1湿地工艺流程

根据滇池流域农业面源污染特征和湖泊湿地生态系统结构[1],人工湿地工程采用如图1所示工艺流程,既实现湿地进出水均匀控制,又保证污染物在湿地系统中沉降和吸附吸收,提高了污染物净化效果。

2湿地工程平面结构

研究中利用1257m2低洼弃耕地改造成人工湿地,控制径流面积为0•18km2[2,3],人工湿地平面结构见图2,湿地设计结果见表1。

3湿地生态系统

3•1设计原则

人工湿地生态系统中种类选择遵循以下原则:a•在滇池地区有较好适应性,以选择本地(滇池)现有或原有生物种类为主;b•选择对N,P等营养性污染物具有较强去除能力的生物种;c•选择在滇池地区具有广泛用途或经济价值较高的生物种类。

3•2选择程序及方法

a•滇池沿岸地区水生生物群落结构调查分析;b•水生生物去除N,P等污染物能力调查;c•滇池地区水生生物开发利用现状调查;d•水生生物优化比较;e•确定生物种类。

3•3湿地生态系统

根据调研分析[4~8],人工湿地生态系统中生物种类确定如下:飘浮植物———小叶浮萍。小叶浮萍在滇池地区具有较强生长适宜性,在许多池塘均能发现。小叶浮萍有利用价值,如用于养殖业。浮萍对N,P等污染物具有较强的除能力。挺水植物———芦苇。芦苇是国内去除污染物能力研究较多的挺水植物,去除N,P能力较强,芦苇除本身吸收N,P外,芦苇根部造成的湿生环境,对污染物吸收和吸附作用很大。也可种植同样有较好净化效果的水芹、慈菇等经济植物。沉水植物———菹草。沉水植物对N,P具有较好吸收作用,同时增加了湿地容积,增加了滞留时间,提高了湿地承载负荷。也可种植莲藕、菱角等经济植物。草滤带———天然草种。以野生自然草种形成草滤带。

4湿地净化效果分析

根据14个月运行监测,人工湿地对径流污染物净化效果分析如下:

4•1TN净化作用

人工湿地进出水TN浓度及去除率见表2,可以看出:湿地系统对TN平均去除率为35•5%,变化幅度较大,为-28•3%~91•5%。湿地对TN去除率与湿地运行状况有关,1995年工程较完善,生物系统生长良好,TN去除率较高,1994年工程不完善,TN去除率变化较大。夏季去除率高于冬季,湿地工程对暴雨径流有较强净化能力。从1995年开始,工程处于良好运行状态,湿地生态系统不断完善,湿地对TN去除率大于30%,平均去除率在60%左右。

4•2TP净化作用

人工湿地对TP净化作用,可以看出:人工湿地对TP平均去除率为24•4%,去除率范围为-14•7%~87•5%。工程尚未完善的1994年去除TP效果明显不如1995年,1995年平均去除率达到47•8%。冬季(10月份以后)TP去除效率不如夏季。人工湿地正常运行情况下,TP去除率在50%左右。

4•3TDN净化作用

人工湿地对TDN去除率见表4,可以看出:人工湿地对TDN平均去除率为41•2%,变化范围为-29•3%~100%,1995年去除效果好于1994年,夏季好于冬季。人工湿地正常运行情况下,TDN去除率不低于45%。

4•4TDP净化作用

人工湿地对TDP去除能力分析结果见表5,可以看出:人工湿地的TDP去除率为9•8%,去除率范围为-15•8%~83•3%。总体上看,对TDP去除作用不明显,这与湿地运行方式有关,若能保证截留时间,湿地对TDP去除作用也将十分明显。在湿地正常运行状态下,TDP去除率将在20%左右。

4•5SS净化作用

人工湿地对SS去除能力,可以看出:人工湿地对SS具有较好的去除效果,平均去除率达到49•9%,去除率范围为-61•3%~96•9%,一般情况下,SS去除率大于70%,极个别情况下没有明显去除作用。

4•6CODCr净化作用

有机物不是农田径流中主要污染物,监测结果表明,人工湿地在良好运行情况下,对有机污染物也有一定的净化作用,平均去除率为6•4%,最高去除率为83•3%。良好运行状态下,人工湿地对CODCr去除率在20%左右。

5讨论

5•1工程适应性分析

农业面源具有不稳定特性,径流量和径流中污染物浓度因水文条件不同而不同,从运行监测结果可以看出,几种主要污染物浓度变化都很大,人工湿地能够适应这种变化,1994年工程建成试运行时已产生净化作用,1995年正常运行时净化作用较好。由于来水水量影响,人工湿地水力滞留时间变化较大,一般情况下保持在1~5d,连续降水时最少为0•27h。正常运行时充分发挥湿地中生物吸收吸附作用,污染物净化效果较好。连续降雨时生物作用减弱,物理沉降作用仍很大,同样使污染物得到净化,尤其是颗粒态污染物。人工湿地生物和物理作用,适应了面源不稳定特性,对面源污染物有较好净化作用,因此人工湿地适合处理农田废水。

5•2投资效益分析

1257m2人工湿地总投资2•3万元,年去除污染物为:TN0•70~1•14t,TP0•035~0•05t,TDN0•40~0•67t,TDP0•012~0•014t,TSS4•84~6•58t,取得了较好环境效益。工程运行时,仅需一般性管理,运行费用极少。单位污染物去除量投资额分别为:TN2•02~3•29万元/t,TP46•0~65•71万元/t,TDN3•43~5•75万元/t,TDP164•29~91•67万元/t,TSS35~0•48万元/t,投资额以及运行费用均远低于常规污水处理工艺。

5•3应用边界与范围

由于占地面积较大,该技术应用受到局限,主要适用于重污染农业区,如蔬菜地。如果土地条件允许,也可广泛应用,对控制水土流失和农田径流污染均有较好效果。年降水量在800~1100mm地区,湿地面积约为控制区域面积的百分之一,降水量小,湿地面积减小,降水量大,湿地面积增加。应用该技术时,应考虑降水及土地资源状况。

6结论

人工湿地工程对农业面源污染物具有较好的净化作用,在正常运行情况下,面源主要污染物去除率达到:TN60%,TP50%,TDN40%,TDP20%,TSS70%,CODCr20%。工程具有投资少,效益好,运行管理方便以及抗面源负荷冲击能力强等优点,适合我国国情,是我国控制农业面源污染,尤其是重污染农业区污染的有效技术手段,具有较好推广应用前景,目前在滇池、洱海等许多湖泊面源污染控制中拟采用人工湿地工程技术。