石头口门水库湿地污染治理的分析与研究对策

孙慧敏 孙慧华

(长春市石头口门水库管理局湿地管理处,吉林长春 130524;吉林省水利水电勘测设计研究院,吉林长春 130021)

石头口门水库湿地污染治理的分析与研究对策

孙慧敏 孙慧华

(长春市石头口门水库管理局湿地管理处,吉林长春 130524;吉林省水利水电勘测设计研究院,吉林长春 130021)

本文主要阐述了应用人工湿地对石头口门水库水资源污染的处理,在充分论证了人工湿地应用优势的基础上对比了湿地的不同处理方案,分析了人工湿地在不同季节、污染负荷、植物等条件下净化能力的差别。结果表明:(1)人工湿地对污染河水有较好的净化效果,适用于石头口门水库及类似污染条件的河水;(2)采用芦苇等植物净化效果好;(3)湿地对氮、磷、农药、颗粒物等的去除率较高。

湿地;污染;水质;模型

长春市石头口门水库是长春市最重要的水资源基地之一,是人民日常生活和经济建设不可缺少的重要资源。因此,如何保护水资源、涵养水源、改善生态环境、防止水土流失、加强水污染防治,是与防洪抗旱灌溉同等重要的课题。

一、石头口门水库污染源分析

石头口门水库污染源主要来自农田地表径流的面源污染,其最基本特征是晴天积累、雨天排放、没有固定发生源。

1、面源污染的特点

(1)污染物的性质与负荷受气候、下垫面及人类活动方式与强度多种因素影响,具有区域性。

(2)受气候影响,污染物的行为在时空上不连续和不确定,随机性很强,但是年内第一场暴雨是最重要的。

(3)面源污染物的监测、定量化、管理以及污染控制都比较复杂。

(4)面源主要污染物是氮、磷、泥沙以及农药等。

(5)面源主要污染物中氮、磷颗粒比例较高,尤其是磷。

2、面源污染物的来源

(1)农村村落,包括各处对方的生活垃圾、生畜粪尿、无下水道地区生活污水,主要污染物是氮、磷、有机物和泥沙。

(2)农田区,包括土壤流失、花费农药流失,主要污染物是氮、磷、泥沙。

3、面源污染的危害

(1)导致水库富营养化,在富营养水体中生长着义蓝藻、绿藻为优势的大量水藻,使水体变得混浊,水体透明度明显降低、库水感官性状大大下降。藻类死亡后沉入水底,在细菌作用下分解,使水库中的悬浮物和有机物的浓度增加。

(2)富营养化导致水体表层有密集的藻类,使阳光难以透射进入水库深层,而且阳光在穿射过程中被藻类吸收而衰减,造成溶解氧的来源减少。藻类死亡后不断地腐烂分解,消耗深层水体中大量的溶解氧,使水体溶解氧降低。

(3)富营养化导致水的色度、臭味增加。

(4)富营养化产生的某些藻类能够分泌、释放有毒物质,有害人体健康。

二、湿地的重要生态功能

1、湿地的定义

湿地是地球上一种重要的生态系统。它处于陆地生态系统与水生生态系统之间,是陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡带 (Ecotone)。湿地系统一般可以分为两大类:天然湿地和人工湿地。①

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面,将污水、污泥有控制地投配到经人工建造的湿地上,污水与污泥在沿一定方向流动的过程中,主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用,对污水、污泥进行处理的一种技术。

2、建设人工湿地的作用

目前世界上科技工作者正投入大量精力不断改良人工湿地技术。概因湿地在蓄水防洪、调节气温、降解污染、保护生物多样性和维持区域生态平衡等方面能够起到不可替代的作用。

(1)调节水流,控制洪涝。湿地是一个巨大的蓄水库,可以在暴雨和河流涨水期储存过量的降水,均匀地把径流放出,减弱危害下游的洪水,因此保护湿地就是保护天然储水系统。

(2)调节气候,改善空气质量。首先,湿地蓄水面积大,植物能够源源不断地为大气提供水分,保持大气湿度;其次,大面积植物能够吸收大量二氧化碳,释放氧气,使生物量增加,据计算,每平方米沼泽能够产生约15公斤的生物量,有利于调节生态循环;另外,水面植物可以降低风速近20倍,对于调节气候有很大好处。

(3)清除杂质,精华水体。湿地有助于减缓水流的速度,当含有毒物和杂质 (农药、生活污水和工业排放物)的流水经过湿地时,流速减慢,有利于毒物和杂质的沉淀和排除。此外,一些湿地植物像芦苇、水湖莲能有效地吸收污水中的氮、磷等营养,而且能促进植物的品质优良,形成良性循环,改善水质,并使污水得到利用。

(4)保护生物多样性。湿地内会有多种野生动植物,包括鱼类、甲壳类、软体动物、昆虫及曹氏、肉食性动物等构成稳定的生物链结构,保护动植物资源的多样性。

三、湿地建设的研究

1、建设人工湿地的植物选择

植物是人工湿地的重要组成部分。水生植物在人工湿地的作用有:将污水中的部分污染物作为自身生长的养料而被吸收;能够将某些有毒物质的重金属富集、转化、分解成无毒物质;根系生长有利于污水均匀地分布在人工湿地植物床过水断面上,向根区输送氧气创造有利于微生物降解有机污染物的良好根区环境;增加或稳定床体的透水性。可用于人工湿地的植物有:芦苇、香蒲、灯心草、风车草、水葱、香根草、浮萍等。

石头口门水库位于长春地区九台市境内,为中温带大陆性季风气候,年平均气温4.6℃,降水量522-615mm,无霜期140-150天,四季分明,雨热同季,土质肥沃,适用于多种农作物生长。尤其在库区内的地下水位高,水源充沛,土质肥沃,非常适宜芦苇生长。芦苇一般要求生长在粘土区或壤土区,对水质要求不严,为净化污水的首选植物。根据周边调查,芦苇生长好的区域高度可达3m以上,每公顷可产6000-7000公斤左右,为芦苇湿地建设净化水质提供了良好的环境条件。

2、芦苇湿地的建设内容

(1)湿地建设给、排水工程。湿地建设项目区修建上水干线以满足芦苇汛期前的生理需水,尤其是新建的芦苇湿地,并配套排水工程以控制芦苇湿地的灌溉量,做到灌排水自如,为芦苇生长控制杂草提供空间。

(2)湿地建设土地平整工程。芦苇同水稻一样需要灌溉,尤其是芦苇栽植期,需干湿交替进行和建立一定的水层,为控制芦苇湿地灌溉和水层标准的确立,栽植芦苇项目区必须进行整地、翻地、泡田、修建田格,以满足芦苇灌溉要求。

(3)湿地建设芦苇栽种工程。在给排水和土地平整工程基础上,进行芦苇根茎采集、收购、运送、栽种、灌溉、排水等养护管理。

四、芦苇湿地的实现

1、芦苇湿地建设规模的确定

芦苇湿地建设规模的确定,由水库年调节水量和水库氮、磷超标量及芦苇湿地对氮、磷的去除率与芦苇产量来决定。

湿地面积计算公式为:S=(0.0365 Q/k)ln (Ci-C)/(Co-C)

其中S:湿地的设计面积

Q:水流量

k:降解速率常数

Ci:进水污染物浓度

C:湿地水体本底污染物的浓度

Co:要求出水污染物的浓度

2、实验结论

经过近三年的试验运转,出水效果较好。氮、磷等指标明显降低,其余指标也能够达到国家规定的二级处理排放标准。另外每月作两次水质监测,平时无需其它管理。从外观看,进水水质略显浑浊,但无色无臭达到了比较好的效果。

五、结语

人工湿地作为一门新兴的学科和应用技术,对于我国生态型社区的建设具有非常重要的意义和作用。人工湿地由于其具有建设和运行费用低、易于管理维护、废水处理可靠有效、显著减低污染负荷等特点,目前已引起全世界环境科学家的高度重视,正逐渐被广泛应用。

注 释:

①吕宪国.湿地生态系统保护与管理 [M].化学工业出版社,2004-07-01:05.

[1]Brix H.Useof constructed wetland in water pollution control:Historical development,present status,and futureperspectives.Wat Sic Tech,1994,30(8):209-223.

[2]吴振斌,陈辉蓉,荷锋等.人工湿地系统对污水磷的净化作用 [J].水生生物学报,2005,25(1):28-35.

[3]崔理华,卢少勇.污水处理的人工湿地构建技术[M].化学工业出版社,2009-06-01:217-218.

[4]张锡辉.水环境工程学原理与应用 [M].北京化学工业出版社,2002:214.

S156.8

A

1008-7508(2012)01-0136-03

2011-11-16

孙慧敏 (1979～),吉林长春人,女,长春市石头口门水库湿地管理处,中级职称,硕士,研究方向:计算机应用。孙慧华 (1981～),吉林长春人,吉林省水利水电勘测设计研究院,中级职称,本科,研究方向:水利工程。