人工濕地對面源污染中氮磷的去除效果研究
——以鐵沖小流域為例

徐珊珊，王建英，雷文文，楊建明

(西南有色昆明勘測設(shè)計(院)股份有限公司，云南 昆明 650217)

人工濕地對面源污染中氮磷的去除效果研究
——以鐵沖小流域為例

徐珊珊，王建英，雷文文，楊建明

(西南有色昆明勘測設(shè)計(院)股份有限公司，云南 昆明 650217)

生態(tài)清潔型小流域；人工濕地；氮；磷；去除率

以昆明市盤龍區(qū)鐵沖小流域為例，對小流域面源污染治理過程中人工濕地對氮、磷的去除效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：人工濕地對面源污染中總氮的去除效果隨季節(jié)變化明顯，春、夏、秋季去除效果明顯好于冬季，冬季濕地中植物枯萎后不進(jìn)行收割可能造成水中總氮濃度上升，為避免水生植物腐爛對下游水質(zhì)造成污染，保持人工濕地的凈水作用，應(yīng)在冬季對濕地內(nèi)枯萎的植物進(jìn)行收割；人工濕地對總磷的去除效果前期優(yōu)于后期。

生態(tài)清潔型小流域是指在傳統(tǒng)小流域綜合治理的基礎(chǔ)上，將水土資源保護(hù)、面源污染防治、農(nóng)村垃圾及污水處理等結(jié)合起來的一種新型的綜合治理模式[1]。人工濕地系統(tǒng)在改善農(nóng)村水質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用[2]，具有污染物去除率高、管理強(qiáng)度低和運(yùn)行成本少等特征，是一種常用的農(nóng)業(yè)生態(tài)工程技術(shù)[3]。

松華壩水庫作為昆明市重點(diǎn)飲用水源，1991年起水質(zhì)開始出現(xiàn)惡化跡象，1991—1995 年水質(zhì)基本在Ⅱ、Ⅲ類之間波動，1996 年以來均為Ⅲ類，總氮含量嚴(yán)重超標(biāo)，有時甚至降至Ⅳ類[4]，主要是因為受農(nóng)業(yè)面源污染的影響。鐵沖小流域位于松華壩水庫水源區(qū)，在生態(tài)清潔型小流域治理過程中采用人工濕地凈化鐵沖河水質(zhì)，對其中人工濕地的治理效果進(jìn)行研究，期望能為今后類似地區(qū)生態(tài)清潔型小流域治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

鐵沖小流域位于盤龍區(qū)北部阿子營鄉(xiāng)境內(nèi)，流域匯水匯入牧羊河，土地總面積18.56 km2，海拔2 105～2 344 m，垂直高差239 m，屬盤龍區(qū)北部淺切割低山丘陵中輕度流失區(qū)。屬北亞熱帶和暖溫帶混合型氣候區(qū)，多年平均氣溫13.5 ℃、≥10 ℃活動積溫3 965 ℃、日照時數(shù)1 800 h、無霜期234 d、降水量1 042.5 mm，降水量年際變化小、年內(nèi)變化較大，一般雨季為5月中旬至10月下旬，雨季降水量占全年降水量的87%。鐵沖小流域所屬阿子營鄉(xiāng)是昆明市主要的百合花生產(chǎn)基地和蔬菜種植基地，流域內(nèi)大量種植花卉和蔬菜，種植過程中大量使用的化肥、農(nóng)藥等對流域水質(zhì)造成了較為嚴(yán)重的污染。

1.2 人工濕地布置情況

為控制上游污水進(jìn)入牧羊河，進(jìn)而影響松華壩水庫水質(zhì)，2008年底阿子營鄉(xiāng)水管站在鐵沖河出口處建成人工濕地，將所有鐵沖河徑流納入濕地處理后再排入牧羊河，以凈化小流域出水水質(zhì)。2010年11月至2011年1月，在生態(tài)清潔型小流域治理過程中，對濕地內(nèi)水生植物進(jìn)行了補(bǔ)植補(bǔ)種，主要種植蘆葦、蒲草等水生植物，完成后濕地面積達(dá)17 hm2。人工濕地在小流域中的位置見圖1。

圖1 人工濕地在小流域中的位置示意

1.3 水樣采集與分析

分別在濕地入口及出口設(shè)置取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)位于水面下10 cm左右，用注射器抽取水樣500 mL放置在聚氯乙烯瓶中。2010年11月至2011年1月生態(tài)清潔型小流域治理工程施工期間每月取樣一次，施工結(jié)束后，每個季節(jié)取樣一次。通常在水樣采集后2 h內(nèi)進(jìn)行分析，水樣較多時將水樣置于4 ℃低溫環(huán)境保存，24 h內(nèi)處理完畢。

測定指標(biāo)及方法：總氮用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定[5]；總磷用鉬酸銨分光光度法測定[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 對總氮的處理效果

人工濕地對總氮的凈化效果見表1。由表1知，試驗期間人工濕地入口處總氮濃度在0.050～0.893 mg/L之間，出口處總氮濃度在0～0.878 mg/L之間。經(jīng)人工濕地處理后總氮濃度明顯下降，但人工濕地對總氮的去除效果受氣候影響較大，春、夏、秋三季均保持了較理想的去除率，但冬季去除率低，部分年份1—2月去除率甚至出現(xiàn)負(fù)值。這是因為植物吸收氮的速度受植物本身凈生長量和植物組織中氮濃度的限制[7]，春、夏、秋三季水生植物生長旺盛，對總氮的去除效果明顯，而冬季人工濕地內(nèi)植物基本停止生長，未收割的枯葉在腐爛過程中可能會釋放氮。

表1 人工濕地對總氮的凈化效果

2.2 對總磷的處理效果

人工濕地對總磷的凈化效果見表2。由表2可知，試驗期間人工濕地入口處總磷濃度在0.040～0.296 mg/L之間，出口處總氮濃度在0.024～0.060 mg/L之間。人工濕地對處總磷的去除效果較為明顯，去除率在16%～82%，平均值為42%。其去除機(jī)制主要是通過填料對總磷的沉淀或吸附反應(yīng)而降解[8]。隨著濕地運(yùn)行時間的延長，總磷處理效果有下降趨勢，2013年后濕地對磷的去除率明顯降低，甚至還出現(xiàn)了未去除的情況。

3 結(jié) 論

(1)人工濕地對面源污染物中總氮的去除效果隨季節(jié)變化明顯，春、夏、秋季去除效果明顯好于冬季。

表2 人工濕地對總磷的凈化效果

(2)冬季濕地中植物枯萎后不進(jìn)行收割可能造成水中總氮濃度上升，為避免水生植物腐爛對下游水質(zhì)造成污染，保持人工濕地的凈水作用，應(yīng)在冬季對濕地內(nèi)枯萎的植物進(jìn)行收割。

(3)人工濕地對總磷的去除效果前期優(yōu)于后期。

[1] 郝咪娜.浙江省生態(tài)清潔小流域建設(shè)措施研究[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2013:1.

[2] 劉文祥.人工濕地在農(nóng)業(yè)面源污染控制中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)研究,1997,10(4):15-19.

[3] 汪慶兵,張建鋒,劉光彥,等.人工濕地系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)面源污染TN/TP 的消減作用——以安吉縣深溪河小流域為例[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2014,30(23):197-204.

[4] 劉楚文.松華壩水庫水源區(qū)面源污染的防治[J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2006(6):12-13.

[5] 國家環(huán)境保護(hù)局.水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法:GB 11894—89[S].北京:國家環(huán)境保護(hù)局,1989:1-4.

[6] 國家環(huán)境保護(hù)局.水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法:GB 11893—89[S].北京:國家環(huán)境保護(hù)局,1989:1-4.

[7] 胡浩云,張學(xué)英.淺談人工濕地對面源污染中氮素的去除效果[J].南水北調(diào)與水利科技,2011,9(3):142-144.

[8] 陳秀榮,周琪.人工濕地脫氮除磷特性研究[J].環(huán)境污染與防治,2005,27(7):526-529.

(責(zé)任編輯 李楊楊)

S157.2

B

1000-0941(2017)07-0028-02

徐珊珊(1984—)，女，云南建水縣人，工程師，學(xué)士，主要從事水土保持和地質(zhì)災(zāi)害防治等工作。

2016-12-20