河渠生態(tài)論文：河渠生態(tài)調(diào)整對氨氮消除的影響范文

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作者：何國富涂俊吳俊單位：華東師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院

生態(tài)修復(fù)去除氨氮的凈化機(jī)理

自然界氮素包括有機(jī)氮化合物、無機(jī)氮化合物(氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮)。盡管分子氮和有機(jī)氮數(shù)量多,但植物不能直接利用,只能利用無機(jī)氮。在微生物、植物和動物三者的協(xié)同作用下將三種形態(tài)的氮相互轉(zhuǎn)化,構(gòu)成氮循環(huán),其中微生物起主導(dǎo)作。河流中氮的的去除機(jī)制包括:植物和其他生物的吸收、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、氨的揮發(fā)作用、NH4+的陽離子交換作用等。通常條件下,有機(jī)氮易被微生物分解、轉(zhuǎn)化,因此人們更關(guān)注氨氮的去除。

水生植物根毛的輸氧及傳遞特性,使根系周圍連續(xù)分布好氧、缺氧和厭氧狀態(tài),相當(dāng)于許多串聯(lián)或并聯(lián)的處理單元,使硝化與反硝化作用能夠在濕地系統(tǒng)中同時進(jìn)行:再如在植物一礫石床潛流濕地中,植物的根區(qū)效應(yīng)與礫石的多孔性是影響氨氮去除效果的主要因素。微生物硝化、反硝化作用是人工濕地的主要脫氮方式,此外,同時也能被濕地植物直接攝取,合成蛋白質(zhì)和有機(jī)氮,再通過對植物的收割,達(dá)到去除氨氮的目的。影響人工濕地脫氮的主要因素包括:溫度、溶解氧、微生物可利用的硝態(tài)氮和有機(jī)碳、PH值、氧化還原電位、停留時間〕。

目前河道生態(tài)修復(fù)去除氨氮的技術(shù)

1原位生態(tài)修復(fù)

原位生態(tài)修復(fù)是直接在河道中對受損河道進(jìn)行綜合整治和修復(fù)方法的統(tǒng)稱。主要是通過生物修復(fù)結(jié)合物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)的一個過程。

1.1底泥生態(tài)處理技術(shù)

河道底泥生態(tài)系統(tǒng)是由底泥的化學(xué)組分和生物區(qū)系共同構(gòu)成的。底泥具有一定的緩沖能力,其對河道水質(zhì)穩(wěn)定性具有重要影響。目前較為常見的河道底泥處理技術(shù)就是底泥疏浚。鐘繼承等發(fā)現(xiàn)底泥疏浚能有效的削減沉積物中N、P等營養(yǎng)物,重金屬和持久性污染物等污染物的含量,但疏浚過程中會引起污染物大量向水體釋放,并對底棲生物和微生物胞外酶活性產(chǎn)生危害。有學(xué)者指出城市河道底泥物理疏浚方法效果明顯,但工程量大,投入大,而生物一生態(tài)修復(fù)投入低,處理量大,不易產(chǎn)生二次污染。近幾年來底泥生態(tài)修復(fù)的技術(shù)不斷發(fā)展,出現(xiàn)了包括底泥植物修復(fù)、底泥生物氧化、底泥固定化等方法。童昌華等將水生植物修復(fù)底泥與物理包被底泥進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)經(jīng)水生植物處理的底泥中氨態(tài)氮沒有出現(xiàn)明顯的釋放高峰,且始終保持低水平,其中狐尾草的效果優(yōu)于鳳眼蓮。馮奇秀等廠將底泥生物氧化配方和方法應(yīng)用于黑臭河涌治理,在上游不斷流入污水的情況下,N’H4+一N去除率達(dá)到30%。

1.2水生植物修復(fù)技術(shù)

水生植物可通過自身的生長代謝吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì),有效的控制水中N的含量。春、夏、秋三季主要種植鳳眼蓮、水浮蓮、浮萍等喜溫水生植物,冬季種植耐寒性水生植物,如西洋菜、小浮萍、殖草等。受污河道經(jīng)鳳眼蓮為主的浮水植物處理,經(jīng)5個月,NH4十一N、TN分別下降21.8%和49.7%。種植蘆葦、菱白、香蒲草,N’H4+一N的去除分別為79.5%、72.7%、59.4%[17」。南京莫愁湖種植蓮藕,生產(chǎn)蓮藕為25x104kg/a,帶出N達(dá)到60t[18]。4.1.3生態(tài)浮床技術(shù).生態(tài)浮床技術(shù)是根據(jù)生態(tài)學(xué)原理發(fā)展起來的集水環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)一體的實用技術(shù)。生態(tài)浮床又稱生態(tài)浮島。自20年前德國BESTMAN公司開發(fā)出第一個生態(tài)浮床之后,以日本為代表的國家和地區(qū)成功地將生態(tài)浮床應(yīng)用于地表水體的污染治理和生態(tài)修復(fù)。浮床植物選擇原則有四點(diǎn):(I)盡可能選擇來源方便且適應(yīng)能力較好的本地土著種類;(2)生長量大,繁殖能力強(qiáng);(3)根系發(fā)達(dá);(4)具有一定的經(jīng)濟(jì)價值或觀賞價值。近年來,我國生態(tài)浮床技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期,大量學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究。鄭種仁2例等利用水芹處理模擬氨氮類富營養(yǎng)水體,在HRT=6d時,亞硝酸細(xì)菌數(shù)為27.OX104個/g水、硝酸細(xì)菌數(shù)為1.SXIO4個/g水、N’H4十一N平均去除率達(dá)到35%;而當(dāng)HRT=2天時,亞硝酸細(xì)菌數(shù)為1.3X104個/g水、硝酸細(xì)菌數(shù)為0.2x104個/g水、N’H4十一N平均去除率僅為6%。徐玉榮等建立梯級生態(tài)浮床系統(tǒng)對黑臭河道進(jìn)行凈化,N’H4+一N的去除率平均達(dá)到71.9%,其中挺水(香菇草)、浮葉(睡蓮)和沉水植物(輪葉狐尾藻)各單元對氨氮的去除率分別為36.1%,22.3%,13.5%。

1.4生態(tài)護(hù)岸技術(shù)

生態(tài)護(hù)岸是為結(jié)合護(hù)岸工程與環(huán)境生態(tài)的要求提出的,既能滿足河道護(hù)岸功能,又有利于河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù),其建設(shè)過程融合了水利工程學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物科學(xué)等多個學(xué)科。1965年,EmstBittmann在萊茵河兩岸種植柳樹和蘆葦。陳楊輝〔25」等利用三種形式的生態(tài)護(hù)砌去除N’H4+一N的效果分別達(dá)到83.6%、83.4%、88.1%。由此可見,生態(tài)護(hù)砌對水體中氨氮污染物去除效果的影響顯著。

2異位生態(tài)修復(fù)

對于受污染河流,尤其是水量較大或者污染嚴(yán)重的河流,在河流中設(shè)計引流裝置,將受污河水引入河道旁的污水處理設(shè)施中,對其進(jìn)行集中處理后,再將其排入原河流中。此方法能夠有效去除河道中污染物,并防止污染物向下游擴(kuò)散。

河道旁建設(shè)的通常是污水處理廠。19世紀(jì),英國在泰晤士河兩岸建設(shè)了一系列污水處理廠。20世紀(jì),聯(lián)邦德國在萊茵河兩岸建造了100多座污水處理廠。然而其高昂的建設(shè)、運(yùn)行費(fèi)用限制這種方法在我國河道整治中的應(yīng)用。因此,找到合適的處理方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法成為關(guān)鍵。人工濕地、氧化塘等處理技術(shù)建設(shè)費(fèi)用低,近年來得到研究人員的關(guān)注,并在許多地方得到實際應(yīng)用。

2.1人工濕地處理技術(shù)

人工濕地是人工建造與監(jiān)督控制的、與沼澤表面類似的處理系統(tǒng),其設(shè)計、建造思想來源于對濕地自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物作用系統(tǒng)研究

。人工濕地是20世紀(jì)70年代興起的一種水體污染生態(tài)治理技術(shù),因其建設(shè)、運(yùn)行費(fèi)用低,能耗少,維護(hù)方便,且具有一定的景觀作用等優(yōu)點(diǎn),該技術(shù)越來越受到人們的重視。2006年,吳建強(qiáng)等在江蘇省新沂河河漫灘上構(gòu)建了一個表面流人工濕地系統(tǒng)(SurfaeeFlowConstruetedWetland,SFW),人工濕地的進(jìn)水N’H4+一N濃度為1.37一20.18mg/L,四種不同種植植物對其去除效率分別為64.27%、70.49%、66.78%、58.52%。

2.2穩(wěn)定塘處理技術(shù)

穩(wěn)定塘,又稱氧化塘或生物塘,是一種利用天然池塘的自然凈化能力對污水進(jìn)行處理的構(gòu)筑物的總稱。通常是改造廢棄魚塘或者將土地進(jìn)行適當(dāng)休整,建成池塘,并設(shè)置圍堤和防滲層,依靠塘內(nèi)生長的微生物處理污水。穩(wěn)定塘污水處理系統(tǒng)能有效去除污水中的有機(jī)和病原菌、無需污泥處理。城市黑臭河道治理中,對于暫時無法截污的城郊河道,利用廢棄池塘改造成氧化塘,對上游污水進(jìn)行預(yù)處理仁。

研究表明,在污水進(jìn)水量為432Ot/d以內(nèi)(污水停留時間1.4d以上,容積負(fù)荷為CODer:0.1一kg/(d•m3)以下),氧氣為15.6kg/h的增氧曝氣條件下,NLH4+一N去除率在40%以上。由此可見,利用穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)對上游污水進(jìn)行預(yù)處理,對于NH4+一N的去除起到了重要作用。

研究展望

河流氨氮污染涉及到人類生產(chǎn)、生活等各方面活動。近年來,我國對于此問題日益重視,對河道生態(tài)整治的技術(shù)不斷進(jìn)步,研究隊伍不斷擴(kuò)大。然而,緊靠單一的技術(shù)是不能徹底改善和保持河流水環(huán)境的。因此,急需一個系統(tǒng)的河道生態(tài)修復(fù)的思想,要充分發(fā)揮原位修復(fù)、異位修復(fù)等等方面技術(shù)的長處,加以結(jié)合升華。此外,只有著眼于河道整體生態(tài)環(huán)境得到改善,才能達(dá)到對于氨氮的去除且不反復(fù)。對于河流污染的治理不能急功近利,在研究過程中要求要腳踏實地、堅持不懈,必須以流域治理、系統(tǒng)論和水力學(xué)方法、環(huán)境工程方法、生態(tài)學(xué)方法有機(jī)結(jié)合,才能逐步實現(xiàn)對氮磷的控制,對河道生態(tài)的修復(fù),實現(xiàn)水清、岸綠、有魚等昔日的神采。