入湖/庫污染河流是湖泊/水庫污染物的重要來(lái)源，在點(diǎn)源污染得到控制后，農業(yè)農村面源污染成為加速湖泊/水庫富營(yíng)養化進(jìn)程的一個(gè)主要原因。河流系統是非點(diǎn)源污染物的主要運移通道，大部分污染物通過(guò)河流進(jìn)入湖泊/水庫，因此，污染河水的處理已經(jīng)成為世人關(guān)注的焦點(diǎn)。
河道滯留塘技術(shù)是直接在河床上建堰攔水，通過(guò)重力沉降、植物吸收和微生物降解等作用對水質(zhì)進(jìn)行凈化。在污染河流治理技術(shù)中，河道滯留塘、人工濕地等生物/生態(tài)技術(shù)具有成本低、運行管理簡(jiǎn)單、能持續發(fā)揮水質(zhì)凈化作用等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)成為污染河水處理的優(yōu)選技術(shù)。目前，河道滯留塘技術(shù)、人工濕地工藝已經(jīng)開(kāi)始被應用于流域規模的污染河水處理中，但是，把這兩種技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，在河道上建設一個(gè)復合濕地系統，用于意在保護水源地水質(zhì)的山區污染河流治理中，在國內外還少見(jiàn)應用報道。為此，筆者開(kāi)發(fā)了梯級滯留塘/人工濕地組合工藝，并進(jìn)行了工程示范，對其脫氮除磷效果進(jìn)行了研究。
1 工程概況
都拉小河位于貴陽(yáng)某水源地上游，河水來(lái)自地下水，沿途匯集集鎮2 000 余人的生活污水 和農田排水，該集鎮處河段地勢平坦，水體流動(dòng)性差，部分季節會(huì )出現惡臭現象，河道淤泥厚度在1 m以上，氮、磷含量高，總體上屬于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002 ) 的劣V 類(lèi)水體，COD為6～83mg /L，NH4+-N為0．43～4．94 mg /L，TN為4．28～11．52 mg /L，TP為0．19～1．53 mg /L，pH 值為7．4～8．5，DO為0．9～6．1 mg /L。
2 處理工藝
2. 1 處理工藝選擇
貴州是一個(gè)海拔較高、緯度較低、喀斯特地貌典型發(fā)育的山區，河流、溝渠落差大，并且是亞熱帶濕潤溫和型氣候，這為采用生物/生態(tài)技術(shù)治理污染河流提供了保障。根據貴州農村人口的文化素質(zhì)和經(jīng)濟水平，采用的工藝應簡(jiǎn)單易懂、操作維護方便、成本低、能耗低、效率高。山區河流天然的落差大，具有建設梯級滯留塘的優(yōu)勢。另外，該河流直接進(jìn)入水源保護區，為保障出水水質(zhì)，采用人工濕地進(jìn)行強化處理。通過(guò)優(yōu)化設計，實(shí)現物理沉降、自然曝氣、微生物、水生植物、水生動(dòng)物和基質(zhì)的有機結合，共同構成一個(gè)復雜的濕地系統，較大程度地增加工程生態(tài)系統的多樣性和穩定性，從而使整個(gè)系統具有較強的抗污染負荷沖擊能力。該組合工藝由2 級滯留塘系統、1 個(gè)跌水曝氣和1 個(gè)滾水壩曝氣系統、3級潛流碎石床濕地系統組成(見(jiàn)圖1) 。
2. 2 工藝特點(diǎn)
①根據當地地形落差大的特點(diǎn)，利用河道進(jìn)行跌水曝氣、滾水壩曝氣，無(wú)需額外動(dòng)力。
②通過(guò)工藝和結構優(yōu)化，集成了滯留塘和人工濕地的優(yōu)勢; 滯留塘串聯(lián)延長(cháng)了水力停留時(shí)間，可充分發(fā)揮其物理沉降和厭氧消化功能，攔截大部分漂浮雜物及懸浮物，防止濕地堵塞。③在滯留塘內種植各種水生植物，不僅可以直接利用氮、磷營(yíng)養物質(zhì)以及補充氧氣、美化環(huán)境，而且還為微生物提供附著(zhù)載體，提高了凈化效率; 另外，滯留塘內還可以放養魚(yú)類(lèi)，為農民增收。
④人工濕地為潛流濕地，從下向上依次填充大小不一的碎石和細沙，這種結構有利于微生物的附著(zhù)和防止堵塞; 濕地種植美人蕉、菖蒲、高羊茅和石菖蒲，美人蕉和菖蒲的生物量大，凈化功能強，但不能越冬，而高羊茅和石菖蒲雖然生物量相對較小，但四季常綠，這種搭配消除了濕地冬季凈化效果不明顯和景觀(guān)差的弊端。
⑤不投放藥劑，無(wú)二次污染; 管理運行簡(jiǎn)便，無(wú)需專(zhuān)人管理和運行經(jīng)費，這是貧困地區農村污水處理系統良好運行的保證; 處理效果穩定可靠，出水灌溉可以緩解農村用水緊張。
3 工藝設計
整個(gè)系統分為5 個(gè)梯級單元。第1 單元為河道植物帶滯留塘，長(cháng)約為150 m，寬為20～30 m不等(受地形限制) ，壩高為1～2 m(兩岸淺，河中央深) ，泄水孔在1 m高度處，直徑為0．3 m，以滿(mǎn)足河道對生態(tài)用水和景觀(guān)用水的需要。河道中央種植金魚(yú)藻、狐尾藻等沉水植物，岸帶有喜旱蓮子草、李氏禾和藨草等，發(fā)揮河道植物帶的水質(zhì)凈化功能。另外，此單元攔截大量的漂浮物和泥沙，便于清淤。
第2 單元為跌水曝氣系統，長(cháng)約為70 m，寬為4～15 m，落差約為5 m。通過(guò)在河道中放置各種石塊，使之擋水回旋和濺起水花實(shí)現自然復氧。跌水曝氣可增強水質(zhì)凈化效果。
第3 單元為漂浮植物滯留塘，長(cháng)約為90 m，寬約為60 m，水深為3～6 m，滾水壩溢水。水面種植喜旱蓮子草和水芹菜，覆蓋度約為40%，吸收水體中的氮、磷，同時(shí)為微生物掛膜提供載體; 該單元主要起到緩沖、延長(cháng)水力停留時(shí)間、厭氧消化、促進(jìn)顆粒物沉降的作用，可以減輕后續單元的污染負荷。
第4 單元為斜面式滾水壩曝氣系統，利用滯留塘水壩，在出水面利用石塊建成斜面式溢流堰，坡度為75°。其作用是增加水體的溶解氧含量，提高水體的自?xún)裟芰�。溢流堰出水部分進(jìn)入人工濕地，多余部分沿河道流出。滾水壩也具有一定的水質(zhì)凈化能力。
第5 單元為潛流碎石床濕地，由三級串聯(lián)，面積分別為394、444、448 m2，處理規模為500 m3 /d。濕地間由過(guò)水堰隔開(kāi)，水流經(jīng)過(guò)水堰進(jìn)入下一級濕地;濕地種植美人蕉、菖蒲、石菖蒲和高羊茅，根據植物習性進(jìn)行配置，種植密度為10 株/m2。
4 凈化效果
4. 1 梯級滯留塘的凈化效果
工程建成、植物群落恢復穩定后，在進(jìn)水、一級塘出水和二級塘滾水壩出水處設采樣點(diǎn)，于12 月至翌年7 月每月監測1 次(2 月因故未監測) ，從7 次的監測結果均值(見(jiàn)表1) 來(lái)看，梯級滯留塘對總磷、總氮、氨氮的平均去除率分別為72．73%、40．24%和63．14%。對磷的去除主要是通過(guò)物理沉降來(lái)實(shí)現，植物凈化也有一定的作用，采用梯級滯留塘延長(cháng)了水的停留時(shí)間，提高了磷的凈化效果; 對氮的去除主要是通過(guò)微生物的硝化、反硝化作用來(lái)實(shí)現，在滯留塘系統中種植植物為微生物的附著(zhù)提供了載體，強化了氮的去除效果; 另外，系統中的硝態(tài)氮和亞硝氮濃度呈逐級增加的趨勢，說(shuō)明滯留塘系統中發(fā)生著(zhù)強烈的硝化作用。
從表1 還可以看出，一級植物帶滯留塘(水深＜ 1 m) 的脫氮除磷效果要顯著(zhù)優(yōu)于二級滯留塘(水深為3～6 m) ，這可能是一級滯留塘中植物帶的作用，可見(jiàn)，河道滯留塘水深以適宜植物的生長(cháng)為宜，不宜過(guò)深; 另外，一級河道植物帶滯留塘出水COD濃度升高，可能與一級塘植物死亡分解有關(guān)，因此，在冬季植物枯萎時(shí)有必要及時(shí)收割，以保障運行效果。監測期間水溫為16．8 ℃，pH 值平均為8．0，出水NH3-N、TP和COD濃度分別達到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002) 的Ⅳ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)標準�？梢�(jiàn)，對于僅受農業(yè)農村面源污染的低濃度污染河流，通過(guò)滯留塘系統能夠有效改善水質(zhì)。
4. 2 潛流碎石床濕地的凈化效果
潛流碎石床濕地的脫氮除磷效果見(jiàn)表2。與梯級滯留塘一樣，潛流碎石床濕地的除污效果優(yōu)劣順序也是總磷＞氨氮＞總氮，對三者的去除率分別為78．57%、73．08%、43．27%。潛流人工濕地對TP 的去除主要是通過(guò)吸附和沉積作用完成的。多級濕地串聯(lián)延長(cháng)了污水在濕地系統中的停留時(shí)間，大大提高了水質(zhì)凈化率，濕地出水水質(zhì)較好，總磷和氨氮濃度達到了GB 3838—2002 的Ⅱ類(lèi)標準。
4. 3 滯留塘與潛流碎石床濕地運行管理的比較
滯留塘與潛流碎石床濕地對輕污染河水的凈化效果都非常顯著(zhù)，但是在一年多的運行過(guò)程中，潛流碎石床濕地受到村民的破壞較為嚴重，維護成本增加，而且在雨季，由于濕地的處理能力有限，較多的污水不能進(jìn)入濕地系統處理; 而滯留塘基本沒(méi)有進(jìn)行維護。鑒于貴州當前農村的經(jīng)濟現狀和人們的環(huán)保意識，選擇滯留塘系統處理輕污染河水是非常適合的。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5 結論
①梯級滯留塘對總磷、總氮、氨氮的去除率分別為72．73%、40．24% 和63．14%，去除效果良好。滯留塘系統管理粗放，建設成本低，基本不需運行費用，是貴州山區污染河流治理工藝的理想選擇�；謴秃拥乐参飵Э梢蕴岣邷籼料到y的凈化效果，但在冬季植物枯萎時(shí)要及時(shí)收割，以免形成二次污染。
②潛流碎石床濕地對低濃度的氮、磷有較高的凈化效果，對總磷、總氮、氨氮的去除率分別為78．57%、43．27% 和73．08%。多級潛流碎石床濕地串聯(lián)能夠提高水質(zhì)凈化效果。
③梯級滯留塘與潛流碎石床濕地組合工藝的水質(zhì)凈化作用明顯，能夠滿(mǎn)足水源地水質(zhì)保護的要求。與潛流碎石床濕地相比，滯留塘系統更適合山區污染河流的治理。
