河流岸坡凈化徑流中氨氮的實(shí)驗(yàn)室研究

陳曉華

(上海環(huán)境保護(hù)有限公司，上海 200233)

1 引言

土地處理作為污水生態(tài)處理技術(shù)的代表，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，投資低，有效的解決富營(yíng)養(yǎng)化等優(yōu)點(diǎn)，是污水資源化利用的途徑之一［1－3］。其原理是通過(guò)農(nóng)田、林地、葦?shù)氐韧寥溃⑸铮参锵到y(tǒng)的生物、化學(xué)、物理等固定與降解作用［4－7］，對(duì)污水中的污染物實(shí)現(xiàn)凈化并對(duì)污水及氮、磷等資源加以利用，最終實(shí)現(xiàn)污水的穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化［8］。

各種形式的岸坡布置在河道周?chē)⒂赏寥兰暗[石等不用介質(zhì)組成，天然岸坡多由土壤組成，人工岸坡可由礫石組成。污水經(jīng)岸坡流入河道，期間經(jīng)過(guò)了土壤或礫石的吸附、過(guò)濾和凈化，屬于土地處理技術(shù)的范疇。本文依托室內(nèi)建立的兩種河流岸坡，對(duì)徑流中氨氮在岸坡內(nèi)部的凈化效率及濃度變化進(jìn)行分析。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

根據(jù)徑流水質(zhì)特征［9－10］配置模擬水樣，模擬污水水質(zhì)特征見(jiàn)表1。向除氯后的自來(lái)水投加葡萄糖、氯化銨、硝酸鉀、磷酸二氫鉀進(jìn)行調(diào)配，水質(zhì)pH 呈中性。

表1 模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)

2.2 模型構(gòu)造

緩坡模型長(zhǎng)3.5m，寬0.6m，高1.0m，土坡高約0.8m，坡比為1∶2.5，在坡角處由碎石壓蓋;陡坡模型長(zhǎng)2.7m，寬0.6m，高1.0m，土坡高約0.8m，坡比為1∶5，在坡的末端由大塊碎石壓蓋，考慮到土體的壓力和水壓力，在模型底面用梯形的漿砌塊石做擋墻，墻高0.5m。

圖1 緩坡模型

2.3 填充介質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用土選擇微生物種類(lèi)較多、土壤結(jié)構(gòu)較疏松的細(xì)沙壤土，土壤特性見(jiàn)表2。

圖2 陡坡模型

2.4 實(shí)驗(yàn)方案

(1)工藝流程。在集水池調(diào)配實(shí)驗(yàn)水質(zhì)，由潛水泵將配置的污水抽至各岸坡進(jìn)水口，經(jīng)岸坡內(nèi)部?jī)艋幚聿R集到出水池。在進(jìn)水處安裝獨(dú)立的閥門(mén)和流量計(jì)，確保流量恒定，進(jìn)水管使用布滿(mǎn)小孔的PVC 管，使出流均勻，尾部安有出水閥，便于調(diào)節(jié)出水水位。

(2)進(jìn)水方式及負(fù)荷。8月22日至8月27日進(jìn)水負(fù)荷為7～9 升/小時(shí);9月9日至9月14日進(jìn)水負(fù)荷為10～12 升/小時(shí);9月21日至9月26日進(jìn)水負(fù)荷為13～15升/小時(shí);采用連續(xù)進(jìn)水方式。

(3)采樣及監(jiān)測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)在2005年8月、9月進(jìn)行，進(jìn)水水溫在25°至28°，每個(gè)模型有6 個(gè)采樣點(diǎn)，包括進(jìn)水和出水，其中將同一斷面上兩個(gè)取樣點(diǎn)的污染物濃度平均，得出兩點(diǎn)之間平均濃度。氨氮監(jiān)測(cè)指標(biāo)按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》［11］中的方法進(jìn)行檢測(cè)。

表2 實(shí)驗(yàn)用土特性表

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 緩坡模型對(duì)氨氮的凈化效果及沿程濃度變化情況

由圖3 可見(jiàn)，緩坡模型在第一斷面濃度下降最快，之后的斷面濃度總體呈平穩(wěn)狀態(tài)。其中第一斷面處氨氮的去除率為84%～97%，平均去除率為91%;第二斷面處氨氮的去除率為89%～97%，平均去除率為94%;出口處氨氮的最終去除率為86%～98%，平均去除率為94.5%。氨氮在三個(gè)斷面處的平均去除率均大于90%。

圖3 氨氮沿程濃度變化及凈化效果

3.2 陡坡模型對(duì)氨氮的凈化效果及沿程濃度變化情況

由圖4 可見(jiàn)，陡坡模型在第一斷面濃度下降最快，第二斷面濃度出現(xiàn)波動(dòng)，第三斷面濃度回落并趨于穩(wěn)定。其中第一斷面處氨氮的去除率為85%～96%，平均去除率為92%;第二斷面處氨氮的去除率為60%～95%，平均去除率為78%;出口處氨氮的最終去除率為82%～98%，平均去除率為94%。氨氮在第一斷面及出口處的平均去除率均大于90%，在第二斷面的平均去除率小于80%。

圖4 氨氮沿程濃度變化及凈化效果

3.3 水力負(fù)荷變化對(duì)氨氮凈化效率的影響

當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷在10～12 升/小時(shí)情況下，兩種岸坡模型出口處對(duì)氨氮的去除率穩(wěn)定在96% ±2%;當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷低于或高于10～12L/h，則出口處氨氮的去除率將出現(xiàn)較大波動(dòng)，波動(dòng)范圍±7%。

4 研究結(jié)論

(1)緩坡模型及陡坡模型對(duì)微污染水中氨氮具有較高的凈化效率(90%以上)，且在第一坡段濃度下降最快。氨氮的去除是由于土壤介質(zhì)對(duì)氨氮進(jìn)行離子交換的結(jié)果［12］，并且介質(zhì)表面附著的微生物對(duì)氨氮也進(jìn)行了同化作用［13］。

(2)沿程氨氮在緩坡模型的第二斷面、第三斷面的濃度及凈化效率較為穩(wěn)定，而在陡坡模型中的第三斷面濃度及凈化效率均出現(xiàn)較大波動(dòng)。氨氮凈化效率下降可能與土壤介質(zhì)深度有關(guān)，隨著深度的增加，溶解氧降低，硝化反應(yīng)受到限制［14］，從而導(dǎo)致深層土壤中微生物的消化強(qiáng)度減弱，影響氨氮的去除效果。

(3)當(dāng)水力停留時(shí)間不變，進(jìn)水負(fù)荷在10～12L/h時(shí)，緩坡模型及陡坡模型對(duì)氨氮的去除率穩(wěn)定在96%左右，而當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷低于或高于合理限值時(shí)，則氨氮的去除率將出現(xiàn)相對(duì)較大波動(dòng)，水力負(fù)荷變化對(duì)氨氮的影響較大［15］。

(4)相比較而言，緩坡模型沿程對(duì)氨氮的凈化效率要比陡坡模型穩(wěn)定。因此，確定合理的緩坡長(zhǎng)度有助于其工程實(shí)際應(yīng)用。

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