人工湿地初期雨水水质特征及污染防治研究关于人工湿地对初期雨水处理的探讨

人工湿地初期雨水水质特征及污染防治研究关于人工湿地对初期雨水处理的探讨

0人工湿地技术近年来，雨水污染在国内外引起了人们的关注。雨水径流尤其是暴雨径流具有随机性、突发性和强冲击性,其污染负荷时空变化幅度大,研究、控制和治理的难度也比较大,传统的水处理工艺很难满足要求。因此人工湿地技术应运而生。湿地是由水、永久性或间歇性处于水饱和状态下的基质以及水生生物所组成的一种具有独特结构和强大功能的生态系统,它对于保护生物多样性,改善自然环境,保护和净化水源具有重要作用。本文以承德市汇水湾小区为例,对人工湿地工程进行探讨。1项目总结1.1游水宜居城市新片区汇水湾地处承德市的北区,背靠燕山龙脉、坐拥武烈河上游,比邻皇家园林,对望磬锤峰,居于外八庙世界级人文景区中心腹地。该区域意在打造以良好的自然生态环境为基础,充满活力的生态型宜居城市新片区。具体位置见图1。1.2武烈河洪水武烈河位于汇水湾西侧,其为滦河一支流,发源于围场县的都尔河,与隆化县茅沟河及承德县的塞音河汇流而成,合于承德县高寺台。流域上游支流发达,由4个较大支流组成,即石洞子川、英武川、茅沟川和头沟川。武烈河流经承德县、承德市至承德市区于雹神庙汇入滦河,流域面积2590km2。武烈河属山溪性河流,流域属温带大陆性气候,多年平均降雨量为564mm,汛期雨量占全年雨量的70%~80%,多年平均径流量为2.34亿m3。洪水也多发生在汛期,洪水特点为暴涨暴落且历时较短。根据2009年监测数据显示,本次工程西侧的武烈河上二道河子段为Ⅲ类水体,可作为饮用水水源。2采用人工湿地处理初期雨水的技术2.1降雨径流污染监测降雨初期,雨水中溶解了空气中大量的污染性气体,降落到地面后,由于冲刷沥青油毡屋面、沥青混凝土道路、建筑工地等,使得前期雨水中含有大量的有机物、病原体、重金属、油脂、悬浮固体等污染物质。为充分了解降雨径流的水质特征,需要定期监测汇水区的降雨径流中污染物种类和浓度,鉴于承德当地没有相关数据作为依托,本次笔者借鉴了美国的一些统计资料,考虑到发展水平地域环境以及企业和人口素质等因素,笔者认为国内的相关数据应高于美国,具体数据见表1。由以上统计数据显示,初期雨水的污染程度还是比较高的,有一些污染物的含量接近甚至超过了城市污水,基于对武烈河为水源河的考虑,若初期雨水直接排河,必然会对河道水质造成污染,因此对初期雨水进行处理是十分必要的。2.2湿地组合及初步处理方案针对以上问题,本次设计采用利用人工湿地技术处理初期雨水,系统可分为四个部分:预处理区、进水缓冲区、湿地处理区和雨水滞留区。汛期雨水经管道收集排入调节池,池前设置筛网用于拦截颗粒物大的污染物质,并通过调节池具有调节水量、稳定出水的功能沉降水流中夹带的悬浮物,减轻对后续工艺的冲击负荷和水力影响。出水进入缓冲区,本次设计采用表面水平流人工湿地,以天然泥土为基质,具有自由水面,人工适当辅以布水、基底修复等措施,该区域具有消能、沉淀、稳定出水的功能。经初步处理过的雨水流入湿地处理区,该区域为复合式潜流人工湿地,本次设计为两级湿地串联,处理单元并联组成。单个湿地由湿地防渗膜、自上而下设置的砾石、粗砂和种植土、湿地植物、集配水系统及导膜管等构成,能够大量削减或去除雨水径流污染物负荷,大部分污染物在此区得到降解,最后水流进入由景观塘或氧化塘等构成的滞留区,水体中的营养物质得到进一步去除后流入收纳水体。在非汛期,由湖边泵站提升湖水进入湿地,对湖水水质实施净化再回流入湖,使湖水循环起来,起到改善湖水的目的。2.3湿地建设的主要指标是湿地的主要指标2.3.1径流类型、径流范围及单因素差异性对降雨径流中污染物浓度的充分了解对人工湿地技术设计十分重要。降雨径流中主要污染物的浓度因在不同径流过程和一次径流过程中因径流类型、径流范围和其他一些因素的不同而存在差异。为充分了解降雨径流的水质特征,需要定期监测汇水区降雨径流中污染物浓度(如径流中CODCr、BOD5、SS、NH4+-N、TN、TP的浓度及其与两次降雨间隔时间的关系)。2.3.2最佳储存容积在美国、加拿大、欧洲,湿地体积大致等于来自不透水路面13mm的径流量,大约能收集80%~90%的径流量。有研究认为,湿地的最佳储存容积应当是使汇水区达到13mm水位的容积,有效去除的最小储存容积是使汇水区达到6mm水位的容积。储存容积可用式(1)计算:式中:V———湿地的储存容积;C———系数取10;y———汇水区的设计水位,mm;AWS———汇水区的表面积,hm2。考虑到经济等方面因素本次设计水位取6mm,经计算湿地的储存容积为42000m3。2.3.3影响基地建设的因素水力停留时间是人工湿地设计中一个重要参数,其受湿地长度、宽度、植物、基地材料渗透率、水深和水力坡度等因素影响。根据研究数据表明,一般水力停留时间最大不超过24h,暴雨期间至少应有30min的水力停留时间以保证处理效果,水力停留时间达到10~15h就可以达到很好的处理效果。2.3.4人工湿地处理对水生植物的工程应用在人工湿地技术的应用中,水生植物的选择使用是这一技术能否正常发挥污染治理效能的关键所在,降雨径流的随机性和突发性等特点也给人工湿地技术选择水生植物提出了特殊要求,在雨水径流处理程度和pH值,对污染物有较好的去除效果,有广泛用途或较高的经济价值。从很多研究实验结果和实际应用效果看,利用人工湿地处理初期雨水技术应用效果较好的水生植物有芦苇、灯心草和香蒲。香蒲在水深0.15m处为优势种,芦苇可在水深1m左右的条件下生长,当水生植物不适应生活环境时,需调整植物种类或变换水位。另外杂草的过度生长会影响湿地植物的生长,定期除草可增强湿地的净化功能和经济价值。2.3.5流湿地填料的选择基质是指在人工湿地床体内用以提供人工湿地植物与微生物生长并对污染物起过滤、吸收作用的填充材料,有砾石、土壤和砂子等。雨水径流湿地系统多采用砾石作为填料,由于砾石缺乏营养,需在上面覆盖15~20cm的有机土壤,填料本身成分对生物处理影响不大,但含钙、铁、铝等成分的填料有利于离子交换,通过离子交换可将暴雨径流中的污染物截留后再续降解,为加强湿地初期的除磷能力,在湿地建造中可选择含钙、镁丰富的介质作为填料。因此选择合适的人工湿地基质,是构建人工湿地、提高人工湿地净化能力的关键措施。2.4湿地建设对水质的改善2.4.1对微生物的利用人工湿地对有机物有较强的处理能力:不溶性有机物通过过滤可从污水中截流下来,被微生物加以利用;可溶性有机物则可通过微生物的吸附及微生物的代谢过程被去除。在进水浓度较低的情况下,BOD5、CODcr、SS的去除率分别能够达到85%~90%、80%、70%。2.4.2氧生物状态的废水湿地系统中因植物根系对氧的传递释放,使其周围的环境中依次出现好氧、缺氧、厌氧状态,保证了废水中的氮磷不仅能通过植物和微生物作为营养吸收,而且还可以通过硝化、反硝化作用将其除去,最后湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去。在进水浓度较低的情况下,N、P的去除率分别能够达到60%、90%。3工程建设的社会效益利用人工湿地处理初期雨水不仅是一项保护环境工程,还是一项水资源综合利用工程。该项目是一项建设文明城市、为子孙后代造福的公用事业工程,其社会效益有以下几点:(1)该工程实施后,可改善武烈河水质,改善汇水湾小区周边环境,提高卫生水平,保护人民身体健康。(2)该工程的建设,可改善承德市的投资、旅游环境,可吸引更多的外商投资,促进承德市经济、贸易和旅游业的全面发展。(3)该工程是把承德市建设成为一座风景优美、经济繁荣