2021-4-9 | 生态修复论文
作者：李泽峰 单位：山西省汾河中下游水务管理局
1水质现状
2009年监测数据显示：汾河太原段为劣Ⅴ类水质，已丧失使用功能。全河段主要超标污染物是氨氮、总氮、BOD（5五日生化需氧量）、挥发酚、总磷和COD（化学需氧量）。从瞬时浓度值看，氨氮、总氮、挥发酚、BOD5、COD、阴离子表面活性剂的瞬时最高浓度值均出现在小店桥断面；高锰酸盐指数和总磷的最高瞬时浓度值均出现在温南社断面；铁和锰的最高瞬时浓度值分别出现在滩上桥断面和寨上水文站断面。
2工程概况
在汾河生态修复中，人工湿地的实施完全采用生物方法对污水进行处理。本工程小店段（7.8km）规模为50000m3/d污水处理。此段水质太差，不宜使水直接进入人工湿地，故需增加预处理工艺，即取水工程、预处理工程、输配水工程、潜流湿地工程、表流湿地工程、景观湿地工程。预处理工程包括提升泵站、初沉池、厌氧池、浮动生化池、二沉池、加压泵站和人工湿地。由可研报告确定的水质及2009年小店区水质检测结果，确定本工程设计进水水质为：CODcr≤40mg/L，BOD≤25mg/L，氨氮≤10mg/L。潜流湿地每块20m×30m，共250块，总面积150000m2。采用砖墙分割成池，填料为碎石、粗砂、种植土、挺水植物。表流湿地由预制块构件分隔种植挺水植物，水深200mm达到根茎。总面积611000m2，景观湿地面积125000m2。潜流湿地茭白、芦苇各占50%，植株密度16株/m2，表流湿地香蒲、芦苇各占50%，密度9株/m2。景观湿地浅水区设计水深0.3m，种植香蒲、菖蒲、苔草、水葱等植物；深水区设计水深1.5m，种植荷花、睡莲等植物。水面、植物中间设置小岛，岛上种植香蒲，形成绿岛。陆地有景观园路相连，形成生态景观，同时进一步充氧和净化污水。
3污水处理
3.1预处理系统
污水经取水工程提升进行初沉，去掉淤泥后进入厌氧塘进行NH4+-N去除，去除率达到40%~50%，然后进入浮动生化池和二沉池。两池结构是污水处理中活性污泥法的典型结构，二沉池中上清液返回厌氧池进一步增加对水中有机物的吸附、生化作用。一部分污泥取走作肥料，一部分回流浮动生化池作下一循环的处理媒介。活性污泥具有生物性质，主要由微生物和一些杂质组成，有时还有寡毛类的线虫出现，其颗粒松散，呈絮状，表面积大，对污水中悬浮物、交替物的吸附能力很强。这些被吸附的有机物质被活性污泥中的微生物氧化分解。一般废水在浮动生化池中曝气4~10h，可完成基本净化过程，BOD5的去除率达到90%以上。一些不稳定的无机物被氧化成稳定的氧化物。曝气后生成的云块状胶体物质起着吸附和沉淀作用，将悬浮颗粒物质固定，使水质得到净化。
3.2潜流湿地
潜流湿地主要利用滤池中所铺设的滤料上附着的生物膜，对污水中有机物进行吸附、生化，达到去除其中有害物质的目的。本工程中潜流湿地基础为黏土夯实700g土工膜防渗，自下到上是由粗到细，不同粒径的卵石、细沙和表层的种植土。下层的石子过滤床中繁殖有各种微生物，在微生物作用下将预处理后水中的有机物氧化分解，使水质得到净化。表层的茭白、芦苇可以吸收水中的氮、磷及无机物营养元素，同时可给下层滤床保温，使生物膜的活性保持在最佳状态。滤池中的生物对废水中毒性的忍受能力比活性污泥强，硝化作用完全，但对冲击负荷的抵抗能力较弱，生物膜遭受破坏后恢复活力的时间较慢。
3.3表流湿地
表流湿地中种植浅根散生型芦苇、深根散生型的香蒲，对NO3--N的吸收速率分别约为0.5g（/m2•a）和3.3g（/m2•a）。氮在表流湿地中的去除过程主要有挥发、土壤吸附和离子交换、植物吸收、硝化反硝化。前两个过程的去除作用并不显著，而植物吸收的去除只占总质量的10%左右，且必须通过收获才能离开表面流人工湿地系统。一旦植物被收获，则在腐殖层和土壤中依赖植物残体分解提供有机物而进行的反硝化作用会受直接影响，从而影响反硝化脱氮的效果。因此，必须保证水中有充足的溶解氧，同时使反硝化细菌有适宜的缺氧环境和充足的有机物来源，以保证反硝化脱氮这一表流人工湿地系统中主要脱氮途径顺利进行，使表层土壤与表覆水之间交换吸附磷的能力不断恢复，因而有植物系统比无植物系统有着更好的磷去除效果。但部分储存在植物体内的磷在秋冬季节随着植物的枯萎死亡，部分被微生物缓慢分解重新释放回水体当中，其余部分则逐渐积累稳定成腐殖质。腐殖质及其吸附的磷可占土壤总磷含量的40%以上，这部分含磷物质在好氧条件下容易被植物吸收而重新利用，但在厌氧条件下却不会被生物酶所分解，可以稳定地蓄积和保存，成为磷去除的一个重要途径。有关研究发现，植物收获的频率与磷的去除效率直接相关，有规律的收获可以使表流人工湿地系统中植物对磷的吸收占总磷去除率的20%～30%。
3.4景观湿地
景观湿地深度0.3~1.5m，经过预处理和潜流湿地处理，水中的总氮、总磷可达到设计标准，但还属于富营养水体。为确保景观湿地生态系统在食物链上的稳定和完整，可以适当放养一部分野杂鱼类，给食物链金字塔顶端的水鸟提供食物。总之，景观湿地形式既美化了环境又是对前阶段污水处理效果的检验，从湿地净化后的水排入汾河，相当于对下游水质进行了稀释，污染负荷相对减小，治理起来更加容易，为汾河水直接进入下游表流湿地、滩涂湿地和坑塘奠定了基础。