国内面源污染末端控制技术研究进展

(青岛理工大学环境与市政工程学院 山东 青岛 266033)

国内面源污染末端控制技术研究进展

孟凡静汤金龙毕学军张大磊

(青岛理工大学环境与市政工程学院山东青岛266033)

面源污染已成为水体污染的主要途径，是引起地表水氮、磷营养化的主要因素。本文介绍了我国面源污染主要末端控制技术(人工湿地，透水坝、前置库、缓冲带、生物沟)的研究进展。

面源污染；末端控制技术

前言

面源污染是相对于点源污染而言的。点源污染主要指工业生产过程中与部分城市生活中产生的污染物，这种污染形式具有排污点位集中、污染范围呈局部性等特征。面源污染一般理解为分散的污染源造成的污染，农业面污染源的污染物主要是土壤中的农业投入品(化肥、农药等)，在降雨或灌溉过程中，经地表径流、农田排水、地下渗漏等途径进入水体，造成水体污染。目前，面源污染这一环境污染问题我国已经十分突出，迫切地需要有效减少及控制面源污染的手段[1-3]。而末端控制技术是在污染物的迁移转化过程中对污染源进行控制的一种有效手段。目前，国内对面源污染的末端控制技术主要包括以下方式。

一、人工湿地

人工湿地是人建造和管理控制、工程化的湿地，是20世纪70年代发展起来的一种污水处理技术。与传统的二级生化处理相比，人工湿地具有氮、磷去除能力强；处理效果好；操作简单；维护和运行费用低等优点。人工湿地分为平面流湿地、水平潜流湿地和垂直流湿地三种方式。

平面流人工湿地是污水在湿地基质表面漫流，水面暴露于空气中，氧通过水面扩散补给。这种人工湿地通常由一个或者几个池体或渠道组成，池体或渠道间设隔墙分隔，有时底部亦铺设防水材料(如HDPE膜等)以防止污水下渗以保护地下水。池中一般填有土壤、沙、煤渣或者其它基质材料，供水生植物固定根系。表面流水位较浅、水流缓慢，通常以水平流的流态流经各个处理单元[4]。水平潜流人工湿地是污水在填料层表面下，从一端水平流过填料层，充分利用了填料表面生长的生物膜和丰富的植物根系，处理效果受气候影响小，保湿性好。垂直流湿地是污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，床体处于不饱和状态，氧料可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。在控制面源污染过程中，在一些水体污染治理中往往是两种或者是三种人工湿地联合使用。范志锋等利用复合型人工湿地系统净化处理农业面源污染,研究了湿地系统对营养物质、重金属的去除效果。结果表明,在低污染负荷的运 行情况下,湿地系统对总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮的去除率分别为44.11 % 、18.90 %、52.86 % 和 73.32 % ; 对总磷、高锰酸盐指数和叶绿素a的去除率为49.46 %、16.77 %和75.82%。经湿地系统处理后,出水水质完全达到温室蔬菜灌溉水环境质量标准的要求[5]。人工湿地在设计运行时占地比较大，易受恶劣天气影响，处理效率受生长作物生长状况影响大。但其应用近年来还是很广泛的，在太湖，滇池，巢湖的治理中都有应用。李跃勋等在滇池滨湖区建立了表面流人工湿地系统，对该区域内的面源污水处理进行了研究。研究表明：该系统年削减入湖污染物COD、TN、TP负荷达7860、650和20kg，对污水中COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别为15.57%、56.76%、40.37%和35.64%[6]。

二、透水坝

透水坝是基于人工湿地原理和快速渗滤机理而开发的非点源控制新技术[7]，它针对平原河网地区河网密集、 水力坡降小的地形特点以及农业非点源污染的时空不均匀性，用砾石或碎石在河道中的适当位置人工垒筑坝体，利用坝前河道的容积贮存一次或多次降雨的径流，通过坝体的可控渗流来调节坝体的过流量。同时抬高上游水位为下游的处理单元提供“水头”。由于径流在坝体内具有一定的停留时间，所以通过坝体表面种植的植物及“根区”(植物根系及根系附近的微生物形成的微环境)的共同作用，能够降解径流中的氮、磷等营养物质[8]。透水坝与人工湿地是基于相同净化原理的不同技术，具有其自身的特点:①拦蓄径流、节省提升能耗、适宜于平原河网地区的无动力生态修复; ②构筑坝体材料的粒径较大、水力特性较好、降低了堵塞的风险和管理的难度。田猛等为了控制太湖流域农村面源污染，结合人工湿地原理和快速渗滤机理，开发了透水坝技术并进行了运行试验，试验研究表明：透水坝的TN、TP去除率分别为 15.59 % 和 23.44 %，且出水水质达到可以达到要求[9]。

三、前置库

前置库是一种相对较小的，水滞留时间为几天的小水库。它们通常紧靠大的水质需要改善的主体水库。这种本质的改善是在前置库中一系列物理化学和生物化学过程的结果。在前库中轧移营养物质的第一步是从溶解的到颗粒状的生物化学转变(主要是通过浮游植物)。第二步是浮游植物和其它颗粒物质在主 要水库入口的浅水部分或前置库中沉降。沉降过程为自然沉淀或为絮凝所加强。在入流水体中大多发生正磷酸盐的化学凝聚和吸附，但在前置库中，特别在p H值为6.0-8.0范围内，藻类对正磷酸盐的提取比化学或物理化学过程耍且要得多。目前，前置库在我国控制面源污染中有不少应用实例，江苏省溧阳市塘马水库水源地水质安全保障工程中前置库技术得到应用。太湖流域面源污染控制中前置库技术也得到应用这种因地制宜的水污染治理措施。前置库对于控制面源污染，减少湖泊外源有机污染负荷，特别是去除入湖地表径流中的N和P，具有广泛的应用前景。

四、缓冲带

缓冲带是指利用永久性植被拦截污染物或有害物质的条带状、受保护的土地，在流域内建立缓冲湿地、缓冲草地和缓冲林地有机结合的综合系统。它能有效的截流各种盐分如氮、磷等，可明显改善流域水质。黄沈发等在上海东风港进行实验研究，研究表明，结果表明,滨岸缓冲带能有效截留径流水中的悬浮物质和降解渗流水中的氮、磷营养物质[10]。陈金林等通过林带对太湖地区农业非点源污染控制效应的研究,认为农田与沟渠间的缓冲林带有利于截留和净化土壤径流中的 N、P等物质[11]。缓冲带的净化效果受植被和坡度的影响显著。吉国强等对高羊茅、紫穗槐、柽柳3种植被不同配置方式缓冲带对径流水中固体颗粒悬浮物的净化效果进行了研究。结果表明：草本缓冲带对悬浮物的净化效果明显，可净化83%的悬浮物[12]。

五、自然沟塘系统与生态沟

自然沟塘系统是利用自然沟塘的净化能力来控制面源污染，通过其中的土壤吸附、植物吸收、生物降解等一系列自然净化机制，可降低进入河流等地表水中的氮、磷污染物的含量。与人工湿地的其他控制技术相比具有很大的优势。在田间，沟塘往往是农地排水汇入河、湖地表水体的通道，能够有效截留降雨径流，并且作为天然湿地系统而具有良好的水质净化能力。夏霆等做了相关的试验研究，研究结果表明：自然沟塘能有效实现对有机农业非点源污染的削减，沟塘水体中TN、TP降解变化符合指数消减规律；与TP相比，沟塘对水体对TN 的削减效果更为明显，TN 的削减率可达到64.61%远高于TP的33.66%的消减率，同时，沟塘能有效截留有机农业非点源污染中的降雨冲刷物[13]。

生态沟是由开挖沟渠回填介质和植物组成的暴雨径流处理系统，可以是细长的沟渠，也可以做成滞留池塘，一般有水平流向和垂直流向2种形式水平流向的生物沟主要通过物理化学或者生物作用去除污染物;垂直流向的生物沟一般包括植被过滤介质以及底部的穿孔管，处理后的径流由穿孔管收集并排放[14]。生物沟技术对悬浮物及重金属具有较高的去除效率[15]。生物沟技术简单高效、成本低廉，具有很大的应用前景。生物沟对氮的去除波动性较大，这表明系统具有较好的硝化效果，但仅靠植物吸收去除氮还难满足要求，如何提高生物沟对溶解性污染物的去除率有必要关注[16]。

六、结论

面源污染不同于点源污染，面源污染因为其独有的特性治理起来比较复杂，面源污染末端治理技术在我国仍在应用研究阶段。面源污染形势还是很严峻，太湖、巢湖、滇池等一系列水体然在被污染，末端控制技术有所成效但是在控制效果上仍有所欠缺，一些水体水质还在进一步恶化，例如人工湿地技术在处理生活污水是效果很是明显，可以媲美二级生物处理效果，但是在控制面源污染的过程中处理效果没有达到期望值，这和面源污染的特点有直接关系，如污水流量的不确定性及时间的随机性，如何提高面源污染末端控制技术的效率是目前重要的任务。

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[11]陈金林,潘根兴,张爱国,等.林带对太湖地区农业非点源污染的控制[J].山西农业科学，2002，2(12)：10-13

孟凡静(1991.10-)，女，汉族，山东临沂人，大学本科，单位青岛理工大学，研究方向污水处理理论与技术；汤金龙(1991.10-)，男，汉族，湖北京山人，大学本科，青岛理工大学，研究方向固体废物处理；毕学军(1969.03-)，男，汉族，辽宁，教授，博士研究生，青岛理工大学，研究方向废水处理理论与技术；张大磊，男，汉族，山东烟台人，副教授，博士，青岛理工大学，研究方向固体废物处理与处置。

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