（生态学专业论文）土沙复合基质对滇池城郊面源污水中氮磷的去除效果研究.pdf

声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 西南林学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 签名： 丑纽 日期：础迸：厶：! 兰 关于论文使用授权的说明 本人同意：西南林学院有权保留送交论文的复印件，可以采用影 印、缩印或其他复制手段保存论文；提交论文一年后，允许论文被查 阅和借阅，学校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： ：堑埋卑 导师签名： 摘要 滇池流域面源污染是导致滇池水体富营养化的重要原因之一。加强滇池流域 面源污染的研究和治理对控制滇池水体的富营养化具有重大意义。在各类水体富 营养化的治理方法中，土地处理系统因其基建投资省、运行费用低、易于操作管 理等优点而在处理城郊面源污水方面具有及其重大的推广意义。基质是土地处理 系统的重要组成部分，而基质的组成直接影响到系统的经济成本与处理效果。本 文通过采用滇池北岸地区的红壤和河沙按照不同体积比进行配置，研究本地红壤 与河沙的复合基质对滇池流域面源污染中氮磷的去除效果。本研究通过实验室小 试及室外模拟试验对不同配比的沙土复合基质去除面源污水中的氮磷效果进行 比较，并将其结果在实际工程中进行验证，得到结论如下： 1 、实验室吸附试验表明：同等质量不同配比复合基质对氨氮的去除效果是随着 红壤含量的增加而增加；同一复合基质对氨氮的去除率是随着时间的延长而增 加。相同质量不同配比的复合基质在相同时间段对磷的去除是跟红壤质量呈正相 关的，红壤含量越高去除率越好；复合基质对磷的吸附量随着时间的延长而增加， 但吸附率逐渐下降。 2 、不同沙土配比基质同一厚度层的处理效果比较 本试验表明对于同一厚度的基质，不同沙土配比对于去除氮磷效果明显不 同。尽管红壤由于其理化性质对氮磷的去除效果较好，但在实际应用中由于红壤 的粘度高，易板结、土体易开裂等缺陷，使其处理效果并不理想。而添加了沙的 红壤避免了开裂这一问题，使其处理效果大大提高。但随着沙含量的增加，处理 效果逐渐降低，因此在实际应用中土沙配比很关键。掺了少量河沙的样池b 2 ( 即 土沙比为4 ：1 、厚度为3 0 c m 的复合基质) 对于n i - h + _ n 、t n 、h 2 p 0 4 - p 、t p 的 去除率最高，并且处理效果很稳定，在实际应用中，该配比的基质应作为首选基 质。 3 、同一土沙配比基质不同厚度层的处理效果比较 同一土沙配比不同厚度的复合基质由于其厚度的不同而处理污水的效果也 有所不同，试验结果表明厚度在3 0 c m 以内时，对于污水中氮磷的去除率是随着 复合基质的厚度的增加而提高；但当复合基质的厚度达到或超过3 0 c m 后，去除 率基本不会有太大的提高，这是由于红壤含量已经足够将污水中的氨态氮和速效 磷吸附，而在土层3 0 c m 以下时，基质中的环境由好氧逐渐变为厌氧，由氨态氮 转化为硝态氮的氮在土层中开始发生反硝化作用，硝态氮转变为氮气或氧化二氮 而散发到大气中。因此土地处理系统的实际应用中，兼顾建造成本与处理效果时， 上层基质层的厚度以3 0 c m 左右为宜，此时既可以达到处理效果，又节省成本。 4 、土沙复合基质的工程应用表明： 对于沟基复合床处理系统，在1 2 小时连续进水的情况下，对n h 4 + - n 、t n 、 t p 的去除率有下降趋势，但变化幅度不大，对三者的去除率维持在6 0 8 0 。 对于复合人工湿地系统，在1 2 小时的连续进水条件下，对n h 4 + - n 的去除率 维持在6 9 3 0 0 - 9 0 3 2 ，对t n 的去除率维持在5 2 5 8 5 8 2 0 ，而对t p 的去除 率维持在9 1 9 9 - 9 5 5 2 ，变化幅度不大。 关键词：土沙复合基质；面源污水；氮；磷 n e f f e c t so fs a n ds o i lm a t r i xc o m p o s i t eo nn i t r o g e na n d p h o s p h o r u sr e m o v a l f r o mn o n - p o i n ts o u r c es e w a g ei ns u b u r bo fd i a n c h il a k e a b s t r a c t n o n - p o i n tp o l l u t i o ni nd i a n c h il a k eb a s i ni so n eo ft h ei m p o r t a n tf a c t o r si n r e s u l t i n gi nw a t e rb o d ye u t r o p h i c a t i o n i ti ss i g n i f i c a n tt od e v e l o pt e c h n i q u e sf o r p u r i f y i n gn o n - p o i n t s o u r c es e w a g ei no r d e rt oc o n t r o le u t r o p h i c a t i o no fd i a n c h il a k e i nt h ev a r i o u st r e a t m e n tm e t h o d so f e u t r o p h i c a t i o n , l a n dt r e a t m e n ts y s t e mh a sag r e a t s i g n i f i c a n c ef o rp u r i f y i n gn o n - p o i n ts e w a g ei ns u b u r ba r e ab e c a u s eo fi t sl o w c o n s t r u c t i o nc o s t s , l o wo p e r a t i n gc o s t s ，e a s i l yo p e r a t i o na n ds o m eo t h e rs u p e r i o r i t y s u b s t r a t e si sag r e a ti m p o r t a n tp a r to fl a n dt r e a t m e n ts y s t e m , s ot h ec o n s t i t u t i o no f s u b s t r a t ed e t e r m i n a t e st h ec o n s t r u c t i o nc o s t sa n dt h er e m o v a le f f i c i e n c yd i r e c t l y b y c h o s et h ed i f f e r e n tp r o p o r t i o no fr e ds o i lo nt h en o r t hs h o r eo fd i a n c h il a k ea n df i v e r s a n d , t h i sa r t i c l es t u d i e st h er e m o v a le f f i c i e n c yo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u so f t h e n o n - p o i n ts e w a g ei nb a s i no fd i a n c h il a k eb yt h ec o m p o s i t eo ft h el o c a ls o i la n df i v e r s a n d a c c o r d i n gt oe x p e r i m e n t si nl a ba n ds i m u l a t i o nt e s t si nf i e l d ，c o m p a r i n gt h e r e m o v a le f f i c i e n c yo f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u so ft h en o n p o i n ts e w a g ew i t hd i f f e r e n t p r o p o r t i o no f t h ec o m p o s i t i o n , v e r i f y i n gt h ec o n c l u s i o nw i n lt h ep r a c t i c a l c o n s t r u c t i o n s ，a n dc o m et ot h ec o n c l u s i o n sa sf o l l o w s ： 1 ，t h el a b o r a t o r yt e s ts h o w e dt h a t ：t h ec o m p l e xs t u f f i n gw h i c hh a dt h es a m eq u a l i t y a n dd i f f e r e n tp r o p o r t i o n st o t h ea m m o n i a c o m p o u n d sr e m o v a le n h a n c e dw i t l lt h er e d s o i lc o n t e n ti n c r e a s e ；t h es a m ec o m p l e xs t u f f i n go ft h er e m o v a lo fa m m o n i aa l s o i n c r e a s e d 、 ，i t l lt h ee x t e n s i o no f t i m e t h ep h o s p h o r u s sr e m o v a lo f t h ec o m p l e x s t u f f m gw h i c hh a dt h es a m eq u a l i t ya n dd i f f e r e n tp r o p o r t i o n si sw i t l lap o s i t i v e c o r r e l a t i o no ft h er e ds o i lq u a l i t ya tt h es a m ep e r i o d , t h eh i g h e rr e ds o i lc o n t e n t 、航t l l h i g h e rt h er e m o v a lr a t e ；t h ec o m p o s i t es t u f f i n g sa d s o r p t i o nt op h o s p h o r u si n c r e a s e d w i t ht h ee x t e n s i o no ft i m e ，h o w e v e r , t h ea d s o r p t i o nr a t ed e c r e a s e dg r a d u a l l y 2 ，t h ec o m p a r i s o no f r e m o v a le f f i c i e n c yo ft h ed i f f e r e n tr a t i oo fs a n ds o i lm a t r i x c o m p o s i t e 、析t i ls a m et h i c k n e s s t h i se x p e r i m e n ts h o w st h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u si s o b v i o u s l yd i f f e r e n tw h i l et h em a t r i xo fs o i la n ds a n dw i t hd i f f e r e n tr a t i oa n ds a m e t h i c k n e s s t h er e m o v a lo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u se f f i c i e n c yb yr e ds o i li sp r e t t y 9 0 0 db e c a u s eo fi t sp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s ，h o w e v e r , t h er e m o v a le f f i c i e n c y b yr e ds o i li sn o tv e r yw e l ld u et ot h eh i g hv i s c o s i t y ，e a s i l yt oh a r d e na n dc r a c ki n i h p r a c t i c a la p p l i c a t i o n s b ya d d i n gt h es a n di n t ot h es o i lc o u l dr e s o l v et h o s ep r o b l e m s ， a n dm a k et h er e m o v a le f f i c i e n c yi n c r e a s e dg r e a t l y h o w e v e r , w i t ht h es a n dc o n t e n t i n c r e a s e d , t h er e m o v a le f f i c i e n c yd e c r e a s e dg r a d u a l l y ，s ot h er e a lr a t i oo fs a n da n d s o i li st h ek e yf a c t o ri np r a c t i c a la p p l i c a t i o n s n l es a m p l e p o o lb 2w h i c ha d d e dl i t t l e r i v e rs a n d ( t h em a t r i xt h a tt h er a t i oo fs o i la n ds a n di s 4 ：1 ，a n dt h et h i c k n e s si s 3 0 c m ) h a st h eh i g h e s tr e m o v a le f f i c i e n c yo f n h 4 十- n 、t n 、h 2 p 0 4 - p 、t p ，a n di sv e r y s t a b l e s o ，i np r a c t i c a la p p l i c a t i o n s ，t h em a t r i xw i t ht h i sr a t i ow o d db ec h o s e df i r s t l y 3 ，t h ec o m p a r i s o no f r e m o v a le f f i c i e n c yo f t h es a m er a t i oo f s a n da n ds o i lw i t h d i f f e r e n tt h i c k n e s s t h er e m o v a lr a t i oi sa l s od i f f e r e n tb yt h em a t r i x 、7 l ，i t l lt h es a m er a t i oo fs a n da n ds o i l ， a n dw i t hd i f f e r e n tt h i c k n e s sb e c a u s eo fi t sd i f f e r e n tt h i c k n e s s 硼1 et r i a lr e s u l ts h o w s t h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sw i l li n c r e a s ew i t h t h e t h i c k n e s si n c r e a s e dw h e nt h em a t r i xt h i c k n e s si sl e s st h a n3 0 c m ，a n dt h er e m o v a l r a t i ow o u l d n th a v et o om u c hi n c r e a s e da st h ec o n t e n to fr e ds o i li sa d e q u a t et o a d s o r bt h ea m m o n i a - n i t r o g e na n da v a i l a b l ep h o s p h o r u sf r o mt h es e w a g ew h e nt h e m a t r i xt h i c k n e s sr e a c ho re x c e e d3 0 c m w h i l et h ee n v i r o n m e n to ft h em a t r i xf r o m a e r o b i ct oa n a e r o b i cg r a d 叫| y ，t h en i t r a t en i t r o g e n g e n e r a t e df r o ma m m o n i a l 绪论 目录 摘要一i l 绪论1 1 1 滇池水环境概况1 1 2 滇池北岸城郊面源污染产生特点2 1 3 土地处理系统5 1 3 1 土地处理系统的国内外发展现状5 1 3 2 我国土地处理系统的应用类型6 1 3 3 污染物的去除机理7 1 3 4 存在问题及解决方法1 0 1 3 5 土地处理系统的发展趋势1 1 1 4 不同基质在土地处理系统中的应用1 l 1 4 1 基质的作用l l 1 4 2 基质的选择1 1 1 4 3 不同基质在面源污水处理工程中的应用l l 1 4 4 不同基质的经济效益研究1 3 1 5 本研究的目的意义1 3 2 土沙复合基质的吸附试验一1 6 2 1 土沙复合基质对n h 4 + - n 的吸附试验1 6 2 2 土沙复合基质对h 2 p 0 4 - p 的吸附试验1 8 2 2 1 不同土沙比基质对h 2 p 0 4 甲吸附l8 2 2 2 同一土沙比基质对h 2 p 0 4 p 吸附2 0 3 土沙复合基质处理面源污水的室外模拟试验2 5 3 1 材料与方法。2 5 3 1 1 样地选择与构建2 5 土沙复合基质对滇池面源污水中氮磷的去除效果研究 3 1 2 试验材料2 5 3 1 3 运行方式及采样2 6 3 1 4 水样常规指标监测方法2 7 3 2 试验结果与分析2 8 3 2 1 各种复合基质对n 、p 的去除效果2 8 3 2 2 不同沙土配比基质同一厚度层的处理效果比较2 9 3 2 3同一土沙配比基质不同厚度层的处理效果比较3 1 3 2 4 同一土沙配比基质同一厚度不同时间的动态监测结果3 3 4 复合基质处理面源污水的工程应用3 5 4 1 工程简介3 5 4 1 1 沟基复合床。3 5 4 1 2 复合人工湿地一3 5 4 2 工程实施背景。3 5 4 3 工程基质介绍3 6 4 4 工程处理效果。3 6 4 4 1 沟基复合床处理效果3 6 4 4 2 人工湿地处理效果3 8 5 结论与讨论4 3 5 1 结论4 3 5 2 讨论4 4 参考文献一4 5 致 射一4 8 2 l 绪论 1 绪论 1 1 滇池水环境概况 滇池是我国著名的高原淡水湖泊，位于云南省中部，昆明地区，是中国第六 大淡水湖。它地处长江、珠江和红河三大水系分水岭地带，属长江流域金沙江水 系，坐落于盆地中南部，北临昆明市区，地势由北向南逐渐降低。滇池流域面积 2 9 2 0 k m 2 ，呈南北向分布，湖体略呈弓形，弓背向东，南北长约4 0 k i n ，东西平均 宽7 5 k m ，平均水深4 4 m ，水域面积3 0 0 k i n 2 ，占流域的1 0 3 ，容积1 2 9 亿m 3 。 1 1 作为一个具有城市生活供水、工农业供水、养殖、防洪、旅游、疗养、航运、调 节径流和发电等多种功能的湖泊，滇池可谓昆明的“母亲湖”。 滇池流域属中亚热带湿润季风气候，每年1 1 月至次年4 月，主要受热带大 陆气团控制，晴朗少云，日照充足，总辐射强，蒸发量大，气候温暖干燥；5 月 至1 0 月受西南季风影响进入雨季，普遍降水，湿度较大，日照较少。这些特点 与海拔较高、纬度较低的地理特征相结合，形成冬暖夏凉，四季不分明，干湿季 变化显著的气候特点。气温的年温差相对较小，日温差相对较大，年平均气温 1 4 7 ，最热月平均气温1 9 7 ，最冷月平均气温7 5 ，年平均日照2 4 4 7h ， 年平均相对湿度7 4 ，常年风向以西南风为多，频率为8 0 ，年平均风速2 2m s - 1 ， 春季风较大。多年平均降雨量为1 0 0 0 m m 左右，年平均降水日数1 3 5 d ，降水近 8 0 集中在5 1 0 月，流域的面源污染也主要集中于该时间段。 滇池曾是昆明市的饮用水源地，污染历史不长，从2 0 世纪7 0 年代后期开始 受到污染，7 0 年代为类水体，至8 0 年代，草海水质已达类，进入9 0 年代 后，污染速度明显加快，9 0 年代后期全湖水质为劣v 类水。1 9 9 5 年，排入滇池 的工业废水和生活污水已达1 8 5 亿m 3 ，其中含总磷1 0 2 1 t 、总氮8 9 8 1 t 、化学耗 氧物质4 16 7 4 t 。近3 0 年来，滇池污染物负荷总量逐年增加，氮和磷污染程度日 益严重】，草海出现异常富营养化、局部沼泽化，外海也严重富营养化，整个 滇池蓝藻疯长，水华暴发，湖水藻类含量年平均值高达1 1 2 9 3 3 8 9 万个l 。1 9 9 0 年4 1 0 月间多次发生了历史上最为严重的蓝藻水华暴发现象。滇池水质污染导 致严重的生态失衡，造成生态环境恶化，影响了昆明的饮用水安全1 4 】。有资料显 示，部分地下水源已受到滇池的污染【5 1 。 土沙复合基质对滇池面源污水中氮磷的去除效果研究 滇池的污染主要是有机污染和富营养化，主要超标的指标是表征有机物污染 的5 日生化需氧量( b o d 5 ) 、高锰酸盐指数( c o o m ) 、全氮f i n ) 和全磷( t p ) 。滇池 草海氮浓度达7 5 m g l ，磷浓度达9 1 9 m g l ，水质严重恶化，超出v 类水标准( 地 面水环境质量标准g b 3 8 3 8 8 8 ) 。滇池外海氮、磷浓度分别为1 5 m g l 和0 1 4 m g l ， 水质恶化，超出v 类标准。污染致使滇池水体浑浊，水生生物大量减少，水葫芦 疯长，蓝、绿藻疯长，“水华”大面积、长时间出现，使滇池里的浮游生物大量死 亡，降低了滇池的自净能力，加速了水体的富营养化。 滇池周边的生活污水、工业污水、农田污水、固体废弃物、农药化肥等随河 流和地表径流未经处理，直接进入滇池。滇池周围有6 0 多万亩农田，居住着2 0 0 多万城乡居民，饲养着1 0 0 多万头牲口，流域雨水径流将污染物带入滇池，每年 产生的面源污染物高达2 0 5 7 5 万吨，占进入滇池污染总量的4 5 。另具据报道， 滇池流域单位面积农用化肥的使用数量，无论是氮肥还是磷肥都远远高于全国的 平均水平，且由于施入土壤中的化学肥料有效利用率很低，氮肥为3 0 - - 4 0 ， 磷肥当季利用率只有1 0 , - - , 2 0 ，污染贡献率高达9 5 和9 3 。长时间、大面积 的面源污水通过入滇河流或直接流入滇池，导致了滇池的富营养化，使其水质变 为劣v 类。在中华人民共和国国民经济和社会发展“九五计划和2 0 1 0 年远景目 标纲要中，滇池被列为我国重点治理的三湖之一。 由此可见，滇池水环境污染约5 0 是由面源污染造成的。特别是由于农业和 城镇径流所携带的氮、磷等营养物质的过量输入，导致水体原有的生态平衡破坏， 造成此类水体的富营养化。从对污染源的分析可知，治理滇池污染应以生活区和 工农业区产生的面源污染控制为重点，结合工业污染治理及对已污染区域的修 复。这样，才能保证滇池水质不再恶化，进而实施湖体污染治理才能根本解决滇 池的污染问题，恢复湖体原有的功能。 1 2 滇池北岸城郊面源污染产生特点 通过长期的现场调查和监测，滇池北岸城郊面源污染主要来源于以下几大 类：农田过量使用化肥引起的氮、磷流失；农村生活污水未经处理直接向河 道的排放；农村生活垃圾的随意堆放，降雨时产生的径流污染；农村养殖废 弃物的污染；农村道路、庭院陆地等在降雨时产生的地表径流；大气的干湿 沉降所产生的氮、磷污染；水域污染底泥的污染物缓慢释放。在上述主要污染 2 l 绪论 源中，农田过量使用化肥引起的农田氮、磷的流失与农村生活污染的任意排放以 及养殖业废弃物的污染是滇池北岸城郊面源污染的主要因素。 通过对滇池北岸城郊中的建成区进行污染物排放通量的现场监测，按照l h 、 2 h 的采样频率，实测了通量点的污水排放量、典型类型污染物的排放浓度、污 染物排放总量，分析了这些指标在全天内的变化规律。对比不同采样频率得出的 结果，研究出适合于建成区特点的生活污水与污染物排放采样的科学方法。根据 通量场点社会经济条件和居民生活特点，分别在工作日与非工作日采样，对比工 作日与非工作日污染物排放特征，分析生活规律对污染物排放通量的影响。在通 量点约3 1 9 0 m 2 的产污范围内，得到了生活污水中典型污染物日排放量的动态变 化曲线。 ( 1 ) 污染物排放量日变化 通过对建成区污染物日排放量进行间隔1 h 和2 h 动态监测，研究结果与当地居民 的作息时间用水高峰相吻合。主要得出以下结论：1 ) 1 小时采样频率日排放量 呈现较为明显的3 个峰值，分别出现在上午8 点、l l 点和1 9 2 0 点，同时在1 4 点有一个不太明显的小峰值，采样频率更为符合实际情况。2 ) 污染物排放总量 的变化与排水量高峰较为吻合。3 ) 该区生活污水排放量的日变化规律同污染物 排放的日变化规律趋势大体一致( 除持续流量增大产生稀释作用外) ，表现出各 污染物浓度与流量呈现出一定的相关性；各种污染物浓度之间变化趋势总体上趋 于一致。具体表现为流量和各污染物浓度高峰大多出现在上午( 0 9 ：0 0 ) 、中午 ( 1 3 ：0 0 ) 和夜晚( 2 2 ：0 0 ) ；低谷出现在清晨( 0 7 ：0 0 ) 和傍晚( 1 8 ：0 0 ) 。这种现 象基本反映出了该区域居民的人员组成、生活习惯及作息规律。 ( 2 ) 生活污水排放周变化规律 对本区生活污水排放规律的测试结果表明工作日与非工作日各污染物浓度 之间有一定变化，但是经t 检验分析得出，各污染物浓度工作日与非工作日之间 差异不显著。这一现象进一步反映了该区域的人口组成及工作方式，大部分务工 人员没有按照正常的周末双休制进行工作和休息。 ( 3 ) 生活污水排放月内变化规律 随机选取3 月份4 天采样分析结果，取每天各时刻浓度平均值分析同一个月 内不同天之间的变化。结果表明t n 、t p 、n 0 3 - n 、n 0 2 - n 、n h 4 + - n 浓度在这4 天之中差异不显著。由此可以大致得出，在气候状况基本相同的一个月之中，生 3 土沙复合基质对滇池面源污水中氮磷的去除效果研究 活污水流量只有少数几天差异显著，而多数日子差异不显著，污染物浓度只有少 数指标( 主要是可溶性氮磷) 差异显著，多数指标差异不显著。 ( 4 ) 生活污水排放月间变化规律 取3 月份代表性4 天和4 月份代表性2 天的结果分别代表3 月份和4 月份的 结果进行分析月份之间的差异。由t 检验结果可以看出，流量两月份之间差异显 著；t n 、d n 、d p 浓度两月份之间差异显著；t p 、n h 4 + - n 、p 0 3 + _ p 浓度两月 份之间差异不显著。由此可以大致得出，月份之间流量差异显著，大多数污染物 浓度之间差异显著。这可能是由于月份之间气候状况和人员的短期流动引起。所 以在对生活污水进行监测估算污染负荷时，在条件允许的情况下应尽可能各月份 采样，尽量减小估算误差。 ( 5 ) 降雨特征与排污动态关系 针对不同降雨量，在通量实测场点对降雨排污做了动态分析。采集多场降雨 产污样品，分析了降雨产物水中硝态氮、铵态氮、速效磷、总氮、总磷、c o d c r 等多个水质指标，以及降雨产污水水量。由于区域降雨强、降雨时间与降雨量的 不均匀性，降雨产污水中携带排放的污染物的总量受污水水量影响较大。结合不 同降雨特征，根据降雨产污水水量变化特征、污水中污染物浓度动态变化特征， 我们初步已经得出以下三种类型的降雨产污特征： 5 0 0 k g m 3 ) ，轻质陶 粒( 2 0 0 - - - , 5 0 0 k m 3 ) ，特轻陶粒( 2 0 0k g m 3 ) ：按颗粒大小分：陶粒( 芝5 衄) 和陶砂( 5 r a m ) 。 ( 2 ) 高炉水渣 高炉水渣是炼钢的主要副产品之一，是在炉前用高压水将炉渣冲制而成，是 一种具有很高潜在活性的玻璃体结构材料，也是一种多孔质硅酸盐材料，对水中 杂质有很好的吸附性能。国内外不少学者对炼钢水渣处理含磷污水、重金属污水 等进行了研究，取得了不少的研究成果。王潮湖、陈灵等人在利用其处理生活污 水的研究表明，在不调节生活污水的p h 值的条件下，水渣对c o d 和t p 的去除 率分别达到7 9 9 和8 5 6 。 ( 3 ) 褐煤 褐煤是成煤过程第二阶段前期( 成岩作用) 的产物，其外观呈浅褐色到深褐 色，有一定的层理状构造。与泥炭的主要区别在于，褐煤几乎不保存未分解植物 的残体，水分较少，含碳量增高。褐煤富含腐殖酸，近年来腐殖酸对应用在污水 处理上主要由于： l 、腐殖酸促进和制约着土壤金属离子、微量元素的迁移、固定和淋溶； 2 、腐殖酸( h a ) 对微生物降解某些有机物能力有促进或抑制作用； 3 、通过土壤基质，改良土壤物理性质、增进肥效、对金属的络合、减少磷的固 定、对土壤盐的缓冲、对土壤微生物和酶的影响等； 4 、促进植物根系活力、增进植物体内有益元素的积累与转化、促进呼吸作用和 酶活性、提高抗逆能力等； 5 、对难溶磷的增溶作用，对可溶磷的保护( 抑制固定) 作用。 ( 4 ) 核桃壳 核桃壳主要组分为木质素、纤维素和半纤维素，具有比表面大，相对密度小， 比水的密度稍大，硬度高，韧性大，耐磨性好。因其具有巨大的比表面积而应用 在水处理上，在近年来主要利用其吸附性能应用在油水分离过滤器上，然而其富 含木质素碳源，近年来开始应用于低c n 比的污水处理中，充当补充c 源的作用。 ( 5 ) 天然砂 天然砂作为填料，其主要作用在于能增加土壤空隙率，增加土壤渗滤速率， 1 2 l 绪论 改善土壤通气条件，缓解土壤空隙堵塞的问题。 ( 6 ) 砾石 砾石本来是一种建筑材料，但近年来由于其优惠的价格，机械强度高，硬度 大等特点而逐渐应用到无数处理中来。 1 4 4 不同基质的经济效益研究 土地处理系统对氮磷的去除不仅考虑其效果，同时也要考虑其成本价格，因 此，选取基质除了关注其去除效果，还要考虑其易得性及其成本等因素。表2 - 6 为不同基质对磷的理论最大吸附量及其成本价格。从表中可以看出，滇池北岸本 地红壤虽然较炉渣、粉煤灰等基质材料理论最大吸附量偏低，但具有较大的吸附 能力，较砾石等常用基质高。此外，考虑基质的成本价格，本地红壤具有易得、 低成本等特点，在选择滇池北岸面源污水治理的吸附材料时，本地红壤具有优势。 表1 1 不同基质对磷的吸附量与经济性比较 t a b l e1 1t h ea d s o r p t i o np h o s p h o r u sa n de c o n o m i c so fd i f f e r e n tm a t e r i a l 1 5 本研究的目的意义 注：幸价格为昆明地区2 0 0 8 年6 月份市场综合报价。 近年来国内外的研究结果业已证明：许多地区的河、湖等水体污染，5 0 以 上的水质问题是由面源污染造成的。特别是在湖泊和水库流域内，农业和城市径 流所携带的营养物质( 氮、磷等) 过量输入湖泊或水库，造成此类水域的富营养 化，导致水体原有的生态平衡破坏。我国的湖泊普遍受到化肥、农药、乡镇企业 和生活污水的污染。平原湖泊8 0 受到污染，其中有2 6 的湖泊富营养化p 到。1 9 9 9 年太湖氮、磷污染较重，全湖处于中度富营养化状态，由于氮、磷的污染，湖体 水质介于类至劣v 类之间，v 类水质断面占1 0 1 个监测断面的6 5 4 ；滇池氮、 1 3 土沙复合基质对滇池面源污水中氮磷的去除效果研究 磷污染严重，全湖均为v 类和劣v 类水质，富营养化问题严重，其中草海总磷、 生化需氧量年均值分别超过地表水v 类标准9 8 倍和2 3 6 倍；巢湖富营养化问题突 出，全湖均为劣v 类水质，总磷、总氮超标率分别为1 0 0 和5 0 * , ，超标倍数分 别在0 2 1 1 5 6 和1 0 1 2 9 7 之间1 3 3 1 。2 0 0 1 年太湖和滇池外海均属中度富营养状 态，巢湖属轻度富营养状态。其他大型湖泊和城市湖泊大多呈富营化趋势，主要 污染物是总磷和氨氮。主要的大淡水湖泊污染程度次序为巢湖、滇池、南四湖、 太湖、洪泽湖、洞庭湖、兴凯湖、博斯腾湖、松花湖、洱海，其中巢湖、滇池、 南四湖、太湖污染最重【3 4 】。 这些污染物的来源，首先是生活污水，其次是面源污染( 即化肥、土壤等造 成的污染) ，最后才是工业污染。特别是造成江河湖泊严重富营养化的主要污染 物氮和磷，生活污染源占了4 5 - 5 6 ，面源污染占3 3 - 4 0 ，工业污染源只 占1 0 - 1 4 。有研究结果显示，在中国污染严重的水域，高氮、磷养分用量的 农田、农村畜禽养殖厂，没有污水管网和污水处理设施的城乡结合部的面源污水 是造成流域水体富营养化的最主要原因。在太湖流域，来源于农田面源、农村畜 禽养殖业、城乡结合部城区面源三大来源的总磷分别为2 0 ，3 2 和2 3 ，总氮 分别为3 0 ，2 3 和1 9 ，贡献率超过来自工业和城市生活的点源污染。对滇池 流域和其它流域的初步研究结果也获得了同样的结论。 滇池水环境问题引起了各级政府高度重视，并采取了一系列措施，如截污、 限排等，从一定程度上缓解了污染的进一步加剧，但未能彻底根除污染状况。要 彻底解决滇池流域的水域污染问题，除进一步巩固点源污染的控制效果和对水域 进行污染治理以外，还要加强对面源污染的主要来源、形成机制及其控制技术的 研究，为面源污染的控制提供有效的方法措施，从而彻底解决滇池流域的水环境 问题，为实现区域社会、经济的持续发展奠定基础。 城郊面源污染是随着城市快速发展而出现的新问题。暴雨径流作为污染物迁 移转化的主要驱动力，是城郊面源污染的主要原因。随着昆明城市化加快，市区 和郊区面积由2 0 世纪5 0 年代的2 5 k m 2 增加到目前的6 4 0 k m 2 ，滇池流域自然地 貌发生了显著改变，地表径流机制发生了很大变化，对地表污染物成分、负荷及 其迁移产生了很大影响；城郊结合地区人口聚集密度增加，加之城郊地区污水收 集管网建设滞后，大量生活污水与降雨形成的地表径流混合后直接排入纳污河； 滇池流域城郊设施农业发展迅速，蔬菜花卉等作物复种指数高、施肥量大，与城 1 4 1 绪论 郊养殖业一道产生大量污水排放，成为滇池水体污染来源的重要组成部分。 鉴于郊区经济实力单薄，土地资源( 尤其是闲散土地) 相对丰富，运行管护 技术要求简易的特点，土地处理系统为城郊接合部混合面源污水处理的首选技 术。土地处理系统不但可以满足上述要求，而且还可以产生一定的经济效益，增 加农业生态系统的生产率，同时可以改善地方景观，完善村镇支离破碎的农业排 灌系统，这些极大地提高当地老百姓的积极性，有利于土壤处理系统的广泛推广 应用。鉴于滇池北岸特殊的混合面源污水特征和偏碱性土壤资源，研究优化土地 处理系统的基质成分，不但可以提高土地处理系统的处理效率，还可以为改善土 壤性质提供参考，促进农业生态系统生产力转化率提高。由于滇池北岸地处盆地 平原区，地势比较平坦，开展污染长期灌溉与基质组成的研究，也可以完成区域 混合面源污水的畅流布水与农业生态系统关系的研究，提高土地处理系统的效 能。 土地处理系统对氨态氮的去除主要通过依靠土壤基质对氨态氮的吸附，吸附 的氨态氮在硝化细菌的作用下转化为硝态氮，硝态氮通过反硝化作用转化为氮气 或氧化二氮的形式扩散到大气中。土沙复合基质通过改善红土的物理性质，具有 良好的通气透水性，硝化反应作用在表层土进行的很快，而在基质深层，反硝化 细菌以有机质为碳源，把硝态氮转变为氮气或氧化二氮。 土地处理系统对污水中磷的去除9 9 依靠土壤基质的吸附实现，仅有1 为 植物吸收利用【5 1 。滇池流域7 5 5 9 的土壤属红壤【3 5 】，该类土壤具有较高的粘粒 含量，富含铁铝氧化物，且含磷极低，对磷的吸附能力较强 3 6 1 。但由于红壤粘粒 含量较高，粘性大，具有易板结，易堵塞等缺陷，在红壤中掺入河沙，在改善其 物理性质的同时，又不影响其对氨氮和磷的吸附与去除，是一相既经济又实用的 方法。本研究在考虑土沙复合基质的实用性的同时也对其经济成本进行了分析， 研究出一套适用于解决滇池北岸城郊面源污染的方案。 土沙复合基质对滇池面源污水中氮磷的去除效果研究 2 土沙复合基质的吸附试验 本实验所用土沙复合基质均是滇池北岸本地红壤与沙按照不同配比配置而 成。由于对氮磷的去除主要依靠红壤的吸附，沙在其中主要起到改善基质物理性 质的作用。 2 1土沙复合基质对n h 4 + - n 的吸附试验 土地处理系统对氨态氮的去除主要通过依靠土壤基质对氨态氮的吸附，吸附 的氨态氮在硝化细菌的作用下转化为硝态氮，硝态氮通过反硝化作用转化为氮气 或氧化二氮的形式扩散到大气中。土沙复合基质通过改善红土的物理性质，具有 良好的通气透水性，硝化反应作用在表层土进行的很快，而在基质深层，反硝化 细菌以有机质为碳源，把硝态氮转变为氮气或氧化二氮。 2 1 1 试验材料与方法 本研究所用红壤均取自昆明市官渡区六甲乡新一村，取村边闲置土地表层 1 0 c m 土壤作为试验土样。将采集到的红壤置于背光、通风处风干，研磨过2 0 目 筛，用自封袋封装备用。沙是风干河沙，粒径较小，接近红壤颗粒，主要用途是 改善红壤的物理性质。本试验所用化学药品均为分析纯。下文同。 称取2 0 9 土沙配比分别为4 ：l ，3 ：2 ，2 ：3 及单一红壤，分别设一组平行 共计8 个土样于8 个锥形瓶中，加入3 0 0 m g l 的n h 4 c l 溶液，用塑料薄膜封口， 置于温度为2 0 - 3 ：1 、转速为1 4 0 r r a i n 的恒温振荡器中振荡，分别于振荡l ，2 ， 4 ，6 ，1 2 ，2 4 ，4 8 ，7 2 h 时吸取5 m l 溶液，加入1