生物强化滨岸湿地系统处理入江溢流污染中试研究

1、生物强化滨岸湿地系统处理入江溢流污染中试研究陶明清江苏省科技支撑计划（BE2008615）、国家“十一五”重大水专项（2008ZX07317-001）资助项目 张耘2 成小峰21江苏中天环境工程有限公司 2镇江市水利投资公司摘要 利用镇江北部滨水区南岸1万余平米的滨岸水域系统和200余亩的近岸天然湿地，构建由生物强化-人工湿地-人工快滤好氧塘天然湿地系统等组成的生物强化滨岸湿地中试系统，处理入江溢流污染.初步运行结果表明，生物强化滨岸湿地中试系统对入江溢流污染具有良好的去除效果。其中，对COD的去除率达92以上，对氨氮的去除率达95，对总磷的去除率高达99。关键词：生物强化 人工湿地 好氧塘

2、天然湿地 溢流污染1北固山滨岸湿地水域水质特征根据镇江北部滨水区（内江）流域规划，北固山滨岸湿地系统沿岸雨水汇集面积为92公顷，按照镇江市年平均降雨量1063.2mm计，年产生雨水径流量为92万吨，集中在120天左右（镇江市年平均降雨天数为119天）排放到内江。雨水径流不仅带来大量的污染物，而且包括大量的泥沙。从2004年1月23日至2005年6月22日的监测结果来看，化学需氧量、氨氮、总氮、总磷变化较为明显（图1），选取化学需氧量（CODCr）、生物需氧量（BOD5）、总氮（TN）、氨氮、悬浮物浓度（SS）、pH作为水质指标见表1： 图1. 化学需氧量、氨氮、总氮、总磷监测值的季节变化表1.

3、 北固山滨岸湿地水域平均水质监测指标COD(mg/L)BOD5 (mg/L)氨氮 (mg/L)总磷 (mg/L)SS (mg/L)pH夏季水质502085.5656-8冬季水质100501510.51376-82中试系统处理目标2.1处理水量处理水量为：夏季峰值为1000吨/天，冬季峰值为500吨/天。2.2出水水质经复合工艺处理的水出水经过湿地后水质达到景观娱乐用水水质标准（GB1294191）C类，相关数值见表2。表2. 中试系统出水水质处理目标监测指标高锰酸盐指数(mg/L)BOD5 (mg/L)氨氮 (mg/L)总氮 (mg/L)总磷 (mg/L)SS (mg/L)DO(mg/L)pH

4、出水1080.51.00.051536-83.中试系统处理工艺设计3.1中试系统工艺流程根据北固山滨岸湿地区域水质水量一年四季的监测结果和区域水文特点，为充分利用构建的1万余平米的滨江带湿地系统和200余亩的天然湿地的净化能力。于2009年5月构建了由生物强化-人工湿地-人工快滤好氧塘天然湿地系统等组成的生物强化滨岸湿地系统，对北固山滨岸湿地水域的入江溢流污染进行处理，以减少溢流污染水体对其对内江水文的和湿地系统的冲击破坏。 图1. 处理流程图 接触氧化池内设置填料，填料淹没在水中，填料上长满生物膜，进水后与生物膜接触，水中的有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜，从而水中的有机污染物

5、得以去除；人工湿地是一种特殊的生态系统，其对污染物质的去除作用相当复杂。从宏观上来看，是物理、化学及生物化学作用三者协同影响的结果。主要利用高等水生植物或改良的陆生植物，通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理，削减富集水中的氮、磷及有机物质，从而达到净化水质的效果，创造适宜多种生物生息繁衍的环境条件，在有限区域重建并恢复水生态系统，并通过收获植物的方法将污染物搬离水体，使水质得到改善、水体变清。出水经过沙滤滤除SS后，内江水位低时，出水流入好氧塘，然后经过湿地处理后流出；内江水位高时，与好氧塘方向来水混合，一并流入湿地处理。3.2 中试系统各处理单元设计参数表3 中试系统各处理单元负荷

6、参数项目单元数长/m宽/m参数生物强化处理系统29.74.3-7.8有机负荷0.1kgBOD/（m3.d），有效体积200m3人工湿地系统106017池底坡度1%,水力负荷1m3/(m2.d)人工快滤系统12110滤速10m/h好氧塘系统13x104m3BOD5表面负荷L0取5kgBOD5/(104m2.d)天然湿地系统1200亩3.3人工湿地设计3.3.1 水生植物的选择人工湿地系统设计中，应尽可能增加系统的生物多样性，以提高湿地系统的处理性能。植物在碎石等填料中为微生物提供场所，总的来说，选择植物应该满足以下几点：耐污能力和抗寒能力强，适宜于本乡生长，最好以本乡植物为主；根系发达，茎叶茂密

7、；抗病虫害能力强；有一定的经济价值。根据以上几点，本人工湿地选择的植物有芦苇、香蒲和茭草。其中芦苇的根系发达，具有巨大比表面积的活性物质，其生长可深入地下0.60.7m具有良好的输氧能力。图2 接触氧化-湿地-砂滤系统3.3.2 填料的选择湿地床主要由两层组成，即砾石层和表层土壤。表层土壤用当地的表层土即可，厚度为20cm。砾石层采用粒径在1040mm的砾石组成，厚度为60cm。为保证脱氮除磷效果，在填料层中填充一定数量的花岗岩-粘性土壤基质，根据相关研究表明，此类基质除磷效率可达90%。3.3.3 基本技术参数的确定 主要是确定污染物负荷、停留时间、水深和所需土地面积等技术参数。经充分分析、

8、计算比较，我们在设计过程中根据地形条件，将人工湿地系统设计为潜流式湿地，在该系统中，进、出水口要平行、多点的输入和输出，以免造成水流短流。该人工湿地生态系统设计参数如下。有机负荷小于67.25kgBOD/(104m2·d)，取30kgBOD/(104m2·d)；投配负荷率220cm/d；长宽比一般大于31；湿地坡度一般为0%3%，取1%。人工湿地平面为梯形，长70m，上宽13m，下宽21m，按有机负荷核算其处理能力为：Q=30kgBOD/(104m2·d)×70m×17m/2gBOD/m3=1784m3/d。满足系统要求。4. 中试系统主要污染

9、负荷处理能力核算4.1 BOD去除能力核算（1）夏季时进水BOD为20mg/L，水量为1000t/d，生物接触氧化池BOD负荷为0.1kg/（m3.d），则生物接触氧化池的出水BOD计为Se，有：0.1=（20Se）*1000/（1000*200），通过上式，可以求得生物接触氧化池的出水BOD值为：Se=0mg/L。（2）冬季时进水BOD为50mg/L，水量为500t/d，生物接触氧化池BOD负荷为0.1kg/（m3.d），则生物接触氧化池的出水BOD计为Se，通过公式，可以算得：Se=10mg/L。再通过人工湿地系统的处理，完全可以达到出水要求。4.2 COD、SS、TP、氨氮去除能力核算由

10、于生物处理系统主要采取的设计负荷采取的是有机负荷和水力负荷计算，其它水质参数的去除效果将参考经验去除率来计算去除效果，经验去除率均取中间值。（1）COD生物接触氧化池处理生活污水的去除效率为80%，则夏季时生物接触氧化池的COD为：50*（1-80%）=10mg/L，达标；冬季时，生物接触氧化池出水COD：100*（1-80%）=20mg/L。冬季时人工湿地处理效率差，但潜流式湿地的处理效果要优于表面流，经潜流人工湿地的处理后，仍可以达标。（2）SS生物接触氧化池几乎认为SS处理效果很少。而潜流人工湿地的SS去除效果较好，根据对104座潜流型湿地系统和70 座表面流湿地系统的处理效果数据统计，

11、有如下结果：表面流湿地系统用于三级处理时出水SS<20mg/L；用于二级处理时稍高，但通常也低于20mg/L。水平潜流湿地系统进水SS平均为140mg/L，出水平均为12.4 mg/L。因此对于本项目的进水SS水平，出水可以达标。（3）TP生物接触氧化系统对磷的去除效果差。而潜流式人工湿地对磷的去除大部分取决于填料和植物的吸收能力。对于含CaCO3较多的石灰石基质可以有效地去除磷，沸石-石灰石组合的基质可以有效地去除TN、TP；煤渣-草炭基质对磷具有较强的吸附能力，在不种植湿地植物的情况下对TP的去除率可达到77.6%85.0%，可以作为垂直流人工湿地系统的特殊基质；花岗岩-粘性土壤基质

12、能高效地去除污水中的磷，对TP的去除能力可达90%。因此对于总磷的去除效果不是很理想。但是通过后续过滤以及好氧塘和后续湿地的继续处理，总磷的出水值应当接近目标值。（4）氨氮生物接触氧化池对氨氮有相当的去除能力。通常认为接触氧化法的氨氮削减率为70%，故接触氧化池出水氨氮值为：夏季：8*（1-70%）=2.4mg/L；冬季：15*（1-70%）=4.5mg/L；湿地的氨氮去除率为60%70%，取60%，则处理后氨氮的浓度降为：夏季：2.4*（1-60%）=0.96mg/L；冬季：4.5*（1-60%）=2.0mg/L。好氧塘和后续湿地的继续处理将强化氨氮的去除，氨氮的出水值可以达到目标值。5.中

13、试系统运行效果分析（）中试系统运行结果表4 中试运行结果分析（2009年8月9月份运行参数）项目监测COD(mg/L)氨氮 (mg/L)总氮(mg/L)总磷 (mg/L)SS (mg/L)接触氧化池进水86.2-138.35.6-8.912.2-13.15.5-11.178.2-132.6出水22.6-38.51.9-2.83.8-4.14.1-7.868.5-111.2人工湿地出水12.3-21.30.8-1.21.7-1.90.6-1.124.1-38.9人工快滤系统出水12.1-21.10.8-1.21.7-1.90.6-1.14.9-7.8氧化塘出水9.2-15.50.7-1.01.5

14、-2.00.2-0.45.2-8.3天然湿地出水6.4-9.80.3-0.40.5-0.80.03-0.046.0-10.2平均去除率92.7495.0794.8999.5492.31（2）镇江环境监测中心站监测结果表5中试项目水域进口、出口监测结果统计表（镇江市环境监测中心站2010.10）项目监测结果COD(mg/L)氨氮 (mg/L)总氮(mg/L)总磷 (mg/L)SS (mg/L)进水第一次98.615.4311.146.8789.32第二次112.448.5614.2212.21121.74第三次107.937.9213.609.66114.11均值106.327.3012.999

15、.58108.39出水第一次7.720.330.520.0348.22第二次9.220.410.870.04111.65第三次8.650.390.730.0389.65均值8.530.380.460.0389.84去除效率91.9794.7996.4699.6090.926. 小结 生物强化滨岸湿地系统对入江溢流污染具有良好的去除效果。其中，对COD的去除率达92以上，对氨氮的去除率达95，对总磷的去除率高达99。 生物强化系统和人工湿地系统是去除COD和氨氮的主力工艺，而氧化塘和天然湿地是去除总磷的主力工艺。 本中试人工快滤系统对主要污染物的处理效果不理想，仅对处理SS效果明显，今后设计中可以省去。 氧化塘和天然湿地水中的SS有所增加，这是系统维护工作需要重点考虑的。 系统对总磷的处理负荷压力太大，根据溢流污染的特性，如果在溢流污染入江处增加高效沉淀池可能更加有效。参考文献1 尹炜，李培军 复合潜流人工湿地处理城市地表径流的初期