浮床技术在淀山湖千墩浦前置库区的应用[1]

中国环境学会  2011年 03月31日


  高阳俊 曹勇 陈小华 孙从军  (上海市环境科学研究院,上海,中国,200233)


  摘要 淀山湖千墩浦前置库区域实施的生态浮床试验工程表明,覆盖率为32.7%的生态浮床对千墩浦来水净化效果良好,对TP、TN、COD、SS的去除率达到了18.2%、28.2%、23.8%、14.5%;对浮床外围的水质去除率达到了10.5%、14.6%、14.1%、9.7%;与浮床外围水质相比,生态浮床的污染物去除负荷分别达到了1.32g/ m2/d、21.47 g/ m2/d、79.27 g/ m2/d、75.96 g/ m2/d。美人蕉、再力花浮床植物收获量(生物量鲜重)达到了8565公斤/亩、7223公斤/亩。  
  关键词 淀山湖 千墩浦 前置库 生态浮床 富营养化
   
  淀山湖是上海境内最大的天然淡水湖泊,也是黄浦江上游的重要水源保护区。水质为IV~V类,周围河港密布,进出水道多达70余条,周边发育大小湖泊20余处。急水港、大珠砂、千墩浦是淀山湖上游来水的重要口门之一。其中,千墩浦是淀山湖上游来水中污染最严重的河道,来水总氮高达8.53 mg/L,总磷高达0.70 mg/L,分别是淀山湖区总氮、总磷含量的5.69倍和1.39倍。
  生态浮床是按照自然规律,以浮床为载体,在富营养化的污染水域水面种植植物,通过植物吸收、根系吸附、拦截等作用削减水体中氮、磷及有害物质,达到净化水质的效果,同时又美化水域景观。[1,2] 控制入湖河流污染是减缓湖泊富营养化的有效措施之一。 [3、4]千墩浦前置库生态浮床试验工程以水体生态修复理论的基本原理和生态工程的基本原则为指导,运用生态浮床技术,提高区域内生态系统的完整性,改善千墩浦入湖河道水质,减轻淀山湖水体富营养化程度和蓝藻水华暴发。


  1 材料与方法


  1.1 工程实施地点
  千墩浦是通航河道,往来船只运输繁忙,生态浮床试验工程的建设必须避开航道位置,不得阻碍船只通行,同时为了接纳千墩浦的入湖水流,实现去除污染、降低悬浮物的作用,试验工程位置必须分布在接近千墩浦入湖口附近。由于航道的东南侧是别墅区,靠近航道的位置目前已经建造了游艇码头,因此试验工程布设在主航道的西侧。
  受季风影响,试验工程区域春夏两季盛行东南风,秋季以东到东北风为主,冬季转为西北风,容易受强台风和强对流天气影响。由于淀山湖的调蓄作用,水位几乎不受潮汐影响,工程区水情主要取决于上游地区水情的变化,区域多年平均水位2.53m。


  1.2 工程布局
  综合考虑上述多种因素,生态浮床试验工程定点在千墩浦入口处与牛桥港闸之间,接近千墩浦主航道,离岸500m布设。工程区沿岸长度为200m,宽为90m,总面积为1.8万平米。试验工程区的内部与外部通过不透水围隔隔离,围隔上层缝合泡沫浮体,并用钢缆做上部拉绳,下层缝合石笼袋,防止内外水体的交换,便于工程目标的考核,对风浪与船行波又能起到有效的削减作用。浮床按照垂直水流方向布设,每组浮床单元之间设置一定的间隔,为2~4m,浮床区共计布设浮床109座。在不透水围隔的外围,设置W形的高1.8m的消浪竹排。


  1.3 浮床结构
  本工程采用的浮床结构为角钢+浮体为主,上面种植植物。浮床单体为3×6m,每组浮床由3个单体组合而成,长18m,宽3m。单体之间以固定件连接,固定件方便适用,便于浮床单体的组装、拆卸并可回收再利用。工程完工后于2009年5月初种植植物,种植的植物种类和面积如下表所示。浮床覆盖率为32.7%。
  表1 试验工程的浮床植物

  

种植面积

(㎡)

种植密度

(株/㎡)

种植总量(株)

再力花

1269

16

20304

千屈菜

1838

18

33084

黄菖蒲

965

16

15440

美人蕉

1220

16

19520

聚草

342

26

8892

水葱

144

35

5040

水芹

108

26

2808

合计

5886

 

 


  1.4 采样分析
  试验工程于2009年4月底建设完成,浮床植物自2009年5月初种植。同步开始监测分析。监测点设置为千墩浦来水、浮床外围北侧、浮床区、浮床外围南侧。浮床植物种植后经过2个月的适应性生长,以2009年7月后的数据考察浮床工程的净化效果。监测指标为COD、TN、TP、叶绿素、透明度等。测试方法为国标法。
   
  2 结果与分析


  2.1 千墩浦来水水质概况
  千墩浦来水水质如下表所示。千墩浦来水水质波动较大,属于劣V类水,其主要污染物为TP、TN,其中,可溶性磷酸盐占总磷的54.8%,氨氮占总氮的55.5%。COD含量较低,表明来水中能被氧化的有机物含量不多,SS平均值仅为24 mg/L,表明来水中不可滤残渣不多,溶解氧、透明度均较好。
  表2 千墩浦来水水质

  指标名称

CODmg/L

6.040.0

18.97+7.72

TPmg/L

0.180.70

0.42+0.12

PO4-3-mg/L

0.070.43

0.23+0.10

TNmg/L

2.1612.37

5.28+2.51

氨氮(mg/L

2.299.82

2.93+2.29

SSmg/L

12.540.0

24.55+9.77

DOmg/L

2.307.68

5.35+1.50

透明度(cm

30.053.0

43.07+7.39

 

  2.2 浮床区对P净化
  浮床系统对TP的净化途径包括植物根系的拦截过滤、植物吸收、微生物代谢等。浮床试验工程运行期间,千墩浦上游来水的TP浓度在0.18~0.70 mg/L之间,浮床外围的TP浓度在0.098~0.38 mg/L之间。浮床工程对千墩浦上游来水的TP去除率为18.2%,对浮床外侧的TP去除率为10.5%。


  2.3浮床区对N净化
  浮床系统中N的去除途径包括植物根系上生长的微生物和植物直接吸收、微生物的硝化、反硝化作用。从千墩浦来水、浮床外围、浮床区水质氮的形态看,氨氮分别占总氮的55.5%、51.2%、47.0%。浮床系统对千墩浦上游来水的TN去除率为28.2%,氨氮的去除率为39.0%;对浮床外侧的TN去除率为14.4%,氨氮的去除率为16.2%。
   
  2.4 浮床区对COD、SS净化效果
  浮床系统对有机污染物降解途径主要是植物根系对有机颗粒的截留吸附以及根系微生物充分利用水中的碳源,对SS的去除主要是植物根系的截留和颗粒物的沉降。千墩浦来水中有机污染物和SS浓度均不高,平均为19.0 mg/L和24.6 mg/L。经过浮床工程区后,COD、SS浓度为14.6mg/L、21.4mg/L。浮床系统对千墩浦来水COD、SS去除率为23.8%、14.1%,对浮床北侧水质COD、SS去除率分别为21.7%、9.5%。


  2.5 污染物去除负荷的比较
  污染物去除负荷L的计算公式为: ,其中:Q为进水流量,Ci 为污染物进水浓度,Ce为污染物出水浓度,A为浮床区面积。工程区面积为1.8万平米,浮床覆盖率为32.7%。以淀山湖的平均流速0.01m/s计算通过浮床区的流量Q。根据上式计算各污染物的去除负荷如下表所示。
  表2 污染物去除负荷

  指标

浮床北侧进水浓度(mg/L

去除率

%

去除负荷

g/ m2/d

TP

0.38+0.09

10.5

1.32

TN

4.46+1.94

14.6

21.47

COD

17.0+5.72

14.1

79.27

SS

24.9+13.36

9.7

75.96


  2.6 植物收获和生态改善情况
  2009年9月3日,结合浮床植物的病虫害防治,本项目开展浮床植物的第一次收获工作。2009年11月27日天气转冷,再力花、美人蕉逐渐开始枯萎,本项目开展了第二次收割。植物收获量如下表所示。美人蕉、再力花的收获量非常大,生物量鲜重达到8565公斤/亩、7223公斤/亩。而且,生态浮床工程竣工后,浮床区植物繁茂,昆虫众多,植物根系间生长着许多的水生动物,包括小鱼小虾。这给鸟类带来丰富的食物,也给了鸟类良好的栖息场所,使千墩浦前置库试验工程一个“生态引鸟”工程。
  表3  浮床植物收获量

    

收获量

kg/亩)

再力花

7223

千屈菜

1278

黄菖蒲

3700

美人蕉

8565

聚草

5334

水葱

4000

水芹

冬季收获

 

  3 讨论与结论


  在30%左右的覆盖率下,淀山湖千墩浦前置库区域的浮床试验工程对千墩浦来水和浮床北侧的水质净化效果良好。对千墩浦来水TP、TN、COD、SS的平均去除率为18.2%、28.2%、23.8%、14.5%,对浮床外围的TP、TN、COD、SS的平均去除率为10.5%、14.6%、14.1%、9.7%。对浮床外围的TP、TN、COD、SS去除负荷达到了1.32g/ m2/d、21.47 g/ m2/d、79.27 g/ m2/d、75.96 g/ m2/d。与严以新等人[5、6]用常规的生态浮床系统模拟试验净化重污染的河水时TN的去除负荷相比,本生态浮床试验工程对淀山湖千墩浦来水和浮床外围水质具有明显的净化效果,同时,浮床植物收获量大,且具有明显的生态改善效应。
   
  参考文献
  Lazarova V, Manem J. An innovative process for waste water treatment: the circulating floating bed reactor. Water Science and Technology, 1996, 34(9): 89-99.
  Sooknah RD, Wilkie AC. Nutrient removal by floating aquatic macriophyte cultured in anaerobical digested flushed manure wastewater. Ecological Engineering, 2004, 22: 27-42.
  李英杰, 年跃刚, 胡社荣等. 生态浮床对河口水质的净化效果. 中国给水排水, 2008, 24(11): 60-63.
  高阳俊,赵 振,孙从军.组合生态浮床在滇池入湖河流治理中的应用. 中国给水排水,2009.25(15):46-48.
  严以新, 操家顺, 李欲如. 冬-春季节浮床技术净化重污染河水的动态试验研究. 河海大学学报(自然科学版), 2006, 34(2):119-122.
  李海英,冯慕华,李 玲等.微曝气生态浮床净化入湖河口污染河水原位模型实验.湖泊科学, 2009, 21(6): 782-788.
   
  [1] 作者简介:高阳俊(1976-):女,云南昭通人,博士,主要从事污水治理与生态修复研究
  上海市科委科技攻关计划项目(08DZ1203106)
   

 
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