生態(tài)溝渠對(duì)污罐區(qū)灌溉用水水質(zhì)凈化研究

陶 紅

（寧夏大學(xué)資環(huán)學(xué)院 寧夏銀川 750021）

引言

寧夏地處干旱半干旱地區(qū)，悠久的引黃灌溉歷史造就了銀川平原優(yōu)越的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，使其成為享譽(yù)西北的“塞上江南”、“魚(yú)米之鄉(xiāng)”。但是由于先天水資源的匱乏和國(guó)家對(duì)黃河水資源的分配調(diào)度，部分農(nóng)田不得不使用溝水進(jìn)行灌溉，這些溝水主要來(lái)源為農(nóng)田退水、生活污水及工業(yè)污水。據(jù)調(diào)查，銀川平原污灌區(qū)灌溉歷史最長(zhǎng)的已達(dá)30年，長(zhǎng)期灌溉污水已對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、土壤生態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

生態(tài)溝渠是在傳統(tǒng)農(nóng)田排水溝渠的基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)化改造[1]，形成的由植物、動(dòng)物、微生物和土壤等組成的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)污水通過(guò)溝渠時(shí)可以通過(guò)植物吸收、底泥截留吸附、微生物降解凈化等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和分解[2-3]，從而使水質(zhì)得到凈化，與人工濕地、植物緩沖帶等工程措施相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基建投資少，適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[4-5]。

銀川平原溝渠密布，在替代水源無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況下，使用生態(tài)溝渠對(duì)農(nóng)田水質(zhì)進(jìn)行凈化更符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際需要?；谝陨显?，筆者對(duì)銀川市掌政鄉(xiāng)污灌區(qū)農(nóng)田生態(tài)溝渠構(gòu)建及凈化效果進(jìn)行了研究，以期為該地區(qū)的水質(zhì)凈化措施提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)位置

試驗(yàn)溝渠位于銀川市掌政鄉(xiāng)永二干溝明生渠，該渠周邊為水稻種植區(qū)，溝渠護(hù)坡為水泥護(hù)坡。受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地建設(shè)條件限制，生態(tài)溝渠布置采用“一”字形，總長(zhǎng)為50m。

1.2 方案設(shè)計(jì)

1.2.1 植物選擇與配置

溝渠植被選取應(yīng)綜合考慮植被對(duì)周?chē)h(huán)境的適應(yīng)性、脫氮除磷能力、生物量多寡等多種因素，通過(guò)資料調(diào)研篩選，選擇本地常見(jiàn)、耐污性較強(qiáng)、且較美觀的香蒲、菖蒲、金魚(yú)藻為凈化植物。實(shí)驗(yàn)前，所有水生植物在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用湖水培養(yǎng)1周，湖水來(lái)自寧夏大學(xué)金波湖，水質(zhì)類(lèi)別為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB38382012）Ⅳ類(lèi)水。

1.2.2 填料選擇與配置

選擇本地常見(jiàn)、物美價(jià)廉、性質(zhì)穩(wěn)定的陶粒為填料，配置時(shí)，將陶粒鋪設(shè)于長(zhǎng)寬高為51cm×37cm×14cm的塑料方篩中，厚度為8cm。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及樣品采集

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將培養(yǎng)好的水生植物按照沉水植物+挺水植物組合的形式，種植于實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，分別在3d，6d，9d采集水樣，采樣點(diǎn)位于實(shí)驗(yàn)區(qū)兩端。

1.3 分析方法

水樣主要分析項(xiàng)目包括高錳酸鹽(IMn)、總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH+-N)。取樣及處理方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[6]。IMn采用酸性高錳酸鉀法測(cè)定；NH+－N采用納氏試劑分光光度法測(cè)定；TN采用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測(cè)定；TP采用鉬酸氨分光光度法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)高錳酸鹽(IMn)的去除效果

生態(tài)溝渠系統(tǒng)對(duì)高錳酸鹽指數(shù)（IMn）的去除率平均為17.97%（表1所示），去除率在試驗(yàn)期間雖有一定的波動(dòng)，但基本成上升趨勢(shì)，去除率波動(dòng)主要與水質(zhì)、水溫、流速等有關(guān)。從時(shí)間上來(lái)看（圖1所示），系統(tǒng)在三天以后即可發(fā)揮穩(wěn)定的生態(tài)功能，產(chǎn)生水質(zhì)凈化作用。

圖1 不同時(shí)間生態(tài)溝渠對(duì)高錳酸鹽的去除率

2.2 對(duì)TN的去除效果

生態(tài)溝渠系統(tǒng)對(duì)總氮(TN)的去除率平均為24.66%（表1所示），試驗(yàn)期間去除率有一定的波動(dòng)（圖2所示）。由于生態(tài)溝渠系統(tǒng)對(duì)總氮攔截、分解、吸收過(guò)程除了依靠微生物及植物的吸收利用外，系統(tǒng)豐富的根系和沉水植被葉面系統(tǒng)，是對(duì)總氮發(fā)生吸附、膠粘作用，從而被截留下來(lái)的主要因素，因此，受到水質(zhì)影響較大。

圖2 不同時(shí)間生態(tài)溝渠對(duì)TN的去除率

2.3 對(duì)總磷（TP）的去除效果

系統(tǒng)對(duì)總磷(TP)的去除率平均為28%（表1所示），試驗(yàn)期間去除率仍有一定的波動(dòng)（圖3所示）。但隨著生態(tài)溝渠系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)揮作用，TP去除率有所下降后保持穩(wěn)定，這是可能是由于磷的截留吸收與底泥、溝底植物殘?bào)wP的釋放形成動(dòng)態(tài)平衡。

圖3 不同時(shí)間生態(tài)溝渠對(duì)TP的去除率

表1 生態(tài)溝渠系統(tǒng)主要污染物水質(zhì)及去除率 單位：(mg/L)

結(jié)語(yǔ)

農(nóng)田生態(tài)溝渠系統(tǒng)通過(guò)植物及微生物的攔截與分解作用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污灌區(qū)灌溉用水中的COD、TN和TP的去除，其9天平均凈化效率分別達(dá)到17.97%、24.66%和28.00%，有較好的攔截效果，可實(shí)現(xiàn)對(duì)污灌區(qū)灌溉用水的生態(tài)凈化作用。

農(nóng)田生態(tài)溝渠系統(tǒng)在原有農(nóng)田灌排渠道進(jìn)行生態(tài)化建設(shè)，不需另外占地，可有效避免生態(tài)工程占用較多耕地的問(wèn)題，同時(shí)，篩選出的水生植物具有較好的景觀美化功能，對(duì)改善農(nóng)村景觀結(jié)構(gòu)，建設(shè)美麗農(nóng)村具有很好的應(yīng)用價(jià)值。