河流岸坡净化径流的实验室研究

陈晓华 梁 文

(1.上海环境保护有限公司，上海 200233，2.浙江环科环境咨询有限公司，杭州 310007)

河流岸坡净化径流的实验室研究

陈晓华1梁 文2

(1.上海环境保护有限公司，上海 200233，2.浙江环科环境咨询有限公司，杭州 310007)

利用实验室内建立的河流岸坡展开对地表径流中高锰酸钾指数、氨氮及总磷在模型内部沿程净化效果的实验研究。结果显示，河流岸坡对高锰酸钾指数、氨氮、总磷的去除率分别为90%、80%、80%；沿程各污染物浓度以第一段下降最为明显，第二段略有波动，第三段出水浓度与第一段浓度差异较小；相比较，缓坡模型沿程对高锰酸钾指数、氨氮及总磷的净化效率要比陡坡模型稳定。河流岸坡对地表径流中的高锰酸钾指数、氨氮及总磷有明显的净化效果，确定岸坡的最优坡长比将促进其实际工程应用。

岸坡；径流；净化；实验

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，对径流中各污染物在岸坡内部的净化效率及浓度变化进行分析，以期为人工岸坡处理地表径流提供重要的运行参数和技术支持。

1 材料与方法

1.1 实验水质

根据径流水质特征[1-2]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

图1 缓坡模型

图2 陡坡模型

1.2 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。

1.3 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。

1.4 实验方案

1.4.1 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。

1.4.2 进水方式及负荷

8月14日至8月19日进水负荷为5～7升/小时；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。

1.4.3 采样及监测方法

实验在2005年8月、9月进行，进水水温在25度至28度，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。高锰酸钾指数、氨氮及总磷监测指标按照《水和废水监测分析方法》[2]中的方法进行检测。

表2 实验用土特性表

2 实验结果

2.1 缓坡模型对污染物的净化效果及沿程浓度变化情况

由图3-5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88%～97%，平均去除率为92%，高锰酸钾指数的去除率为80%～99%，平均去除率为88%，总磷的去除率为46%～97%，平均去除率为77%；第二断面处氨氮的去除率为90%～96%，平均去除率为93%，高锰酸钾指数的去除率为93%～99%，平均去除率为97%，总磷的去除率为61%～99%，平均去除率为80%；出口处氨氮的最终去除率为79%～89%，平均去除率为83%，高锰酸钾指数的去除率为95%～99%，平均去除率为98%，总磷的去除率为58%～99%，平均去除率为78%。氨氮、高锰酸钾指数在沿程三个断面的平均去除率均大于80%，而总磷的平均去除率也维持在80%左右。

图3 氨氮沿程浓度变化及净化效果

2.2 陡坡模型对污染物的净化效果及沿程浓度变化情况

由上图可见，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85%～94%，平均去除率为89%，高锰酸钾指数的去除率为87%～94%，平均去除率为92%，总磷的去除率为72%～92%，平均去除率为81%；第二断面处氨氮的去除率为59%～77%，平均去除率为70%，高锰酸钾指数的去除率为92%～99%，平均去除率为96%，总磷的去除率为34%～66%，平均去除率为52%；出口处氨氮的最终去除率为82%～95%，平均去除率为91%，高锰酸钾指数的去除率为88%～99%，平均去除率为95%，总磷的去除率为64%～93%，平均去除率为80%。氨氮、总磷在第一断面及出口处的平均去除率均大于80%，在第二断面的平均去除率小于70%；高锰酸钾指数在沿程三个断面的平均去除率均大于80%。

图4 高锰酸钾指数沿程浓度变化及净化效果

图5 总磷沿程浓度变化及净化效果

图6 氨氮沿程浓度变化及净化效果

图7 高锰酸钾指数沿程浓度变化及净化效果

3 结 论

(1)缓坡模型及陡坡模型对微污染水中氨氮、高锰酸钾指数及总磷均具有较高的净化效率(80%以上)，且在第一坡段浓度下降最快。高锰酸钾指数、总磷的去除主要由土壤介质的吸附和生长在介质表面的生物膜的生物降解来完成。氨氮的去除是由于土壤介质对氨氮进行离子交换的结果，并且介质表面附着的微生物对氨氮也进行了同化作用。

图8 总磷沿程浓度变化及净化效果

(2)就污染物而言，两种岸坡模型的第三断面及出水断面处高锰酸钾指数的净化效率最为稳定；氨氮在缓坡模型的第二断面、第三断面的净化效率较为稳定，而在陡坡模型中的第三断面出现较大波动；总磷在两种岸坡模型中的净化效率波动都较大，其中以陡坡模型第三断面更甚。氨氮、总磷净化效率下降均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，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；随着深度的增加，溶解氧降低，抑制土壤中钙、镁、铁、铝的氧化物与污水中磷酸根离子之间的化学吸附反应，导致土壤颗粒对磷的吸附能力减弱，影响磷的去除效果。

(3)相比较而言，缓坡模型沿程对氨氮、高锰酸钾指数及总磷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。

[1]吴建强.人工湿地处理污染河水现场中试研究[R].河海大学硕士论文，2005年5月：14～17.

[2]曾扬.污水SAT处理试验研究[R].河海大学硕士学位论文，2003年5月：22～25.

[3]国家环境保护局，水与废水监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社，1998.

Study on Experiment of Pollutant Purification by Run-off of River Bank

CHEN Xiaohua1LIANG Wen2

(1.Shanghai Environmental Protection Co.，LTD，Shanghai 200233； 2.Zhejiang Environmental Science Consulting Co.，LTD，Hangzhou 310007)

This experiment studied chemical oxygen demand(CODMn)，ammonia nitrogen (NH4-N) and total phosphorus(TP) internal purification effect along the surface runoff using laboratory established river bank models (including mild slope model and steep slope model).

river bank；run-off；purification；experiment

陈晓华，工程师，硕士研究生，毕业于河海大学，专业环境工程，主要从事河岸生态环境保护、工程设计及环境评估咨询

X21

A

1673-288X(2017)02-0068-03

引用文献格式：陈晓华 等.河流岸坡净化径流的实验室研究[J].环境与可持续发展，2017，42(2)：68-70.