河流岸坡净化径流中氨氮的实验室研究

陈晓华

(上海环境保护有限公司，上海 200233)

1 引言

土地处理作为污水生态处理技术的代表，具有构造简单，投资低，有效的解决富营养化等优点，是污水资源化利用的途径之一［1－3］。其原理是通过农田、林地、苇地等土壤－微生物－植物系统的生物、化学、物理等固定与降解作用［4－7］，对污水中的污染物实现净化并对污水及氮、磷等资源加以利用，最终实现污水的稳定化、无害化和资源化［8］。

各种形式的岸坡布置在河道周围，并由土壤及砾石等不用介质组成，天然岸坡多由土壤组成，人工岸坡可由砾石组成。污水经岸坡流入河道，期间经过了土壤或砾石的吸附、过滤和净化，属于土地处理技术的范畴。本文依托室内建立的两种河流岸坡，对径流中氨氮在岸坡内部的净化效率及浓度变化进行分析。

2 材料与方法

2.1 实验水质

根据径流水质特征［9－10］配置模拟水样，模拟污水水质特征见表1。向除氯后的自来水投加葡萄糖、氯化铵、硝酸钾、磷酸二氢钾进行调配，水质pH 呈中性。

表1 模拟实验进水水质

2.2 模型构造

缓坡模型长3.5m，宽0.6m，高1.0m，土坡高约0.8m，坡比为1∶2.5，在坡角处由碎石压盖;陡坡模型长2.7m，宽0.6m，高1.0m，土坡高约0.8m，坡比为1∶5，在坡的末端由大块碎石压盖，考虑到土体的压力和水压力，在模型底面用梯形的浆砌块石做挡墙，墙高0.5m。

图1 缓坡模型

2.3 填充介质

实验用土选择微生物种类较多、土壤结构较疏松的细沙壤土，土壤特性见表2。

图2 陡坡模型

2.4 实验方案

(1)工艺流程。在集水池调配实验水质，由潜水泵将配置的污水抽至各岸坡进水口，经岸坡内部净化处理并汇集到出水池。在进水处安装独立的阀门和流量计，确保流量恒定，进水管使用布满小孔的PVC 管，使出流均匀，尾部安有出水阀，便于调节出水水位。

(2)进水方式及负荷。8月22日至8月27日进水负荷为7～9 升/小时;9月9日至9月14日进水负荷为10～12 升/小时;9月21日至9月26日进水负荷为13～15升/小时;采用连续进水方式。

(3)采样及监测方法。实验在2005年8月、9月进行，进水水温在25°至28°，每个模型有6 个采样点，包括进水和出水，其中将同一断面上两个取样点的污染物浓度平均，得出两点之间平均浓度。氨氮监测指标按照《水和废水监测分析方法》［11］中的方法进行检测。

表2 实验用土特性表

3 实验结果

3.1 缓坡模型对氨氮的净化效果及沿程浓度变化情况

由图3 可见，缓坡模型在第一断面浓度下降最快，之后的断面浓度总体呈平稳状态。其中第一断面处氨氮的去除率为84%～97%，平均去除率为91%;第二断面处氨氮的去除率为89%～97%，平均去除率为94%;出口处氨氮的最终去除率为86%～98%，平均去除率为94.5%。氨氮在三个断面处的平均去除率均大于90%。

图3 氨氮沿程浓度变化及净化效果

3.2 陡坡模型对氨氮的净化效果及沿程浓度变化情况

由图4 可见，陡坡模型在第一断面浓度下降最快，第二断面浓度出现波动，第三断面浓度回落并趋于稳定。其中第一断面处氨氮的去除率为85%～96%，平均去除率为92%;第二断面处氨氮的去除率为60%～95%，平均去除率为78%;出口处氨氮的最终去除率为82%～98%，平均去除率为94%。氨氮在第一断面及出口处的平均去除率均大于90%，在第二断面的平均去除率小于80%。

图4 氨氮沿程浓度变化及净化效果

3.3 水力负荷变化对氨氮净化效率的影响

当进水负荷在10～12 升/小时情况下，两种岸坡模型出口处对氨氮的去除率稳定在96% ±2%;当进水负荷低于或高于10～12L/h，则出口处氨氮的去除率将出现较大波动，波动范围±7%。

4 研究结论

(1)缓坡模型及陡坡模型对微污染水中氨氮具有较高的净化效率(90%以上)，且在第一坡段浓度下降最快。氨氮的去除是由于土壤介质对氨氮进行离子交换的结果［12］，并且介质表面附着的微生物对氨氮也进行了同化作用［13］。

(2)沿程氨氮在缓坡模型的第二断面、第三断面的浓度及净化效率较为稳定，而在陡坡模型中的第三断面浓度及净化效率均出现较大波动。氨氮净化效率下降可能与土壤介质深度有关，随着深度的增加，溶解氧降低，硝化反应受到限制［14］，从而导致深层土壤中微生物的消化强度减弱，影响氨氮的去除效果。

(3)当水力停留时间不变，进水负荷在10～12L/h时，缓坡模型及陡坡模型对氨氮的去除率稳定在96%左右，而当进水负荷低于或高于合理限值时，则氨氮的去除率将出现相对较大波动，水力负荷变化对氨氮的影响较大［15］。

(4)相比较而言，缓坡模型沿程对氨氮的净化效率要比陡坡模型稳定。因此，确定合理的缓坡长度有助于其工程实际应用。

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