人工濕地對(duì)面源污染中氮磷的去除效果研究
——以鐵沖小流域?yàn)槔?/h1>
2017-07-18 11:49:50徐珊珊王建英雷文文楊建明
中國水土保持 2017年7期
徐珊珊，王建英，雷文文，楊建明
(西南有色昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)(院)股份有限公司，云南 昆明 650217)
人工濕地對(duì)面源污染中氮磷的去除效果研究
——以鐵沖小流域?yàn)槔?/p>
徐珊珊，王建英，雷文文，楊建明
(西南有色昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)(院)股份有限公司，云南 昆明 650217)
生態(tài)清潔型小流域；人工濕地；氮；磷；去除率
以昆明市盤龍區(qū)鐵沖小流域?yàn)槔?，?duì)小流域面源污染治理過程中人工濕地對(duì)氮、磷的去除效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：人工濕地對(duì)面源污染中總氮的去除效果隨季節(jié)變化明顯，春、夏、秋季去除效果明顯好于冬季，冬季濕地中植物枯萎后不進(jìn)行收割可能造成水中總氮濃度上升，為避免水生植物腐爛對(duì)下游水質(zhì)造成污染，保持人工濕地的凈水作用，應(yīng)在冬季對(duì)濕地內(nèi)枯萎的植物進(jìn)行收割；人工濕地對(duì)總磷的去除效果前期優(yōu)于后期。
生態(tài)清潔型小流域是指在傳統(tǒng)小流域綜合治理的基礎(chǔ)上，將水土資源保護(hù)、面源污染防治、農(nóng)村垃圾及污水處理等結(jié)合起來的一種新型的綜合治理模式[1]。人工濕地系統(tǒng)在改善農(nóng)村水質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用[2]，具有污染物去除率高、管理強(qiáng)度低和運(yùn)行成本少等特征，是一種常用的農(nóng)業(yè)生態(tài)工程技術(shù)[3]。
松華壩水庫作為昆明市重點(diǎn)飲用水源，1991年起水質(zhì)開始出現(xiàn)惡化跡象，1991—1995 年水質(zhì)基本在Ⅱ、Ⅲ類之間波動(dòng)，1996 年以來均為Ⅲ類，總氮含量嚴(yán)重超標(biāo)，有時(shí)甚至降至Ⅳ類[4]，主要是因?yàn)槭苻r(nóng)業(yè)面源污染的影響。鐵沖小流域位于松華壩水庫水源區(qū)，在生態(tài)清潔型小流域治理過程中采用人工濕地凈化鐵沖河水質(zhì)，對(duì)其中人工濕地的治理效果進(jìn)行研究，期望能為今后類似地區(qū)生態(tài)清潔型小流域治理提供參考。
1 材料與方法
1.1 研究地概況
鐵沖小流域位于盤龍區(qū)北部阿子營鄉(xiāng)境內(nèi)，流域匯水匯入牧羊河，土地總面積18.56 km2，海拔2 105～2 344 m，垂直高差239 m，屬盤龍區(qū)北部淺切割低山丘陵中輕度流失區(qū)。屬北亞熱帶和暖溫帶混合型氣候區(qū)，多年平均氣溫13.5 ℃、≥10 ℃活動(dòng)積溫3 965 ℃、日照時(shí)數(shù)1 800 h、無霜期234 d、降水量1 042.5 mm，降水量年際變化小、年內(nèi)變化較大，一般雨季為5月中旬至10月下旬，雨季降水量占全年降水量的87%。鐵沖小流域所屬阿子營鄉(xiāng)是昆明市主要的百合花生產(chǎn)基地和蔬菜種植基地，流域內(nèi)大量種植花卉和蔬菜，種植過程中大量使用的化肥、農(nóng)藥等對(duì)流域水質(zhì)造成了較為嚴(yán)重的污染。
1.2 人工濕地布置情況
為控制上游污水進(jìn)入牧羊河，進(jìn)而影響松華壩水庫水質(zhì)，2008年底阿子營鄉(xiāng)水管站在鐵沖河出口處建成人工濕地，將所有鐵沖河徑流納入濕地處理后再排入牧羊河，以凈化小流域出水水質(zhì)。2010年11月至2011年1月，在生態(tài)清潔型小流域治理過程中，對(duì)濕地內(nèi)水生植物進(jìn)行了補(bǔ)植補(bǔ)種，主要種植蘆葦、蒲草等水生植物，完成后濕地面積達(dá)17 hm2。人工濕地在小流域中的位置見圖1。
圖1 人工濕地在小流域中的位置示意
1.3 水樣采集與分析
分別在濕地入口及出口設(shè)置取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)位于水面下10 cm左右，用注射器抽取水樣500 mL放置在聚氯乙烯瓶中。2010年11月至2011年1月生態(tài)清潔型小流域治理工程施工期間每月取樣一次，施工結(jié)束后，每個(gè)季節(jié)取樣一次。通常在水樣采集后2 h內(nèi)進(jìn)行分析，水樣較多時(shí)將水樣置于4 ℃低溫環(huán)境保存，24 h內(nèi)處理完畢。
測(cè)定指標(biāo)及方法：總氮用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定[5]；總磷用鉬酸銨分光光度法測(cè)定[6]。
2 結(jié)果與分析
2.1 對(duì)總氮的處理效果
人工濕地對(duì)總氮的凈化效果見表1。由表1知，試驗(yàn)期間人工濕地入口處總氮濃度在0.050～0.893 mg/L之間，出口處總氮濃度在0～0.878 mg/L之間。經(jīng)人工濕地處理后總氮濃度明顯下降，但人工濕地對(duì)總氮的去除效果受氣候影響較大，春、夏、秋三季均保持了較理想的去除率，但冬季去除率低，部分年份1—2月去除率甚至出現(xiàn)負(fù)值。這是因?yàn)橹参镂盏乃俣仁苤参锉旧韮羯L(zhǎng)量和植物組織中氮濃度的限制[7]，春、夏、秋三季水生植物生長(zhǎng)旺盛，對(duì)總氮的去除效果明顯，而冬季人工濕地內(nèi)植物基本停止生長(zhǎng)，未收割的枯葉在腐爛過程中可能會(huì)釋放氮。
表1 人工濕地對(duì)總氮的凈化效果
2.2 對(duì)總磷的處理效果
人工濕地對(duì)總磷的凈化效果見表2。由表2可知，試驗(yàn)期間人工濕地入口處總磷濃度在0.040～0.296 mg/L之間，出口處總氮濃度在0.024～0.060 mg/L之間。人工濕地對(duì)處總磷的去除效果較為明顯，去除率在16%～82%，平均值為42%。其去除機(jī)制主要是通過填料對(duì)總磷的沉淀或吸附反應(yīng)而降解[8]。隨著濕地運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，總磷處理效果有下降趨勢(shì)，2013年后濕地對(duì)磷的去除率明顯降低，甚至還出現(xiàn)了未去除的情況。
3 結(jié) 論
(1)人工濕地對(duì)面源污染物中總氮的去除效果隨季節(jié)變化明顯，春、夏、秋季去除效果明顯好于冬季。
表2 人工濕地對(duì)總磷的凈化效果
(2)冬季濕地中植物枯萎后不進(jìn)行收割可能造成水中總氮濃度上升，為避免水生植物腐爛對(duì)下游水質(zhì)造成污染，保持人工濕地的凈水作用，應(yīng)在冬季對(duì)濕地內(nèi)枯萎的植物進(jìn)行收割。
(3)人工濕地對(duì)總磷的去除效果前期優(yōu)于后期。
[1] 郝咪娜.浙江省生態(tài)清潔小流域建設(shè)措施研究[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2013:1.
[2] 劉文祥.人工濕地在農(nóng)業(yè)面源污染控制中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)研究,1997,10(4):15-19.
[3] 汪慶兵,張建鋒,劉光彥,等.人工濕地系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染TN/TP 的消減作用——以安吉縣深溪河小流域?yàn)槔齕J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2014,30(23):197-204.
[4] 劉楚文.松華壩水庫水源區(qū)面源污染的防治[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2006(6):12-13.
[5] 國家環(huán)境保護(hù)局.水質(zhì) 總氮的測(cè)定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法:GB 11894—89[S].北京:國家環(huán)境保護(hù)局,1989:1-4.
[6] 國家環(huán)境保護(hù)局.水質(zhì) 總磷的測(cè)定 鉬酸銨分光光度法:GB 11893—89[S].北京:國家環(huán)境保護(hù)局,1989:1-4.
[7] 胡浩云,張學(xué)英.淺談人工濕地對(duì)面源污染中氮素的去除效果[J].南水北調(diào)與水利科技,2011,9(3):142-144.
[8] 陳秀榮,周琪.人工濕地脫氮除磷特性研究[J].環(huán)境污染與防治,2005,27(7):526-529.
(責(zé)任編輯 李楊楊)
S157.2
B
1000-0941(2017)07-0028-02
徐珊珊(1984—)，女，云南建水縣人，工程師，學(xué)士，主要從事水土保持和地質(zhì)災(zāi)害防治等工作。
2016-12-20
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人工濕地對(duì)面源污染中氮磷的去除效果研究
——以鐵沖小流域?yàn)槔?/p>
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以昆明市盤龍區(qū)鐵沖小流域?yàn)槔?，?duì)小流域面源污染治理過程中人工濕地對(duì)氮、磷的去除效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：人工濕地對(duì)面源污染中總氮的去除效果隨季節(jié)變化明顯，春、夏、秋季去除效果明顯好于冬季，冬季濕地中植物枯萎后不進(jìn)行收割可能造成水中總氮濃度上升，為避免水生植物腐爛對(duì)下游水質(zhì)造成污染，保持人工濕地的凈水作用，應(yīng)在冬季對(duì)濕地內(nèi)枯萎的植物進(jìn)行收割；人工濕地對(duì)總磷的去除效果前期優(yōu)于后期。
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松華壩水庫作為昆明市重點(diǎn)飲用水源，1991年起水質(zhì)開始出現(xiàn)惡化跡象，1991—1995 年水質(zhì)基本在Ⅱ、Ⅲ類之間波動(dòng)，1996 年以來均為Ⅲ類，總氮含量嚴(yán)重超標(biāo)，有時(shí)甚至降至Ⅳ類[4]，主要是因?yàn)槭苻r(nóng)業(yè)面源污染的影響。鐵沖小流域位于松華壩水庫水源區(qū)，在生態(tài)清潔型小流域治理過程中采用人工濕地凈化鐵沖河水質(zhì)，對(duì)其中人工濕地的治理效果進(jìn)行研究，期望能為今后類似地區(qū)生態(tài)清潔型小流域治理提供參考。
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圖1 人工濕地在小流域中的位置示意
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測(cè)定指標(biāo)及方法：總氮用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定[5]；總磷用鉬酸銨分光光度法測(cè)定[6]。
2 結(jié)果與分析
2.1 對(duì)總氮的處理效果
人工濕地對(duì)總氮的凈化效果見表1。由表1知，試驗(yàn)期間人工濕地入口處總氮濃度在0.050～0.893 mg/L之間，出口處總氮濃度在0～0.878 mg/L之間。經(jīng)人工濕地處理后總氮濃度明顯下降，但人工濕地對(duì)總氮的去除效果受氣候影響較大，春、夏、秋三季均保持了較理想的去除率，但冬季去除率低，部分年份1—2月去除率甚至出現(xiàn)負(fù)值。這是因?yàn)橹参镂盏乃俣仁苤参锉旧韮羯L(zhǎng)量和植物組織中氮濃度的限制[7]，春、夏、秋三季水生植物生長(zhǎng)旺盛，對(duì)總氮的去除效果明顯，而冬季人工濕地內(nèi)植物基本停止生長(zhǎng)，未收割的枯葉在腐爛過程中可能會(huì)釋放氮。
表1 人工濕地對(duì)總氮的凈化效果
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人工濕地對(duì)總磷的凈化效果見表2。由表2可知，試驗(yàn)期間人工濕地入口處總磷濃度在0.040～0.296 mg/L之間，出口處總氮濃度在0.024～0.060 mg/L之間。人工濕地對(duì)處總磷的去除效果較為明顯，去除率在16%～82%，平均值為42%。其去除機(jī)制主要是通過填料對(duì)總磷的沉淀或吸附反應(yīng)而降解[8]。隨著濕地運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，總磷處理效果有下降趨勢(shì)，2013年后濕地對(duì)磷的去除率明顯降低，甚至還出現(xiàn)了未去除的情況。
3 結(jié) 論
(1)人工濕地對(duì)面源污染物中總氮的去除效果隨季節(jié)變化明顯，春、夏、秋季去除效果明顯好于冬季。
表2 人工濕地對(duì)總磷的凈化效果
(2)冬季濕地中植物枯萎后不進(jìn)行收割可能造成水中總氮濃度上升，為避免水生植物腐爛對(duì)下游水質(zhì)造成污染，保持人工濕地的凈水作用，應(yīng)在冬季對(duì)濕地內(nèi)枯萎的植物進(jìn)行收割。
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[1] 郝咪娜.浙江省生態(tài)清潔小流域建設(shè)措施研究[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2013:1.
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[5] 國家環(huán)境保護(hù)局.水質(zhì) 總氮的測(cè)定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法:GB 11894—89[S].北京:國家環(huán)境保護(hù)局,1989:1-4.
[6] 國家環(huán)境保護(hù)局.水質(zhì) 總磷的測(cè)定 鉬酸銨分光光度法:GB 11893—89[S].北京:國家環(huán)境保護(hù)局,1989:1-4.
[7] 胡浩云,張學(xué)英.淺談人工濕地對(duì)面源污染中氮素的去除效果[J].南水北調(diào)與水利科技,2011,9(3):142-144.
[8] 陳秀榮,周琪.人工濕地脫氮除磷特性研究[J].環(huán)境污染與防治,2005,27(7):526-529.
(責(zé)任編輯 李楊楊)
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