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年月水利学报第卷第期收稿日期基金项目教育部新世纪优秀人才支持计划科技部水利部重大科技项目作者简介冯绍元男江西都昌人博士教授主要从事水资源与水环境方面研究文章编号人工快速渗滤系统对地表微污染水净化效果的试验研究冯绍元郑艳侠唐泽军刘培斌中国农业大学中国农业水问题研究中心北京北京市水务局北京摘要为确定人工快速渗滤系统净化微污染地表水的主要影响因素在三家店水库下游的京永引水渠旁建立了人工快速渗滤系统开展了不同季节三家店水库微污染水净化效果的试验研究结果表明夏季高温季节和的平均去除率分别为和去除率随着渗透速率的提高而降低但是变化不明显随着水温的降低的去除率开始下降在低温季节的去除率明显随着渗透速率的提高而显著降低而受温度和渗透速率的影响不明显但其平均去除率仍可达到试验结果表明人工快速渗滤系统对微污染地表水中和有较好的净化效果且该系统在冬季低温条件下仍可以正常运行但为保证净化效果需要适当减小渗透速率关键词人工快速渗滤系统渗透速率水温地表微污染水中图分类号文献标识码研究背景人工快速渗滤系统是一种新型的污水土地处理系统它克服了传统快速渗滤系统水力负荷低的缺点保留了其设备简单投资少能耗低和出水水质好等优点因而具有广阔的发展前景近十几年来美国法国和丹麦等对地埋式砂滤系统的研究发展很快地埋式砂滤系统与人工快速渗滤系统很类似但其水力负荷较低一般小于不能称为人工快速渗滤系统在我国利用土地处理系统净化微污染地表水的研究还处于起步探索阶段许多方面有待于进一步深入研究官厅水库曾是北京市重要的饮用水水源由于受上游及库区周边地区点源面源污染物的严重污染水库水质不断恶化其主要污染物是有机物和氨氮年官厅水库被迫退出北京市饮用水供水系统面对北京市水资源短缺的严峻形势恢复官厅水库作为北京市饮用水源的功能已经迫在眉睫因此改善和净化位于官厅水库下游的三家店水库对于恢复官厅水库作为北京市饮用水源的功能具有重要的作用为了探索人工快速渗滤系统应用于我国北方地区处理地表微污染水的可行性分析人工快速渗滤系统净化微污染水的影响因素本文开展了人工快速渗滤系统在不同渗透速率和不同季节条件下对三家店水库水中主要有机污染物和的去除效果的现场试验研究材料和方法人工快速渗滤系统人工快速渗滤系统一般由部分组成预处理单元布水管快滤池和出水管本试验进水为微污染三家店水库水悬浮物含量低于故省去了预处理单元布水管主要是将水按一定的方式均匀地分布在快滤池的表层本试验采用了多孔管均匀布水的方式快滤池是处理水的主要场所也是人工快速渗滤系统的核心实际上是由砂水空气构成的固一液一气三相体系人工快速渗滤系统现场试验位于北京市门头沟三家店水库的京永引水渠旁图是人工快速渗滤系统中个快滤池的结构示意图个快滤池中间用墙隔开每个渗滤池内部净尺寸为长宽高其中砂滤层厚度为为保证恒定水位在水池的顶部设溢流孔砂滤层底部铺设砾石作反滤层将缠有纱网的集水管放在反滤层中用于收集过滤后的水图快滤池结构示意渗滤介质本试验选用永定河河床冲积砂作为渗滤介质介质分别过筛和筛分装在个渗滤池内组重复粒径分析结果没有明显差别均为中砂其粒径分析结果及理化性质见表表渗滤介质粒径分析及理化性质粒径?有机质??名称组成中砂中砂水质分析指标试验用水为三家店水库水水质分析指标包括具体分析方法见表表水质指标及分析方法分析项目浓度范围??均值??分析方法高锰酸钾法纳氏试剂比色法接种法水温温度计法碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法钼酸铵分光光度法和去除率定义如下式中为和去除率和分别为和的进水值和出水值试验过程本试验从年月开始运行一直运行到月底经历了夏季高温期秋季中温期和冬季低温期整个试验经历了两个阶段第一阶段连续淹水阶段这一时期主要是稳定系统让滤料自然沉降同时进行生化培养本试验采取了自然挂膜的方法时间为个月第二阶段淹水落干交替阶段采取淹水落干的方式在冬季系统采取了保温措施结果与讨论图典型淹水期内渗透速率的变化渗透速率的变化特征在连续淹水阶段系统昀初的渗滤速率为后渗透速率降为后渗透速率降为个月后渗透速率降为经过落干后系统进入淹水落干交替阶段在第一个淹水期渗透速率昀初为在随后的个周期昀初的渗透速率降到了随后经过的运行渗透速率降到了具体变化过程见图渗透速率降低的主要原因是夏季高温时期会有藻类生长堵塞了滤池表面为了系统更好的运转将表层藻类进行了清除在随后的几个淹水期内昀初的渗透速率恢复到经过的运行渗透速率降到了说明在夏季高温季节藻类的生长会成为人工快速渗滤系统堵塞的主要原因所以夏季应当每个周期清除一次滤料表层恢复系统的渗透能力典型淹水期内和的进水值分别为和出水值分别为?和系统对的影响试验期间年月年月进水的浓度在?之间图分别给出了夏季高温秋季中温冬季低温个不同水温条件下随着渗透速率的变化人工快速渗滤系统对三家店水库水中去除率的影响在个水温条件下渗滤对去除率的影响都随着渗透速率的提高而降低在夏季高温季节的去除率受渗透速率的影响不明显但在秋冬低温季节渗透速率对去除率有较大影响图给出了在一定渗透速率条件下系统对的影响与水温的关系在渗透速率为条件下随着水温的降低人工快速渗滤系统对去除率的影响呈下降趋势图不同水温条件下渗透速率对的影响图渗透速率为?时水温对的影响人工快速渗滤系统能有效去除微污染水中的有机物但是水温和渗透速率对的去除率有较大的影响渗透速率大污染质在渗滤介质内的停留时间短微污染有机物还未来得及被降解即被带出系统使得生化反应不充分造成去除率降低同时水温降低使系统中微生物活性下降生物量也有所降低从而影响到人工快速渗滤系统对水中有机物的去除系统对的影响试验期间年月年月进水的浓度较低基本在?之间波动图分别给出了夏季高温秋季中温冬季低温个不同水温条件下随着渗透速率的变化人工快速渗滤系统对三家店水库水中去除效果的变化规律图给出了在一定渗透速率条件下水温变化对去除效果的影响从图中可以看出人工快速渗滤系统对的去除率受渗透速率变化的影响不大平均去除率在左右同时温度对去除效果的影响也不明显主要原因是本次试验进水的浓度较低且水中溶解氧的含量充足能同时满足有机物和对氧的需求使得渗透速率和水温对的影响不明显图不同水温条件下渗透速率对去除效果的影响图渗透速率为?时温度对去除效果的影响人工快速渗滤系统对有较好的去除效果但是与的情况不同系统对的去除效果受水温变化的影响较小这是由于系统中具有适应低温的硝化细菌与亚硝化细菌亚硝化细菌可以在的温度范围内生长硝化细菌可以在的温度范围内生长使人工快速渗滤系统在冬季低温时期对仍有较好的去除效果结论在夏季高温时期人工快速渗滤系统对地表微污染水有较好的净化效果系统对和的平均去除率分别为和在冬季低温阶段系统对和仍然有一定的去除效果其平均去除率仍可以达到和人工快速渗滤系统中随着渗透速率的增加系统对去除率的影响呈降低的趋势但去除率受渗透速率的影响不明显受水温的影响较大而受水温的影响不明显在冬季低温时期对人工快速渗滤系统的进水系统和出水系统采取一定的保温措施可以正常运行但为了保证更好的出水效果冬季运行时需要减小渗透速率参考文献郑艳侠冯绍元黄炳斌蔡金宝用土壤含水层处理系统去除水库微污染有机物的试验研究水利学报一种污水资源化新技术人工快速渗透系统图片地学前缘张金炳陈鸿汉钟佐 等人工快速渗滤复合系统处理洗涤污水的试验研究水文地质与工程地质何江涛人工构建快速渗滤系统的试验研究北京中国地质大学张金炳污水处理人工快速渗滤系统研究北京中国地质大学程慧艳罗纨贾忠华等西安市污水土地处理系统水力负荷的模拟分析水利学报张金炳陈鸿汉钟佐 等地埋式砂滤系统及其环境意义现代地质?薛强梁冰刘晓丽等土壤水环境中有机污染物运移环境预测模型的研究水利学报杨健强滇池污染的治理和生态保护水利学报袁博宇官厅水库水质现状及趋势分析北京水利王占生刘文君微污染水源饮用水处理北京中国建筑工业出版社周群英高廷耀环境工程微生物学北京高等教育出版社责任编辑吕斌秀上接第页责任编辑吕斌秀