石頭口門水庫濕地污染治理的分析與研究對策

孫慧敏 孫慧華

(長春市石頭口門水庫管理局濕地管理處,吉林長春 130524;吉林省水利水電勘測設計研究院,吉林長春 130021)

石頭口門水庫濕地污染治理的分析與研究對策

孫慧敏 孫慧華

(長春市石頭口門水庫管理局濕地管理處,吉林長春 130524;吉林省水利水電勘測設計研究院,吉林長春 130021)

本文主要闡述了應用人工濕地對石頭口門水庫水資源污染的處理,在充分論證了人工濕地應用優(yōu)勢的基礎上對比了濕地的不同處理方案,分析了人工濕地在不同季節(jié)、污染負荷、植物等條件下凈化能力的差別。結果表明:(1)人工濕地對污染河水有較好的凈化效果,適用于石頭口門水庫及類似污染條件的河水;(2)采用蘆葦?shù)戎参飪艋Ч?(3)濕地對氮、磷、農(nóng)藥、顆粒物等的去除率較高。

濕地;污染;水質(zhì);模型

長春市石頭口門水庫是長春市最重要的水資源基地之一,是人民日常生活和經(jīng)濟建設不可缺少的重要資源。因此,如何保護水資源、涵養(yǎng)水源、改善生態(tài)環(huán)境、防止水土流失、加強水污染防治,是與防洪抗旱灌溉同等重要的課題。

一、石頭口門水庫污染源分析

石頭口門水庫污染源主要來自農(nóng)田地表徑流的面源污染,其最基本特征是晴天積累、雨天排放、沒有固定發(fā)生源。

1、面源污染的特點

(1)污染物的性質(zhì)與負荷受氣候、下墊面及人類活動方式與強度多種因素影響,具有區(qū)域性。

(2)受氣候影響,污染物的行為在時空上不連續(xù)和不確定,隨機性很強,但是年內(nèi)第一場暴雨是最重要的。

(3)面源污染物的監(jiān)測、定量化、管理以及污染控制都比較復雜。

(4)面源主要污染物是氮、磷、泥沙以及農(nóng)藥等。

(5)面源主要污染物中氮、磷顆粒比例較高,尤其是磷。

2、面源污染物的來源

(1)農(nóng)村村落,包括各處對方的生活垃圾、生畜糞尿、無下水道地區(qū)生活污水,主要污染物是氮、磷、有機物和泥沙。

(2)農(nóng)田區(qū),包括土壤流失、花費農(nóng)藥流失,主要污染物是氮、磷、泥沙。

3、面源污染的危害

(1)導致水庫富營養(yǎng)化,在富營養(yǎng)水體中生長著義藍藻、綠藻為優(yōu)勢的大量水藻,使水體變得混濁,水體透明度明顯降低、庫水感官性狀大大下降。藻類死亡后沉入水底,在細菌作用下分解,使水庫中的懸浮物和有機物的濃度增加。

(2)富營養(yǎng)化導致水體表層有密集的藻類,使陽光難以透射進入水庫深層,而且陽光在穿射過程中被藻類吸收而衰減,造成溶解氧的來源減少。藻類死亡后不斷地腐爛分解,消耗深層水體中大量的溶解氧,使水體溶解氧降低。

(3)富營養(yǎng)化導致水的色度、臭味增加。

(4)富營養(yǎng)化產(chǎn)生的某些藻類能夠分泌、釋放有毒物質(zhì),有害人體健康。

二、濕地的重要生態(tài)功能

1、濕地的定義

濕地是地球上一種重要的生態(tài)系統(tǒng)。它處于陸地生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)之間,是陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡帶 (Ecotone)。濕地系統(tǒng)一般可以分為兩大類:天然濕地和人工濕地。①

人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面,將污水、污泥有控制地投配到經(jīng)人工建造的濕地上,污水與污泥在沿一定方向流動的過程中,主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學、生物三重協(xié)同作用,對污水、污泥進行處理的一種技術。

2、建設人工濕地的作用

目前世界上科技工作者正投入大量精力不斷改良人工濕地技術。概因濕地在蓄水防洪、調(diào)節(jié)氣溫、降解污染、保護生物多樣性和維持區(qū)域生態(tài)平衡等方面能夠起到不可替代的作用。

(1)調(diào)節(jié)水流,控制洪澇。濕地是一個巨大的蓄水庫,可以在暴雨和河流漲水期儲存過量的降水,均勻地把徑流放出,減弱危害下游的洪水,因此保護濕地就是保護天然儲水系統(tǒng)。

(2)調(diào)節(jié)氣候,改善空氣質(zhì)量。首先,濕地蓄水面積大,植物能夠源源不斷地為大氣提供水分,保持大氣濕度;其次,大面積植物能夠吸收大量二氧化碳,釋放氧氣,使生物量增加,據(jù)計算,每平方米沼澤能夠產(chǎn)生約15公斤的生物量,有利于調(diào)節(jié)生態(tài)循環(huán);另外,水面植物可以降低風速近20倍,對于調(diào)節(jié)氣候有很大好處。

(3)清除雜質(zhì),精華水體。濕地有助于減緩水流的速度,當含有毒物和雜質(zhì) (農(nóng)藥、生活污水和工業(yè)排放物)的流水經(jīng)過濕地時,流速減慢,有利于毒物和雜質(zhì)的沉淀和排除。此外,一些濕地植物像蘆葦、水湖蓮能有效地吸收污水中的氮、磷等營養(yǎng),而且能促進植物的品質(zhì)優(yōu)良,形成良性循環(huán),改善水質(zhì),并使污水得到利用。

(4)保護生物多樣性。濕地內(nèi)會有多種野生動植物,包括魚類、甲殼類、軟體動物、昆蟲及曹氏、肉食性動物等構成穩(wěn)定的生物鏈結構,保護動植物資源的多樣性。

三、濕地建設的研究

1、建設人工濕地的植物選擇

植物是人工濕地的重要組成部分。水生植物在人工濕地的作用有:將污水中的部分污染物作為自身生長的養(yǎng)料而被吸收;能夠?qū)⒛承┯卸疚镔|(zhì)的重金屬富集、轉(zhuǎn)化、分解成無毒物質(zhì);根系生長有利于污水均勻地分布在人工濕地植物床過水斷面上,向根區(qū)輸送氧氣創(chuàng)造有利于微生物降解有機污染物的良好根區(qū)環(huán)境;增加或穩(wěn)定床體的透水性。可用于人工濕地的植物有:蘆葦、香蒲、燈心草、風車草、水蔥、香根草、浮萍等。

石頭口門水庫位于長春地區(qū)九臺市境內(nèi),為中溫帶大陸性季風氣候,年平均氣溫4.6℃,降水量522-615mm,無霜期140-150天,四季分明,雨熱同季,土質(zhì)肥沃,適用于多種農(nóng)作物生長。尤其在庫區(qū)內(nèi)的地下水位高,水源充沛,土質(zhì)肥沃,非常適宜蘆葦生長。蘆葦一般要求生長在粘土區(qū)或壤土區(qū),對水質(zhì)要求不嚴,為凈化污水的首選植物。根據(jù)周邊調(diào)查,蘆葦生長好的區(qū)域高度可達3m以上,每公頃可產(chǎn)6000-7000公斤左右,為蘆葦濕地建設凈化水質(zhì)提供了良好的環(huán)境條件。

2、蘆葦濕地的建設內(nèi)容

(1)濕地建設給、排水工程。濕地建設項目區(qū)修建上水干線以滿足蘆葦汛期前的生理需水,尤其是新建的蘆葦濕地,并配套排水工程以控制蘆葦濕地的灌溉量,做到灌排水自如,為蘆葦生長控制雜草提供空間。

(2)濕地建設土地平整工程。蘆葦同水稻一樣需要灌溉,尤其是蘆葦栽植期,需干濕交替進行和建立一定的水層,為控制蘆葦濕地灌溉和水層標準的確立,栽植蘆葦項目區(qū)必須進行整地、翻地、泡田、修建田格,以滿足蘆葦灌溉要求。

(3)濕地建設蘆葦栽種工程。在給排水和土地平整工程基礎上,進行蘆葦根莖采集、收購、運送、栽種、灌溉、排水等養(yǎng)護管理。

四、蘆葦濕地的實現(xiàn)

1、蘆葦濕地建設規(guī)模的確定

蘆葦濕地建設規(guī)模的確定,由水庫年調(diào)節(jié)水量和水庫氮、磷超標量及蘆葦濕地對氮、磷的去除率與蘆葦產(chǎn)量來決定。

濕地面積計算公式為:S=(0.0365 Q/k)ln (Ci-C)/(Co-C)

其中S:濕地的設計面積

Q:水流量

k:降解速率常數(shù)

Ci:進水污染物濃度

C:濕地水體本底污染物的濃度

Co:要求出水污染物的濃度

2、實驗結論

經(jīng)過近三年的試驗運轉(zhuǎn),出水效果較好。氮、磷等指標明顯降低,其余指標也能夠達到國家規(guī)定的二級處理排放標準。另外每月作兩次水質(zhì)監(jiān)測,平時無需其它管理。從外觀看,進水水質(zhì)略顯渾濁,但無色無臭達到了比較好的效果。

五、結語

人工濕地作為一門新興的學科和應用技術,對于我國生態(tài)型社區(qū)的建設具有非常重要的意義和作用。人工濕地由于其具有建設和運行費用低、易于管理維護、廢水處理可靠有效、顯著減低污染負荷等特點,目前已引起全世界環(huán)境科學家的高度重視,正逐漸被廣泛應用。

注 釋:

①呂憲國.濕地生態(tài)系統(tǒng)保護與管理 [M].化學工業(yè)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]吳振斌,陳輝蓉,荷鋒等.人工濕地系統(tǒng)對污水磷的凈化作用 [J].水生生物學報,2005,25(1):28-35.

[3]崔理華,盧少勇.污水處理的人工濕地構建技術[M].化學工業(yè)出版社,2009-06-01:217-218.

[4]張錫輝.水環(huán)境工程學原理與應用 [M].北京化學工業(yè)出版社,2002:214.

S156.8

A

1008-7508(2012)01-0136-03

2011-11-16

孫慧敏 (1979～),吉林長春人,女,長春市石頭口門水庫濕地管理處,中級職稱,碩士,研究方向:計算機應用。孫慧華 (1981～),吉林長春人,吉林省水利水電勘測設計研究院,中級職稱,本科,研究方向:水利工程。