利用水生植物净化水体中的悬浮泥沙.pdf

利用水生植物净化水体中的悬浮泥沙 ＊ 郭长城 1 王国祥 2 喻国华 1 1.南京水利科学研究院, 江苏 210029; 2.南京师范大学地理科学院, 江苏 210097 摘要 针对特定的滨江城市水环境问题, 利用湿地植物风车草 Cyperus alternifolius、菖蒲Gladiolus hybridus、菱 Vallisneria spiralis、金鱼藻Ceratophyllum demersum、轮叶黑藻 Hydrilla verticillata 和亚洲苦草 Vallisneria spiralis 构建的 湿地植物生态物理模型进行了含沙水体泥沙净化的实验研究。 结果表明, 湿地植物系统对不同悬浮泥沙含量的水体 具有不同的净化效果, 净化效果最好的湿地植物分别是金鱼藻、黑藻、菱、菖蒲和风车草。 随水体含沙量增加净化效果 有所增强。 不同粒径的悬浮泥沙在湿地植物群落中的沉降、吸附和过滤的效果不同。 关键词 湿地植物 生态物理模型 悬浮泥沙 吸附 粒径 ＊国家高技术研究发展计划“863”项目 No . 2003AA601100 -2 0 引言 针对滨江城市引水过程中带来大量泥沙降低城 市水环境质量的新的环境问题 ,试图利用湿地植物的 促淤、对悬浮泥沙及污染物的吸附净化特性 ,研究湿 地植物对悬浮泥沙的净化效果。国内外曾有利用植 物“柔性坝”进行泥石流冲刷及沙漠迁移扩散抑制的 研究与实践 , 取得了很好的效果 [ 1- 4] 。在沿海城市的 滩涂利用上,有很多植物如海三棱蔗草 、 互花米草等, 其促淤效果非常好 [ 5] 。 1 材料与方法 1. 1 实验概况 实验于 2005 年7 月 ～ 10月在某水环境生态修复 实验室的模拟湿地生态物理模型水槽中进行 ,为了创 造近似长江水体的泥沙条件, 整个物理模型主体由浑 水发生池 2m 2m 2. 5 m 、实验水道 10m 5m 1. 5 m 和沉沙槽 5 m 0. 5 m1. 5 m 组成 见图 1 。 图 1 湿地植物泥沙净化的物理模型 根据不同类型湿地植物的环境要求, 沿水流方向 将湿地植物基底设置为不同水位梯度, 依次为 0. 2、 0. 4、 0. 6、 0. 8、 1. 0 和1. 2m 的 6 个台阶 。每个台阶依次 种植风车草 面积1. 75 m 2 ,密度206 株 m 2 、 菖蒲 面积 1. 75 m 2 , 密度 21. 7 株 m 2 、菱 面积 1. 75 m2 , 密度 45. 7 株 m 2 、 金鱼藻 面积 1. 75m2 ,密度309 株 m 2 、 轮 叶黑藻 面积 1. 75 m 2 ,密度 343 株 m 2 、 亚洲苦草 面积 1. 75 m 2 ,密度 233 株 m 2 。同时设置一对照组 无湿地 植物 ,水位梯度及基底条件同植物组见图 1。 1. 2 模拟条件的实现 泥沙水体的形成是通过浑水发生池制备特定泥 沙含量的模拟长江水体, 通过均匀管道输入进湿地生 态实验水槽 ,并适时监测出口泥沙含量 , 保证水体泥 沙条件基本稳定 。 2 结果与分析 2. 1 湿地植物系统对泥沙的净化作用 进入湿地系统的含沙水体 ,由于受到水生植物对 其水流流速 、 流态及流场的作用, 大部分的泥沙沉降 于植物体周围的底部, 另外 ,不同外貌形态的水生植 物由于其组织结构的特殊性, 其体表对相当一部分的 泥沙具有强烈的吸附作用 ,当进水平均悬浮泥沙含量 为40 mg L 时, 植物组水道总体悬浮泥沙含量比对照 降低很多, 运行 2、 4 、 6、8、 14 h ,湿地植物对泥沙的净 化相对 百分率分 别为 18. 07、34. 40、40. 23、 52. 73、 42. 46。同样的进水条件下 , 风车草、菖 蒲、 菱 、 金鱼藻、轮叶黑藻及亚洲苦草对悬浮泥沙的动 态净 化 相 对 百 分 率 分 别 为 20. 99、19. 14、 37. 34、 30. 40、 39. 69 和 39. 60。 不同时期的湿地植物对悬浮泥沙的净化效果不同, 根系越发达,茎叶越繁茂,对悬浮泥沙的净化效果越好。 2. 2 水生植物对不同悬浮泥沙含量水体的净化效果 湿地植物对不同泥沙含量的水体净化效果不同, 随泥沙含量的增加 ,在其净化效果相应明显 ,在湿地 植物的生长没有受到明显抑制的条件下 ,湿地植物对 较高泥沙含量的水体表现出较好的净化效果。在低 31 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 泥沙含量条件下 ,净化效果相对最好的是金鱼藻, 相 对净化百分率为 12. 08,在进水悬浮泥沙含量分别 为21. 76、 37. 04、 44. 20 mg L 和 71. 18 mg L 时, 净化效 果最好的湿地植物分别是轮叶黑藻 、 菱 、菖蒲和风车 草, 净 化 相 对 百 分 率 分 别 为 28. 23、38. 94、 43. 50 和 58. 16。本实验持续时间比较短 ,如果持 续时间较长,植物对悬浮泥沙的净化效果可能会由于 植物自身的吸附饱和和生理生化活性的降低而减弱, 由于悬浮泥沙的作用 ,可能通过降低水体透明度会对 湿地植物的光合与呼吸作用产生抑制作用,进而影响 植物生长 。 2. 3 不同粒径的泥沙在湿地植物群落中的变化规律 由于不同粒径的泥沙其表面形态 、 理化性质、沉 降特性等的不同 ,使得不同粒径的悬移质泥沙在湿地 植物群落中的沉降 、 吸附及过滤的效果不同 ,根据生 态水槽物理模型实验研究的结果, 在无湿地植物的对 照水槽 ,粒径范围在 25～ 50 μ m 之间的泥沙颗粒在挺 水植物风车草和菖蒲前后其级配相对累积百分含量 降低了 18, 而在湿地植物组, 由于挺水植物的作 用,粒径范围在 25～ 50 μ m 之间的悬移质泥沙颗粒在 挺水植物风车草和菖蒲前后其级配相对累积百分含 量降低了 35. 6, 挺水植物对此粒径范围的悬浮泥 沙的净化作用提高了 17. 6, 效果非常明显 图 2 。 挺水植物对粒径 10 μ m 以下的悬浮泥沙颗粒级配相 对累积百分含量去除率为 58. 9, 同条件下对照组 仅为 21. 4,由于湿地植物根系 、茎、叶等组织的吸 附和促沉降作用及植物造成的水流流场的改变,使泥 沙颗粒发生絮凝和沉降, 对此粒径以下的泥沙颗粒净 化效果相对提高了 37. 5。 悬浮泥沙水体在经过沉水植物金鱼藻、 轮叶黑藻 和亚洲苦草的过程中,对照组2. 5、 7和10 μ m 以下的悬 浮泥沙级配相对百分比增加了 3. 4、 8. 7 和 11 . 8, 而在湿地植物组 2. 5、 7 和 10 μ m 以下的悬浮泥沙级配 相对百分比增加较小,分别为 2. 1、 4. 4 和 1. 4,说 明沉水植物金鱼藻、 轮叶黑藻和亚洲苦草对此粒径以 下的悬浮泥沙具较强的吸附过滤作用,根据计算结果 , 其净化率分别为1. 3、 4. 3 和 10. 4。 图2 不同粒径的泥沙颗粒在湿地植物群落中的变化规律 2. 4 水生植物对泥沙颗粒中值粒径和平均粒径的影响 根据实验结果 图 3 从不同湿地植物与对照相 应阶段的对比分析可以看出, 湿地植物使得中值粒径 比同阶段的对照均有不同程度的减小, 挺水植物表现 出更加明显的作用, 但沉水植物却使得平均粒径比同 阶段对照增加了 ,主要原因可能是因为中值粒径增加 的原因。 图 3 湿地植物对悬浮泥沙中值粒径和平均粒径的影响 3 结论 1 选择的夏秋季节 6种湿地植物对水体悬浮泥 沙具有较好的净化效果, 在不影响植物正常生长的条 件下 ,悬浮泥沙含量越高 ,湿地植物的净化效果越好。 2 湿地植物的净化效果与其生活史阶段有必然 的关系,处于营养生长的较旺盛阶段的湿地植物由于 其致密发达的根系及茎叶作用 ,净化效果明显 。 3 不同生态型湿地植物对水体悬浮泥沙的净化 效果由于其形态结构的差异有所不同。 4 不同粒径泥沙其理化性质不同 , 因而在湿地 植物群落中的去除规律有所不同,挺水植物主要对大 颗粒悬浮泥沙起主要的促沉降作用 ,而枝叶繁茂的轮 叶黑藻、 金鱼藻以及根系致密发达的菱主要通过其吸 附作用对较小粒径的悬浮泥沙起净化作用。 32 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 参考文献 [ 1] 王宁. 河道泥沙对小干沟水库水环境容量的影响分析. 青海环 境, 1996,2 86 -91. [ 2] 邱秀云等. 植物“柔性坝”对水流影响的试验研究. 水利水电技 术, 2003,34 9 62 -65. [ 3] 阎洁, 周著等. 植物“柔性坝”阻水试验及固沙机理分析. 新疆农 业大学学报, 2004, 27 3 40-45. [ 4] 毕慈芬, 王富贵, 李桂芬等. 砒砂岩地区沟道植物“柔性坝”拦沙 试验. 泥沙研究, 2003, 4 14 -25. [ 5] 时钟, 杨世伦. 海岸盐沼泥沙过程现场实验研究. 泥沙研究, 1998,12 4 28 -35. 作者通讯处 郭长城 210029 江苏省南京市广州路 223 号 南京水 利科学研究院河港研究所 E -mail changcheng0925163. com. 2006- 03-03 收稿 四座小型污水处理厂设计中的工艺选择 吕拥军 陈水才 刘平波 武汉市市政工程设计研究院, 湖北 430015 摘要 由于山区自然条件、经济因素及管理水平限制, 小型污水处理厂设计应体现安全、稳定及简洁的特点, 本文从前 置厌氧氧化沟工艺在利川市 4座污水处理厂设计中的选择过程进行分析, 以供工程技术人员进行相关设计时借鉴。 关键词 山区 前置厌氧氧化沟 污水处理厂 1 工程简介 郁江作为三峡库区的主要水源之一 乌江的 一条支流 ,在补给水量上起着重要作用 。作为郁江流 域主要城市的利川市位于湖北省西南边缘三峡库区 的影响区 ,属恩施土家族苗族自治州管辖的县级市, 地处鄂西南高山腹地 ,是一个经济欠发达的少数民族 地区、贫困山区 ,也是湖北省的 12 个国家级贫困县、 市之一。 利川市境内沿郁江有忠路 、文斗 、沙溪、长顺等 4 个建制镇。由于 4 个集镇都未建排水系统 , 多年以 来,居民的生活污水和农副产品生产加工的废水未经 处理直接排放, 致使污水中的有害成分对郁江水质造 成了严重污染。郁江 4 镇地表水水质见表 1。 表 1 郁江 4镇地表水水质情况对照表 平水期 项目 BOD5 mgL- 1 CODCr mgL- 1 DO mgL - 1 水体功 能 类 前江河断面1. 58. 27. 3Ⅰ 郁江忠路镇下游断面3. 316. 25. 4Ⅲ 郁江文斗镇下游断面3. 619. 25. 3Ⅲ 沙溪河集镇下游断面3. 616. 85. 3Ⅲ 郁江长顺水电站上游断面3. 515. 85. 7Ⅲ 2 设计基本参数 2. 1 设计规模 考虑 4 镇地理位置相距较远 ,规划在每镇单独修 建污水处理厂, 经过前期论证各座污水处理厂规模见 表2。 表 2 利川污水处理厂设计规模m3 d 忠路污水处理厂文斗污水处理厂沙溪污水处理厂长顺污水处理厂 10 0005 0004 0003 000 2. 2 设计进出水水质 根据集镇特点 ,忠路、 文斗、 沙溪、 长顺4 镇污水处 理厂来水主要为居民生活污水和饲养牲畜污水为主 , 基本无工业废水。已有实测资料表明 ,该地区污水属 于典型的低浓度污染污水且 4镇水质差异较小 。综合 考虑以上因素 ,4 座污水处理厂的设计进出水水质统一 为表3。出水水质达到国家城镇污水处理厂污染物排 放标准 GB18918- 2002 中的一级 B 排放标准。 表 3 利川污水处理厂设计进出水水质mg L 项目pHSS NH3-N TKN BOD5CODCr磷酸盐 以P 计 进水7～ 820025351202503 出水6～ 9≤ 20≤8≤20≤60≤ 1. 5 3 污水处理工艺选择 污水处理工艺的选择是根据污水进水水质、 出水 标准 、 污水处理厂规模、 排放水体的环境容量 ,以及当 地的经济条件、管理水平 、 自然条件 、 环境特点等因素 综合分析研究后确定的 。各种工艺有其各自的特点 33 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 of biological treatment process and hydraulic design to ascertain relative key parameters in SBR process. Keywords SBR process, nitrogen removal and design REDUCTIONOFEXCESSSLUDGEPRODUCTIONBYAEROBIC -SETTLING-ANOXIC PROCESSZhong Xianbo Ye Fenxia 26 Abstract To determine whether aerobic -anaerobic cycle can be used to reduce sludge productioninbiologicalwastewater treatment, aerobic - settling -anoxic ASAprocess which is a modification of conventional activated sludge by inserting a sludge hold tank in the sludge return line between the aeration tank and the secondary clarifier was studied to investigate the reduction of excess sludge yield. It was compared that three processes with different sludge retentiontime 5. 5, 7. 6 and11 . 5hin the sludge hold tank, by which the excesssludge wasreduced by 33. 24, 22. 99 and 13. 80, respectively. These results suggested that it might be ideal to apply ASA process with 6～ 7 h sludge retention time to reduce the excess sludge yield. Keywords activated sludge process, excess sludge reduction and aerobic -settling -anoxic ASA process ANEXPERIMENTAL STUDY ONTREATMENT OF MONOSODIUM GLUTAMATE WASTEWATER BY HYDROLYTIC ACIDIFICATION -SBR PROCESSYan Jin 29 Abstract It is described an experimental study on monosodium glutamate wastewater treatment by hydrolytic acidification-SBR process. The experimental results show that CODCrand NH3-N removal rates of the wastewater are over 92, the time of hydrolytic acidification stage andSBR are 8 h and 6 h, respectively, and the water temperature is 20～ 25 ℃. These results demonstrate that hydrolysis and acidification as pretreatment means can enhance efficiently the biodegradability of monosodium glutamate wastewater and the CODCrand NH3-N removal rates of the whole technology . Keywords hydrolytic acidification, SBR and monosodium glutamate wastewater STUDY ONDECONTAMINATION OF SUSPENDED SEDIMENT IN WATER BY HYDROPHYTES Guo Changcheng Wang Guoxiang Yu Guohua 31 Abstract Based on special urban environmental problem, ecological physical mode of decontamination for water with sediment is built with Cyperus alternifolius, Gladiolus hybridus, Vallisneria spiralis, Ceratophyllum demersum, Hydrilla verticillata and Vallisneria spiralis of a wetland. The result indicates that the plant ecosystem of the wetland has different decomtamination effect on the water body with different amount of suspended sediment;and the wetland plants with the best decomtamination effect are Ceratophyllum demersum, Hydrilla verticillata, Vallisneria spiralis, Gladiolus hybridus and Cyperus alternifolius. The sediments with different particle size sediment have different results when they pass through the hydrophytes ecosystem. Keywords hydrophytes, ecological-physical mode, suspended sediment, adsorption and particle size PROCESS SELECTION IN DESIGN OF FOUR SEWAGE TREATMENT PLANTS IN LICHUAN COUNTYLǜ Yongjun Chen Shuicai Liu Pingbo 33 Abstract Design of small sewage treatment plant should hold the features of safety , stability and concision. It is analysed the process selection in the design of pre -anaerobic oxidation ditch for four sewage treatment plants in Lichuan Country. Which may provide experience for relevant designs by engineers. Keywords mountain area, pre -anaerobic oxidation ditch and sewage treatment plant IN -DEPTH COGNITION ON CONVENTIONAL UNITANK PROCESS Lei Ming Li Lingyun Su Xibo et al 35 Abstract How to improve the efficiency of TP removal is the controlled target of conventional UNITANK process. On the basis of the study on operation and experience in management of UNITANK process, it was analyzed the anaerobic space, time and inlet hydro -type of UNITANK reactor, operating of the process and autocontrol. Correlated conclusions have been obtained. Keywords conventional UNITANK process, biological phosphorus removal and operating control DESIGN AND APPLICATION OF SYSTEM FOR SMOKE -GAS CLEANING AND WASTE -HEAT REUSE OF CUPOLAHe Yan Li Ren Wang Zhaohan et al 37 Abstract With an example of smoke -gas cleaning, flue gas desulfurization FGDand waste -heat reuse for a 10 t h cool-wind cupola in Yunnan Province, the problems that should be considered in engineering design for smoke -gas cleaning include FGD and heart-re -using system are introduced. Keywords cupola, smoke -gas cleaning, heat reusing and engineering example CATALYTIC EFFECT OF IRON ORES ON THE REMOVAL OF NITROGEN OXIDES IN SINTERING EXHAUST GASESBi Xuegong Liao Jiyong Xiong Wei et al 42 Abstract The introduction of additives into a mix is able to remove nitric oxide in the exhaust gases during sintering process. The catalytic 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 6, Dec . , 2006