CN103449607B

CN103449607B - 一种平原河网区面源污染治理的方法

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Publication number: CN103449607B
Application number: CN201310312559.3A
Authority: CN
Inventors: 吴金水; 李裕元; 肖润林; 刘锋
Original assignee: Institute of Subtropical Agriculture of CAS
Current assignee: Institute of Subtropical Agriculture of CAS
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: CN103449607A

Abstract

一种河浜湿地面源污染治理的方法，其步骤：A、选取以种养业为污染物来源且水流平缓的河浜源头为污染治理区。B、河浜污染治理区内设置栅栏，将污染物集中输入的区域设为基质消纳区，将河道其它部位设为水生植物消纳区；栅栏的材质为竹木或者混凝土。C、在基质消纳区投放稻草，投放量20-25kg/m²；在水生植物消纳区种植绿狐尾藻，郁闭度达到20-30%。D、河浜湿地系统的管理：运行4-5个月以后为基质消纳区补充稻草15-20kg/m²；每间隔1-2个月收获一次绿狐尾藻；及时维修损毁的栅栏。本发明的建设和运行成本低、操作简单，容易被村镇等基层部门所接受，对河浜污水中氮、磷和化学需氧量有极好的处理效果，在中国亚热带平原河网区有很好的推广应用前景。

Description

一种平原河网区面源污染治理的方法

技术领域

本发明涉及农业环境领域，更具体涉及一种养殖来源的平原河网区污染物的治理方法，尤其适用于中国长江以南亚热带平原河网区水污染的治理，降低水体的化学需氧量(COD)和氮磷含量95％以上。

背景技术

近年来随着规模化养殖业的高速发展，养殖废弃物排放引起的江河湖泊的水体富营养化问题日渐突出，养殖业已经成为我国农业面源污染物氮磷的重要来源。根据2010年全国污染源普查的结果，我国每年农业来源的主要水污染物排放量分别为：化学需氧量(COD)1324.09万吨、总氮270.46吨，总磷28.47万吨，其中畜禽养殖业是COD(95.8％)和总磷(56.3％)排放的主要来源，而种植业是总氮排放的主要来源(59.1％)。对水体富营养化的治理我国目前采取的措施主要以工程措施为主，如清除湖泊淤泥，开展生活污水处理等、土壤处理(通过土壤过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物转化和植物吸收等作用来净化污水)等。国内几个大型湖泊及其周边区域的地方政府尽管花费了大量的人力物力采用工程措施治理富营养化，但是经过1-2年以后又会恢复原状，总体上治理效果欠佳，究其原因主要是污染物的源头没有得到有效控制。在亚热带平原河网地区，由于地形平缓、水流缓慢，种植业和养殖业导致的水体富营养化问题十分突出，但是水体污染的治理问题一直是当地水环境治理的难题。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种利用稻草和水生植物绿狐尾藻(Myriophyllumelatinoides)处理种植业和养殖业来源的平原河网区(河浜)水体污染的治理方法，该污水处理方法因地制宜构建多级格栅、深度150-250cm的河浜源头湿地系统，通过添加稻草和栽植浮水植物绿狐尾藻建立稻草基质消纳区和绿狐尾藻湿地植物消纳区，以同时降解和消纳平原河网水体中的COD和氮磷，河浜末端出水中COD、氮和磷的含量比浜头进水中含量(COD3000-5000mg/L，氨氮500-800mgN/L，总磷40-80mgP/L)降低95％以上，水质达到国家农田灌溉水水质标准(COD≤150-200mg/L，GB5084-2005)，能显著改善当地的水体环境。该方法利用当地种植业的废弃物资源(稻草)和水生植物绿狐尾藻对环境的修复功能，操作方便、运行成本低，适宜在中国长江以南平原河网区应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种平原河网区面源污染治理的方法，其步骤是：

A、确定河浜污染治理区：在亚热带平原河网区选择以种植业和养殖业为污染物来源的河浜区域，且符合以下基本条件：为河浜的源头部位，河道长度≤500m，宽度≤25m，水流平缓(流速≤0.2m/s)，水深150-250cm。

B、构建多级栅栏：在河浜污染治理区内设置稻草基质消纳区和绿狐尾藻水生植物消纳区，以降解污水COD和吸纳水体内的氮磷，在不同区域之间设置栅栏以保持稻草基质和水生植物具有相对稳定的水文环境，并防止稻草和绿狐尾藻被洪水冲走。栅栏在河浜内的空间布局、规格及数量均根据河浜水体以及污染物输入点的具体情况确定，主要包括：

1)栅栏的空间布局：在河道内每一个污染物输入点(一般为主河道的源头或者河岔向主河道的入口处)设置一道栅栏，栅栏以上为稻草基质消纳区；在主河道上每间隔50-60m设置一道栅栏，栅栏之间为绿狐尾藻水生植物消纳区，河道下游治理区末端为出水口(见图1：河浜湿地生态治理措施空间布局)。

2)栅栏的设计：在河浜内设置栅栏，栅栏的规格形状如图2(河浜湿地栅栏设计断面图)所示。一般河道可先设置4－6根木桩，打入河底30-40cm加以固定，然后在木桩上、下各固定一根横梁(以楠竹为佳，重量轻且耐用)，上下横梁之间扎上木条或竹片，栅栏空隙宽度20-25cm。栅栏高度与河岸齐平，下端比河流最低水位低20－25cm。河道左右两岸的栅栏要从中间断开，预留一个通道(宽度200-250cm)，以便于小船在河道中行驶以对湿地进行管理。

3)栅栏的材质：栅栏各部分的材质可以是木、竹或者混凝土。

所述的多级栅栏为10－15道。

C、分区放置稻草和种植绿狐尾藻：在河浜污染治理区内污染物排入口附近(20-25m范围内)污染物浓度较高(COD>3000mg/L，氨氮>500mgN/L)，在栅栏以上的基质消纳区内放置稻草，放置量为20－25kg/m²；在主河道内两级栅栏之间的水生植物消纳区种植绿狐尾藻，种苗用量为郁闭水面20-30％为宜。基质消纳区位于河浜的上游，水生植物消纳区位于河浜的下游(图1：河浜湿地生态治理措施空间布局)。

D、平原河网区河浜湿地污水处理系统的运行与管理：在选定的污水处理区域建好多级(10－15级)栅栏，并分区放置稻草和绿狐尾藻之后，河浜湿地污水处理系统即告建成。该系统主要利用稻草和绿狐尾藻的作用消纳水体污染物，从而改善水体水质。系统运行1个月以后治理区出口水体的COD、氨氮以及总磷的去除效果可达95％以上(见表1)。经治理的水体通过河浜水体的自然流动向下游迁移，不需要任何外源动力。湿地正常运行4-5个月以后，对基质消纳区的稻草进行补充(15-20kg/m²)，以维持该区良好的消纳效果。对绿狐尾藻种植区，每1-2个月可以收获(打捞)一次鲜草，收获面积占绿狐尾藻分布面积的70-80％。此外，还要定期检查栅栏的情况，发现损毁的要及时修复。

所述的水生植物指绿狐尾藻(Myriophyllum elatinoides)，本发明选定绿狐尾藻作为湿地消纳区的植物，是根据试验结果它比其它水生植物，如梭鱼草(Pontederia cordata)、水葫芦(Eichharnia crassipes)、水花生(Alternanthera philoxeroides)等具体更强的污染物消纳能力，主要体现在：①兼具沉水植物和浮水植物的特点，能适应水位变化的范围(10-250cm)更宽；②生物量高(年产鲜草可达15吨/亩)，能消纳更多的氮磷；⑶具有适应高污染(氨氮≤500mgN/L)水体的能力。

上述四个步骤相互之间的关系作进一步详细描述：

步骤A：选择宽度相对较小(≤25m)的河浜源头作为污染治理区，并要求水流相对平缓(流速≤0.2m/s)，以便为污染水体的治理提供一个相对稳定的水文环境，避免洪水期水流将稻草、绿狐尾藻等冲走，从而影响整体治理效果的稳定性。

步骤B：在河浜污染治理区构建多级栅栏，目的在于：①防止稻草和绿狐尾藻被洪水冲走；②根据污染程度设置不同的治理措施，即采用稻草基质消纳法消除高污染区(氨氮>500mgN/L)的污染物，而采用绿狐尾藻湿地植物消纳污染程度稍低区域(氨氮<500mgN/L)的污染物；③便于分段管理。

步骤C：在污染程度高的区域，放置稻草是利用稻草自身携带的兼氧型微生物及其创造的适合于微生物繁殖的有利条件，促进降解水体中的有机质，从而降低污染水体的COD；绿狐尾藻为适合于亚热带地区生长的沉水或浮水性水生植物，会通过迅速的营养繁殖郁闭整个水面(4-10月份仅需10-20天)，随着绿狐尾藻的正常生长，能够直接吸收消纳水体中的氮磷，从而降低水体的氮磷浓度。经过30天左右的治理，河浜污染治理区出口的水质可以得到显著改善，其中COD和氮磷的浓度可降低95％以上(见表1)，水质虽然尚未达到2002年颁布实施的中华人民共和国地面水V类水质标准(GB3838-2002)，但是已经达到农田灌溉水的水质标准(GB5084-2005)，可以用作当地的农田灌溉。

表1平原河网区河浜湿地污水的治理效果(建成30天)

步骤D、每间隔4-5个月对基质消纳区的稻草进行补充(15-20kg/m²)更新，目的在于维持该区良好的污染物消纳效果。对于水生植物消纳区要定期收获绿狐尾藻，目的在于将水生植物及其从水体中吸收的氮磷移出河道以外。绿狐尾藻繁殖十分迅速，产量很高，一般每亩水面可产鲜草15吨以上(折干为1.5吨以上)，收获的生物质可作为有机肥直接用于果园、茶园，或者经无害化处理(杀灭虫卵和病菌)以后制成动物饲料加以资源化利用则效益更好。定期检查和修复栅栏目的在于保证不同消纳区域处于良好的运行状态。

本发明与现有污水处理工程相比，具有以下优点和效果：

①对富营养化水体的污染治理技术具有一定的创新性对于水体污染的治理目前已经有很多的方法，但主要以采用工程措施治理集中排放的高浓度废水的技术为主，如沼气池、氧化塘、曝气池等养殖场废水处理技术。对河流湖泊等富营养化水体的治理我国目前采取的措施主要以清除淤泥、开展生活污水集中处理、土壤处理(通过土壤过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物转化和植物吸收作用来净化污水)等。截至目前，针对河道高污染水体的治理还没有合适的方法。本发明针对亚热带平原河网区水量丰沛、水流平缓的特点，就地取材利用天然河浜构建人工湿地，并通过设置多级栅栏和布设不同的措施将水体污染进行分区治理，通过稻草和水生植物的降解和吸收作用处理水体中污染物氮磷，从而有效改善高污染水体的水质，并减少污染物向下游水体的迁移，降低水体富营养化的危害。

建设成本低：现有污水处理工程需要建厌氧池、曝气池及配备相应的固液分离机、鼓风曝气机等机械设备，基建成本至少要在100万元以上。本发明的主要建设成本仅为栅栏、稻草、绿狐尾藻种苗等，以一个总长度400m左右的河浜为例，建设成本包括：栅栏的材料与施工费3万元，稻草添加、更新及人工费4.5万元/年，绿狐尾藻种苗费(一次性)3万元，合计总的建设费用约为10.5万元，普遍低于其它的污水处理工程，一般的村镇集体均可接受。

②运行成本低、操作简单：现有污水处理技术中曝气机械设备需要电力，而本处理方法完全利用水体的自然流动，不需要任何外加能源动力。稻草更新和绿狐尾藻收获虽然需要少量的劳动力和设备(小船)，但是操作十分简单，平均每年的维护费一般仅需8-10万元，普遍低于其它污水处理工程的运行费，而且收获的绿狐尾藻作为有机肥或动物饲料利用以后还可以产生一定的经济效益，从而抵消部分运行成本。

③治理效果好：本河浜湿地面源污染治理方法经过30天左右的运行，治理区出口的水质即可得到显著改善，其中COD和氮磷的浓度可降低95％以上(见表1)，具有极好的治理效果。

总之，本方法建设成本和运行成本低、操作简单，对河浜水体中氮、磷和化学需氧量(COD)有极好的治理效果，容易被村镇等基层部门所接受，在中国亚热带平原河网区有很好的推广应用前景。

附图说明

图1为一种河浜污染生态治理方法的空间布局示意图。

1基质消纳区；2水生植物消纳区；

河浜

栅栏

图2为一种栅栏设计断面示意图。

3通道(宽200-250cm)；4木桩(固定至河底)；5横梁()；6木片或竹片(宽度2-3cm)。

其中：1－基质消纳区、2－水生植物消纳区、3－通道、4－木桩、5－横梁、6－木片或竹片。

具体实施方式

实施例1:

一种400m长河浜源头污水的治理方法(以浙江省嘉兴市为例)，它包括下列步骤：

A、确定河浜污染治理区：在平原河网区选择一条污染严重(COD>3000mg/L)的断头浜(即河浜的源头)，河浜周围居民约为300人，耕地500亩，养殖量约为200头(猪)，有废水排放点(浜岔)5个，污水来源主要为养猪废弃物、生活污水和农田排水。河浜长度400m左右，宽度10-20m，河浜水深150-220cm，流速<0.2m/s。

B、构建多级栅栏：在河浜污染治理区内每个养殖废水输入口附近(20-25m)设置竹木栅栏，栅栏总数为十四道，每道栅栏包括四根木桩4、四根楠竹横梁5和40-80根竹片6。浜头至第一道栅栏为基质消纳区1；在主河道上每间隔50-55m设置一道栅栏，设置通道34个，栅栏之间为水生植物消纳区2。在每道栅栏中间均预留250cm宽的通道3，便于小船航行通过(详见图1、图2)。建造栅栏的材料与施工费用约为3万元。所述的水生植物具体指绿狐尾藻。

C、分区放置稻草和种植绿狐尾藻：在稻草基质消纳区1放置稻草(20kg/m²)；在水生植物消纳区2种植绿狐尾藻，种苗用量以郁闭水面20-30％为宜。稻草与绿狐尾藻种苗费用大约分别为4.5万元和3万元。

D、运行与管理：河浜湿地污水处理系统建成以后，主要利用稻草和绿狐尾藻的对污染物的消纳作用，改善水体水质，运行1个月以后污水COD、氨氮以及总磷的处理效果可达95％以上(见表1)。经治理的水体通过河浜水体的自然流动向下游迁移，不需要任何外源动力。湿地正常运行4-5个月以后，对基质消纳区1的稻草进行补充(15-20kg/m²)，以维持该区良好的消纳效果。对水生植物消纳区2，每1-2个月可以收获(打捞)一次鲜草，收获面积占绿狐尾藻分布面积的70-80％。每年的鲜草产量约为180吨(折干为18吨)，可用作15亩果园或茶园的有机肥，替代化肥的效益约为0.2万元，如果加工成猪饲料则益可达1.8-2万元。此外，还要定期检查栅栏的情况，发现损毁的要及时修复。每年长度400m左右的河浜湿地污水处理系统的运行管理费用(主要是人工费)约为3万元。

所述的基质消纳区是指利用稻草消纳降解污染水体污染物(COD和氮磷)的区域；水生植物消纳区是指利用水生植物绿狐尾藻降解吸收水体污染物(COD和氮磷)的区域。

Claims

1.一种平原河网区面源污染治理的方法，其步骤是：

A、确定河浜污染治理区：在亚热带平原河网区选择以种植业和养殖业为污染物来源的河浜区域，符合以下条件：为河浜的源头部位，河道长度≤500m，宽度≤25m，水流平缓，水深150-250cm；

B、构建多级栅栏：在河浜污染治理区内设置稻草基质消纳区和绿狐尾藻水生植物消纳区，以降解污水COD和吸纳水体内的氮磷，在不同区域之间设置栅栏以保持稻草基质和水生植物具有相对稳定的水文环境，栅栏在河浜内的空间布局、规格及数量根据河浜水体以及污染物输入点确定，包括：

1)栅栏的空间布局：在每一个污染物输入点设置一道栅栏，栅栏以上为稻草基质消纳区；在主河道上每间隔50-60m设置一道栅栏，栅栏之间为绿狐尾藻水生植物消纳区；

2)栅栏的设计：在河浜内设置栅栏，河道先设置4－6根木桩，打入河底30-40cm加以固定，然后在木桩上、下各固定一根横梁，上下横梁之间扎上木条或竹片，栅栏空隙宽度20-25cm，栅栏高度与河岸齐平，下端比河流最低水位低20－25cm，河道左右两岸的栅栏要从中间断开，预留一个宽200-250cm的通道；

3)栅栏的材质：栅栏各部分的材质是木、竹或者混凝土；

所述的多级栅栏为10－15道；

C、分区放置稻草和种植绿狐尾藻：在河浜污染治理区内污染物排入口附近污染物浓度：COD>3000mg/L，氨氮>500mgN/L，在栅栏以上的基质消纳区内放置稻草，放置量为20－25kg/m²；在水生植物消纳区种植绿狐尾藻，种苗用量为郁闭水面20-30％，两种措施在河浜中的空间布局为：基质消纳区位于上游，水生植物消纳区位于河道中间和下游；

D、平原河网区河浜湿地污水处理系统的运行与管理：在选定的污水处理区域建10－15级栅栏，并分区放置稻草和绿狐尾藻之后，河浜湿地污水处理系统建成，该系统利用稻草和绿狐尾藻的作用消纳水体污染物，系统运行1个月以后治理区出口水体的COD、氨氮以及总磷的去除效果可达95％。