河渠生态论文：河渠生态调整对氨氮消除的影响范文

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作者：何国富涂俊吴俊单位：华东师范大学资源与环境科学学院

生态修复去除氨氮的净化机理

自然界氮素包括有机氮化合物、无机氮化合物(氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮)。尽管分子氮和有机氮数量多,但植物不能直接利用,只能利用无机氮。在微生物、植物和动物三者的协同作用下将三种形态的氮相互转化,构成氮循环,其中微生物起主导作。河流中氮的的去除机制包括:植物和其他生物的吸收、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、氨的挥发作用、NH4+的阳离子交换作用等。通常条件下,有机氮易被微生物分解、转化,因此人们更关注氨氮的去除。

水生植物根毛的输氧及传递特性,使根系周围连续分布好氧、缺氧和厌氧状态,相当于许多串联或并联的处理单元,使硝化与反硝化作用能够在湿地系统中同时进行:再如在植物一砾石床潜流湿地中,植物的根区效应与砾石的多孔性是影响氨氮去除效果的主要因素。微生物硝化、反硝化作用是人工湿地的主要脱氮方式,此外,同时也能被湿地植物直接摄取,合成蛋白质和有机氮,再通过对植物的收割,达到去除氨氮的目的。影响人工湿地脱氮的主要因素包括:温度、溶解氧、微生物可利用的硝态氮和有机碳、PH值、氧化还原电位、停留时间〕。

目前河道生态修复去除氨氮的技术

1原位生态修复

原位生态修复是直接在河道中对受损河道进行综合整治和修复方法的统称。主要是通过生物修复结合物理修复和化学修复的一个过程。

1.1底泥生态处理技术

河道底泥生态系统是由底泥的化学组分和生物区系共同构成的。底泥具有一定的缓冲能力,其对河道水质稳定性具有重要影响。目前较为常见的河道底泥处理技术就是底泥疏浚。钟继承等发现底泥疏浚能有效的削减沉积物中N、P等营养物,重金属和持久性污染物等污染物的含量,但疏浚过程中会引起污染物大量向水体释放,并对底栖生物和微生物胞外酶活性产生危害。有学者指出城市河道底泥物理疏浚方法效果明显,但工程量大,投入大,而生物一生态修复投入低,处理量大,不易产生二次污染。近几年来底泥生态修复的技术不断发展,出现了包括底泥植物修复、底泥生物氧化、底泥固定化等方法。童昌华等将水生植物修复底泥与物理包被底泥进行了比较,发现经水生植物处理的底泥中氨态氮没有出现明显的释放高峰,且始终保持低水平,其中狐尾草的效果优于凤眼莲。冯奇秀等厂将底泥生物氧化配方和方法应用于黑臭河涌治理,在上游不断流入污水的情况下,N’H4+一N去除率达到30%。

1.2水生植物修复技术

水生植物可通过自身的生长代谢吸收水中的营养物质,有效的控制水中N的含量。春、夏、秋三季主要种植凤眼莲、水浮莲、浮萍等喜温水生植物,冬季种植耐寒性水生植物,如西洋菜、小浮萍、殖草等。受污河道经凤眼莲为主的浮水植物处理,经5个月,NH4十一N、TN分别下降21.8%和49.7%。种植芦苇、菱白、香蒲草,N’H4+一N的去除分别为79.5%、72.7%、59.4%[17」。南京莫愁湖种植莲藕,生产莲藕为25x104kg/a,带出N达到60t[18]。4.1.3生态浮床技术.生态浮床技术是根据生态学原理发展起来的集水环境治理和生态修复一体的实用技术。生态浮床又称生态浮岛。自20年前德国BESTMAN公司开发出第一个生态浮床之后,以日本为代表的国家和地区成功地将生态浮床应用于地表水体的污染治理和生态修复。浮床植物选择原则有四点:(I)尽可能选择来源方便且适应能力较好的本地土著种类;(2)生长量大,繁殖能力强;(3)根系发达;(4)具有一定的经济价值或观赏价值。近年来,我国生态浮床技术进入快速发展期,大量学者进行了相关的研究。郑种仁2例等利用水芹处理模拟氨氮类富营养水体,在HRT=6d时,亚硝酸细菌数为27.OX104个/g水、硝酸细菌数为1.SXIO4个/g水、N’H4十一N平均去除率达到35%;而当HRT=2天时,亚硝酸细菌数为1.3X104个/g水、硝酸细菌数为0.2x104个/g水、N’H4十一N平均去除率仅为6%。徐玉荣等建立梯级生态浮床系统对黑臭河道进行净化,N’H4+一N的去除率平均达到71.9%,其中挺水(香菇草)、浮叶(睡莲)和沉水植物(轮叶狐尾藻)各单元对氨氮的去除率分别为36.1%,22.3%,13.5%。

1.4生态护岸技术

生态护岸是为结合护岸工程与环境生态的要求提出的,既能满足河道护岸功能,又有利于河流生态系统的恢复,其建设过程融合了水利工程学、生态学、环境科学、生物科学等多个学科。1965年,EmstBittmann在莱茵河两岸种植柳树和芦苇。陈杨辉〔25」等利用三种形式的生态护砌去除N’H4+一N的效果分别达到83.6%、83.4%、88.1%。由此可见,生态护砌对水体中氨氮污染物去除效果的影响显著。

2异位生态修复

对于受污染河流,尤其是水量较大或者污染严重的河流,在河流中设计引流装置,将受污河水引入河道旁的污水处理设施中,对其进行集中处理后,再将其排入原河流中。此方法能够有效去除河道中污染物,并防止污染物向下游扩散。

河道旁建设的通常是污水处理厂。19世纪,英国在泰晤士河两岸建设了一系列污水处理厂。20世纪,联邦德国在莱茵河两岸建造了100多座污水处理厂。然而其高昂的建设、运行费用限制这种方法在我国河道整治中的应用。因此,找到合适的处理方法代替传统方法成为关键。人工湿地、氧化塘等处理技术建设费用低,近年来得到研究人员的关注,并在许多地方得到实际应用。

2.1人工湿地处理技术

人工湿地是人工建造与监督控制的、与沼泽表面类似的处理系统,其设计、建造思想来源于对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用系统研究

。人工湿地是20世纪70年代兴起的一种水体污染生态治理技术,因其建设、运行费用低,能耗少,维护方便,且具有一定的景观作用等优点,该技术越来越受到人们的重视。2006年,吴建强等在江苏省新沂河河漫滩上构建了一个表面流人工湿地系统(SurfaeeFlowConstruetedWetland,SFW),人工湿地的进水N’H4+一N浓度为1.37一20.18mg/L,四种不同种植植物对其去除效率分别为64.27%、70.49%、66.78%、58.52%。

2.2稳定塘处理技术

稳定塘,又称氧化塘或生物塘,是一种利用天然池塘的自然净化能力对污水进行处理的构筑物的总称。通常是改造废弃鱼塘或者将土地进行适当休整,建成池塘,并设置围堤和防渗层,依靠塘内生长的微生物处理污水。稳定塘污水处理系统能有效去除污水中的有机和病原菌、无需污泥处理。城市黑臭河道治理中,对于暂时无法截污的城郊河道,利用废弃池塘改造成氧化塘,对上游污水进行预处理仁。

研究表明,在污水进水量为432Ot/d以内(污水停留时间1.4d以上,容积负荷为CODer:0.1一kg/(d•m3)以下),氧气为15.6kg/h的增氧曝气条件下,NLH4+一N去除率在40%以上。由此可见,利用稳定塘处理系统对上游污水进行预处理,对于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类生产、生活等各方面活动。近年来,我国对于此问题日益重视,对河道生态整治的技术不断进步,研究队伍不断扩大。然而,紧靠单一的技术是不能彻底改善和保持河流水环境的。因此,急需一个系统的河道生态修复的思想,要充分发挥原位修复、异位修复等等方面技术的长处,加以结合升华。此外,只有着眼于河道整体生态环境得到改善,才能达到对于氨氮的去除且不反复。对于河流污染的治理不能急功近利,在研究过程中要求要脚踏实地、坚持不懈,必须以流域治理、系统论和水力学方法、环境工程方法、生态学方法有机结合,才能逐步实现对氮磷的控制,对河道生态的修复,实现水清、岸绿、有鱼等昔日的神采。