滇池河口前置庫污染物削減機理及其工程示范研究.pdf

1、所謂前置庫，是指利用水庫存在的從上游到下游水質(zhì)濃度變化梯度特點，根據(jù)水庫形態(tài)，將水庫分為一個或者若干個子庫與主庫相連，通過延長水力停留時間，促進水中泥沙及營養(yǎng)鹽的沉降，同時利用子庫中大型水生植物、藻類等進一步吸收、吸附、攔截營養(yǎng)鹽，從而降低進入下一級子庫或者主庫水中的營養(yǎng)鹽含量，抑制主庫中藻類過渡繁殖，減緩富營養(yǎng)化進程，改善水質(zhì)。在典型的前置庫內(nèi)，河水首先進入初沉池，由于擋板和溢流板的作用，泥沙和顆粒物在初沉池得以充分沉淀，然后進入主反

2、應(yīng)區(qū)，主反應(yīng)區(qū)發(fā)生物理化學(xué)及生物作用，加快了氮磷、有機物的去除速率。前置庫因其費用較低、管理方便等優(yōu)點，正成為控制湖庫面源污染的有手段徑之一，但從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，仍存在一些不足，如對前置庫的研究面上不夠廣，點上不夠深；學(xué)者多把研究重點放在除磷上，對氮、有機物和懸浮顆粒去除機理研究較少；對于前置庫區(qū)的植物選配報道較少。
　　 本文借鑒物理、化學(xué)和生物等多學(xué)科技術(shù)在水環(huán)境治理中的研究成果，提出了滇池入湖河流前置庫綜合處理生態(tài)系統(tǒng)

3、。從實驗室靜態(tài)試驗選擇吸附劑、河流泥沙吸附氮磷、生態(tài)防護墻設(shè)計等方面對前置庫凈水功能進行強化，并在滇池流域入湖河流東大河進行河口前置庫示范工程的跟蹤研究，對前置庫改善水質(zhì)效果、污染物去除機理、水體凈化效果強化技術(shù)及數(shù)值模擬等方面進行了探索性研究，本課題對改善入滇池河流的水質(zhì)、削減面源污染物、提升滇池旅游景區(qū)形象有著重要的現(xiàn)實意義。
　　 實驗室選配植物的靜態(tài)試驗結(jié)果表明，所選擇的植物對氮、磷、有機物等保持著較高的削減效率，蘆葦、

4、鳶尾、水芹菜、海菜花和金魚藻對氮去除量與生物量增加值的比例分別達到3731.3mg/kg、2678.3mg/kg、5926.5mg/kg、4656.5mg/kg和1457.8mg/kg。在模擬東大河河水污染物濃度范圍內(nèi)，稀土吸附劑吸附氮磷的過程符合Frundlich吸附模型，對氮、磷最大靜態(tài)吸附量分別達到10.8 mg/g和23.8 mg/g。河流中泥沙對氮磷亦有一定的去除效果，泥沙對氮磷的最大吸附量分別達到0.33 mg/g和1.15

5、 mg/g，泥沙對磷的吸附符合Langmuir吸附等溫式，對氮的吸附符合Freundlich吸附等溫式，二者的相關(guān)系數(shù)R2都在0.98以上。
　　 本課題在靜態(tài)試驗研究的基礎(chǔ)上，還開展了示范工程建設(shè)及其跟蹤研究。示范工程運行經(jīng)驗表明，綜合應(yīng)用河流泥沙、吸附劑、生態(tài)防護墻和水生植物的前置庫生態(tài)系統(tǒng)運行穩(wěn)定，在前置庫內(nèi)按庫容每半年投加稀土吸附劑的量維持在1.0 g吸附劑/m3容積，并增設(shè)生態(tài)防護墻（內(nèi)部填充陶粒、上部培栽植物等）生態(tài)

6、工程措施，可以強化前置庫的凈水效果。2008～2009年跟蹤監(jiān)測結(jié)果顯示，旱季典型污染物TN、NH3-N、TP、COD、SS去除率分別達到45.2％、40.2％、79.3％、30.1％和74.4％；雨季典型污染物TN、NH3-N、TP、COD、SS去除率分別達到58.2％、77.1％、84％、35.2％和86.6％。
　　 采用PFU法監(jiān)測前置庫及對照點生物群落變化，對比研究了微型生物群落的構(gòu)成特征和生物量增長與污染物去除率之間

7、的關(guān)系。微生物檢測結(jié)果顯示，隨著示范工程運行時間的延續(xù)，原生動物如臂尾輪蟲、龜甲輪蟲等逐漸出現(xiàn)，生物群落逐漸穩(wěn)定，底泥基質(zhì)中附著微生物量達到0.23μg P/g基質(zhì)，對AOC、BDOC生物穩(wěn)定性指標有較好的去除效果，最大凈化效率分別達到89％和72.3％，工程示范區(qū)入湖河水水質(zhì)得到改善。
　　 根據(jù)前置庫示范區(qū)的水流特征，建立了流場動力學(xué)模型，并對前置庫一次暴雨過程前后25h進行流場變化的跟蹤模擬，模擬結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果吻合較好

8、。同時，綜合考慮Monod方程、化學(xué)動力學(xué)和Fick擴散定律，建立了前置庫水質(zhì)綜合模型，采用模型計算的TN、TP、COD濃度，與實測數(shù)據(jù)相關(guān)性較好，模型可以用來解釋前置庫內(nèi)污染物的去除機制和途徑。
　　 研究結(jié)果表明，采用投加吸附劑、增設(shè)生態(tài)防護墻、合理的植物搭配及對流場人工干預(yù)等強化手段，可以有效提高前置庫凈化低濃度微污染河水的能力，前置庫庫區(qū)構(gòu)成的河流末端小型生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定。本課題為前置庫技術(shù)在高原地區(qū)面源污染控制方面的推