人工湿地在我国北方地区冬季应用的研究.pdf

1、农业环境科学学报 2 0 0 4，2 3(6)：1 0 7 71 0 8 1 J o u r n a l o fA g r o E n v i r o n m e n t S c i e n c e 人工湿地在我国北方地区冬季应用的研究 刘学燕，代明利，刘培斌(1 中国农业大学环境工程系，北京 1 0 0 0 9 4；2 北京师范大学环境科学研究所，环境模拟与污染控制国家重点联合实 验室，北京 1 0 0 8 7 5；3 北京市水利科学研究所，北京 1 0 0 0 4 4)摘要：为确定利用人工湿地在北方地区冬季运行所需的设计参数，利用在官厅水库岸边建立的人工湿地，开展了潜流 人工湿地系统处理官

2、厅水库水的冬季试验研究。结果表明，在寒冷的冬季，潜流人工湿地系统在隔离层保护下可以正常 运行，使用不同的覆盖物进行隔离保温，对系统的处理性能有很大的影响，在水力负荷率为 0 2 5 0 4 5 m d 时，冬 季 C O D 和N H；一N的去除率分别为 1 5 和5 0 ，B O D 、T N和T P的去除率分别为 6 5、2 5 和 3 5。去除率随水力负 荷率的提高而降低，当水力负荷超过 0 4 m d 一 时，去除率明显降低。潜流人工湿地系统在冬季寒冷低温条件下对微污 染地表水有较好 的净化效果。一 关键词：低温寒冷；人工湿地；水质改善 中图分类号：X 7 0 3 1 文献标识码：A

3、文章编号：1 6 7 22 0 4 3(2 0 0 4)0 61 0 7 7 0 5 Ap p l i c a t i o n o f S u b s ur f a c e Fl o w Co n s t r u c t e d W e t l a n d i U No r t h Ar e a o f Ch i u a i u W i n t e r U U Xu e y a n DAI Mi n g l i L I U P e i b i n (1 E n v i r o n me n t a l E n g i n e e ri n g D e p a r t m e n t，C h i

4、 n a A g r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y，B e i j i n g 1 0 0 0 9 4，C h i n a；2 S t a t e K e y J o i n t L a b o r a t o r y o f E n v i r o n me n t al S i m u l a t i o n a n d P o l l u t i o n C o n t r o l，I n s t i t u t e o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s，B e i j i n g N o

5、r ma l U n i v e r s i t y，B e i j i n g 1 0 0 8 7 5，C h i n a；3 B e i j i n g H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e，B e i j i n g 1 0 0 0 4 4，C h i n a J Ab s t r a c t：T o d e t e rm i n e t h e d e s i g n i n g p a r a me t e rs a n d t h e l a w s n e c e s s a ry f o r c o n s t

6、r u c t e d we t l a n d ru n n i n g i n n o ah a r e a o f Ch i n a i n wi n t e r W e s t u d i e d e x p e rime n t a l l y t h e r e mo v a l e f f e c t o f BOD5，C ODM ，P a n d N b y s u b s u r f a c e flo w we t l a n d s y s t e m i n t h e r e s e r v o i r i n w i n t e r u n d e r t h e

7、d i f f e r e n t c o n d i t i o n s o f h y d r a u l i c l o a d i n g r a t e，u s i n g t h e a r t i fi c i a l we t l a n d b u i l t a t t h e e d g e o f Gu a n t i n g R e s e rvo i r wh i c h r e c o n s t ruc t e d o n t h e f o u n d a t i o n o f c o n s t ruc t e d we t l a n d b e g i

8、 n n i n g t o run n i n g i n s p rin g 1 1 1 e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e s u b s u rfa c e fl o w w e t l a n d s y s t e m c o v e r e d wi t h h e a t i n s u l a t i o n s t u f f c o u l d o p e r a t e n o rm a l l y i n c o l d wi n t e r 1 1 1 e t r e a t me n t c a p a

9、b i l i t y o f t h e s y s t e m v a r i e d wi t h h e a t i n s u l a t i o n s t u if,a n d wh e n t h e h y d r a u l i c l o a d i n g r a t e wa s 0 2 50 4 5 m d o n a v e r a g e t h e r e mo v a l r a t e s o f CODM ，NH；一N，B OD5，TN a n d T P we r e 1 5，5 0 ，6 5 ，2 5 a n d 3 5 ，r e s p e c t

10、 i v e l y T h e r e mo v a l r a t e s d e c r e a s e d wi t h t h e i n c r e a s e o f h y d r a u l i c l o a d i n g r a t e a n d d e c r e a s e d r e ma r k a b l y wh e n t h e h y d r a u l i c l o a d i n g r a t e e x c e e d e d 0 4 m d一 1 Th e s e r e s u l t s d e mo n s t r a t e d

11、t h a t t h e s u b s u r f a c e fl o w c o n s t ru c t e d w e t l a n d s y s t e m c o u l d w e l l p u r i f y t h e m c ro -p o l l u t e d s u r f a c e wa t e r a t l o w t e n pe r a t ur e i n wi n t e r Ke y wo r d s：l o w t e mp e r a t u r e；c o n s t ru c t e d we t l a n d；wa t e r

12、q u a l i t y i mp r o v e me n t 将人工湿地用于污水处理具有许多优势，但由于 人工湿地是一个人工的自然系统，受气候影响比较 大，特别是在冬季，存在防冻和植被枯死、表面冻结造 成床体缺氧等许多问题。潜流式人工湿地最早是在德 国建造的，其主要优势是污水在处理过程中被覆盖起 来，使污水因蒸发和流动造成的能量损失最小。这种 人工湿地更适宜在冬天运行。在寒冷地区使用人工湿 地技术，因为冬季严寒，能使人工湿地系统冻结，甚至 收 稿 日期：2 0 0 40 33 0 基 金项 目：国家 重点科技 攻关 计划项 目(9 69 2 04 O一0 4)作者简介：刘学燕(1 9 7

13、 9 一)，男，江西泰和人，硕士研究生，主要从事流 域污染控制研究。Ema i l：l i u x y z x e y o u C O B 发生管道破裂等问题，所 以在冬季要求对其进行隔离 保护。为了更有效地隔离，必须在设计的时候就将均 衡地布置覆 盖物作为人工湿地 系统 的一个主要 部 分。将覆盖物用作隔离物，在解决系统冰冻问题方面 具有很高的效率。被隔离的人工湿地系统的计算机模 型显示，即使在 一 2 0 的低温，适 当的隔离也可有效 地解决人工湿地系统的冰冻问题】。在我国北方利用人工湿地系统改善地表水水质 的研究，特别是在冬季低温下应用性研究很少。为了 探索人工湿地应用于我国北方地 区处

14、理微污染地表 水的可行性，为在我国北方推广此污水处理技术系统 维普资讯 http:/ 1 0 7 8 刘学燕等：人工湿地在我国北方地区冬季应用的研究 2 0 0 4年 1 2月 提供设计参数和运行规律，作者在原有的官厅水库 人工湿地春季开始运行的基础上，对其进行改造，开 展了潜流人工湿地系统在不同水力负荷率条件下对 官厅水库水中有机物和氮、磷的去除效果研究。1 材料与方法 1 1人工湿地 系统 原人工湿地系统位于河北省怀来县黑土洼村官 厅水库旁，设 5个面积相等的湿地单元，总面积为 2 0 0 m z，湿地进、出区水位差为 0 1 6 m。湿地采用水平潜 流结构，底部的平均坡度为 0 8，0

15、5 m m厚的塑料 薄膜防渗，基质分为 3 层，厚度均为 2 0 c m，下边是粒 径为 2 0 c m左右的砾石层，中间是粒径为 0 5 c m左 右的砂砾层，上边是当地的沙质土壤，最上面设 2 5 c m 厚的保护高度，进水区和出水区由砾石构成，出水管 的位置可调控，芦苇和蒲草混合种植。在人工湿地之 前设有沉淀池，以保证湿地进水 中较低 的悬浮物含 量。本实验人工湿地系统在 1 1 月份对原有系统进行 保温改造后连续运行，进水为官厅水库水。整个人工 湿地系统分两个保温系统：进出水管道及进水泵房的 保温系统和人工湿地床的保温系统。(1)进出水管道及进水泵房的保温系统：由于冬 季气温低，最低可

16、达到 一 2 0 一一 3 0，为防止进出 水管道受冻甚至破裂，进出水管道采用暗沟形式和埋 地形式。泵房及出水井均用厚墙(0 4 m)保护，并加 厚 顶覆盖。(2)人工湿地床的保温系统：为防止人工湿地系 统冻结，对其采用隔离保护。在实验人工湿地中采用 两种方法进行对比实验：5 c m空气+1 0 c m冰层保护(3 号湿地)和 5 c m缝隙+1 5 c m秸秆隔离保护(1、2、4、5号湿地)。1 2 实验方法与分析指标 实验运行期为 2 0 0 2年 1 1 月至 2 0 0 3年 3月。为 保证隔离层与人工湿地间保持 5 c m的空气层，实验 采用低水位运行。监测指标为：B O D 、C O D 、N H 2一 N、T N和 T P，均采用国家标准方法测定。2 结果与分析 2 1污水 处理效 果分析 人工湿地在整个运行期间，除 1 1 月和 3 月份水 温偏高基本在 2 oC一9 o C内变化外，1 2 月一2月水温 都在 0 o C一1 oC间。水力负荷以常温运行状态为依据 扩大变化范围设定。l 4 ，l 0 采样序列 图 1 B OD 的去除效果 Fi g u r e 1 Re