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随着城市生活污水和工业废水问题已引起了广泛关注并得到有效治理,我国农村村镇排放的污水对自然水体的影响日益突出。受鄱阳湖区域农村污水影响,鄱阳湖水质有恶化的趋势,农村污水已成为制约鄱阳湖区域社会和经济可持续发展的一个重要因素。人工湿地和植物塘都适合用于处理农村污水,将人工湿地和植物塘组合处理农村污水可充分发挥两者的优势,提高出水水质和系统运行稳定性。但目前利用该组合工艺处理农村污染水体的研究较少,可供参考的动力学模型、关键的设计参数等也较少。 本研究运用环境监测方法,对江西地区典型村镇排污河道蒋巷河水质进行了为期一年监测,分析河水水质变化规律及原因,了解蒋巷河河水污染水平。利用江西地区常见的4种沉水植物(马来眼子菜、黑藻、金鱼藻、大聚藻)进行沉水植物效能试验,分析了不同沉水植物对农村污染水体的处理效果及不同水力停留时间对沉水植物处理农村污染水体效果的影响及规律。并建立人工湿地-沉水植物塘组合系统对农村污染水体中有机污染物、氮、磷的去除效果及规律进行了研究。运用对比试验的方法,比较了不同水力条件、不同沉水植物塘有效水深对污染物去除能力的影响,用Excel软件拟合了不同水力停留时间下组合系统污染物去除动力学模型,并进行参数研究。 试验研究结论如下: (1)蒋巷河水质监测试验:江西地区典型村镇排污河道蒋巷河河水TN,NH3-N,TP,COD的年平均浓度分别为11.70、6.72、1.09、43.57mg/l,河水常年处于高度富营养化状态。在长达4个月的枯水期,河水污染最为严重,TN,NH3-N,TP,COD平均浓度分别为20.37、12.19、2.45、57.33mg/l,除COD外,各项指标均高出地表Ⅴ类水标准5倍以上,河水在这时期经常发黑发臭,严重影响周边居民的生产生活,并且污染河水直接排入赣江,对赣江水体造成污染,亟需对蒋巷河进行治理。 (2)沉水植物效能试验:4种沉水植物对污染物质的去除与水力停留时间有的密切的关系,在初期随着水力停留时间的增加,去除率显著增加,在水力停留时间为2～3天时,各污染物的去除率均达到一个较高的水平,后期去除率在最大值附近小范围波动,建议利用沉水植物处理农村污染水体水力停留时间可定为2～3天。马来眼子菜、黑藻、金鱼藻、大聚藻对TN的最大去除率分别为54.71％,77.45%,69.07%,54.28%,出水水质分别为4.72、2.48、3.35、5.032mg/l;对NH3-N的最佳去除率分别为55.41%,62.10%,55.20%,49.02%,出水水质分别为1.41、1.42、1.30、1.70mg/l;对TP的最大去除率分别为84.75%,97.14%,97.02%,81.43%;出水水质分别为0.46、0.13、0.08、0.53mg/l。对COD的最大去除率分别为86.67%,90.24%,87.18%,86.67%,出水水质分别为8.06、6.72、5.38、9.41mg/l。 从以上结果表明,4种沉水植物对污水的处理效果良好,出水水质较好,其中出水NH3-N均达到地表Ⅴ类水标准,出水COD均能达到地表I类水标准,金鱼藻和黑藻出水TP能达到地表Ⅱ类水标准;且不同沉水植物对污染物质的去除效果不同,综合分析4种沉水植物对污水的处理效果为黑藻>金鱼藻>马来眼子菜>大聚藻。 (3)组合系统水力负荷试验:在水力负荷为300～1300mm/d时,人工湿地-沉水植物塘组合系统随着水力负荷的增加,对TN,NH3-N,COD的去除率保持下降的趋势,对TP的去除影响不显著,TN,NH3-N,TP,COD的去除率达42.19%～82.70%,47.88%～75.87%,77.70%～86.77%,48.94%～77.66%;出水浓度为4.55~13.01、3.44～7.9、0.15~0.37、8.40～25.54mg/L。其中系统出水TN、NH3-N浓度均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》的一级A标准,系统出水TP浓度都达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的V类水标准,而出水COD浓度都达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅲ类水标准。以上结果表明,组合系统对农村污染水体处理效果较好,出水水质良好。 (4)动力学模型研究:组合系统对TN,NH3-N,TP,COD的去除动力学模型分别为ln(Ce/Co)=-0.3902t-0.2483,ln(Ce/Co)=-0.2986t-0.5493,ln(Ce/Co)=-0.1237t-1.3986,ln(Ce/Co)=-0.2408t-0.4351,相关系数R2为0.9053、0.7695、0.3109、0.8733,降解速率常数kv分别为0.3902、0.2986、0.1237、0.2408。模型对TN,NH3-N,COD的模拟相关性良好,TP的相关性较差。表明,一级动力学模型可以较好的模拟农村污水中TN,NH3-N,COD在人工湿地-塘组合系统中的去除规律。该模型对以后江西地区人工湿地-塘组合系统的设计以及对系统出水水质的预测均有一定的实用价值。 (5)沉水植物塘的水深试验:在水力负荷为800mm/d,沉水植物塘水深为0.4～1.0m,进水TN,NH3-N,COD,TP分别为20.50±1.19、13.70±1.05、1.14±0.08、42.49±3.18mg/L时,组合系统出水分别为9.45~11.08、4.59～6.96、0.18～0.25、20.49～27.36mg/l,去除率分别为43.24%～55.27%,50.15%～63.72%,78.63%～84.75%,37.89%～48.93%,并且在沉水植物塘水深为0.5m时,组合系统对TN,NH3-N,COD去除率最大,分别为55.27%,63.72%,48.93%。以上结果表明,沉水植物塘水深为0.5~1.0m范围,组合系统对污水的处理效果相近,因此沉水植物塘水深可取0.5m。