīng)兩級(jí)跌水復(fù)氧后入河。
2 運(yùn)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(yùn)行效果。
表1 人工濕地的運(yùn)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(dòng)期,水力負(fù)荷控制在0. 2～0. 8 m /d之間,濕地對(duì)各種污染物有一定的去除效果,但去除效果的波動(dòng)較大。大約經(jīng)過(guò)45 d的運(yùn)行,濕地進(jìn)入了穩(wěn)定運(yùn)行階段。在穩(wěn)定運(yùn)行階段,水力負(fù)荷控制在0. 8 ～1. 2m /d,采取間歇運(yùn)行的方式(平均每天運(yùn)行6 h) 。由表1可知,當(dāng)進(jìn)水COD、TN、NH3 - N、TP、藻類(lèi)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(gè)/mL和24～221 NTU時(shí),濕地對(duì)COD、TN、NH3 - N、TP、藻類(lèi)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%？梢(jiàn),濕地對(duì)濁度和藻類(lèi)的去除效果最好,其次是TN和NH3 - N,對(duì)COD和TP的去除效果最差。
2．2 河水水質(zhì)的改善
在示范工程運(yùn)行前,該河段水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)。示范工程大約運(yùn)行了兩個(gè)月后,該河段水質(zhì)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(lèi)< 25. 5 ×104 個(gè)/mL、濁度< 22 NTU、DO > 4. 0 mg/L。在隨后的間歇運(yùn)行中,河水水質(zhì)一直保持在這一水平,有效控制了該河段“水華”的發(fā)生。可見(jiàn),示范工程有效削減了河水中的氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、有機(jī)污染物和病原性微生物,改善了河流流動(dòng)狀態(tài),提高了水體的自?xún)裟芰?控制了 “水華”現(xiàn)象的發(fā)生。
3 結(jié)語(yǔ)
① 在水力負(fù)荷為0. 8～1. 2 m /d的條件下,人工濕地對(duì)受污染河水中的COD、NH3 - N、TN、TP、濁度和藻類(lèi)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(yùn)行6 h的條件下,通過(guò)強(qiáng)化潛流式人工濕地的循環(huán)處理,示范河段的水質(zhì)得到有效改善,控制了“水華”的發(fā)生。
參考文獻(xiàn):
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