河岸渗滤系统除污功效的研究进展

安徽农业科学。Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｎｈｕｉ　Ａｇｎ．Ｓｃｉ，２００７。３５（１３）：３９４６—３９４８　责任编辑刘月娟责任校对胡先祥　河岸渗滤系统除污功效的研究进展　邢永强　，李金荣２，杨振放２（１．河南省国土资源科学研究院。河南郑州４５０ｏｌ６；２，郑州大学环境与水利学院，河南郑州４５００ｏ１）　摘要河岸渗滤系统对污水具有净化功能。介绍了河岸渗滤系统的除污功效，为实现城市污水资源化提供依据。　关键词污水；河岸渗滤系统；净化作用　中图分类号Ｘ５２２　文献标识码Ａ　文章编号０５１７—６６１ｌ（２０ｏ７）ｌ３—０３９４６—０３　ｒ￣ｒｅｓｓ　ｏｆＰｏｉｈｌｔａｍｓ　Ｒｅｍｏｖａｌ　ＥＩ　ｉ既－呵ｏｆＲｉｖｅｒｌｍｎｋ　Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｓｔｔｍ　Ｘ　Ｇ￣ｏｎｇ－ｑｉａｎｇ　ｅｔ　ａｌ（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆｌａｎｄ　ａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｏｆ　Ｈｅｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，／ｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ　４５００１６）　Ａｂｓｔ　Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｕｒｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ａ　ｒｉｖｅｒｂａｎｋｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆｔｈｅｒｉｖｅｒｂａｎｋｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　【ｔ　ｏａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｂａｓｉｓｆｏｒ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎⅡＨｍｉｃｉｐａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒＩｅｓ０ｕｒｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；Ｒｉｖｅｒｂａｎｋ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　目前地表水体污染严重，严重制约了社会经济的发展。　于是人们迫切需要寻找一种费用少、效果好的污水资源化技　术。改善水环境，实现水资源的持续利用，已成为当今全球　水环境研究的热点问题。实践表明，河岸渗滤（Ｒｉｖｅｒｂａｎｋ　Ｆｉｌ—　ｔｍｔｉｏｎ，ＲＢＦ）对污水的净化是一种经济、高效的治理技术　』。　笔者研究了河岸渗滤系统对地表污水的净化效果，以期为实　现城市污水资源化提供依据。　１河岸渗滤的定义　河岸渗滤是指在河水补给地下水的渗滤过程中，河水被　河流沉积层过滤且净化的过程。在该过程中，河水中的污染　物经过沉积层的过滤、生物降解、吸附、沉淀以及与地下水混　合稀释等作用而使得污染物浓度降低，使得河水水质得到净　化。其作用机理如图１所示　Ｊ。　河岸渗滤是一个自然净化过程。德国应用河岸渗滤净　化河流污水已有１００多年的历史，美国也有５０多年的历史。　国外许多国家通过河岸渗滤系统获取部分饮用水。在斯洛　伐克通过河岸渗滤获取的饮用水占总饮用水的５０％＿】ｊ，而匈　牙利占４５％，德国占１６％，荷兰占５％。在我国的许多地区，　尤其是北方城市，也是通过河岸渗滤作用获取饮用水。　２河岸渗滤系统除污功效　２。１去除天然有机污染物天然有机物ＮＯＭ（Ｎａｔｕｒａｌ　０ｒ　鲫一　ｉｃ　Ｍａｔｔｅｒ）是一种混合物，包括溶解的、腐殖的微粒和未腐殖　的有机物等混合物。一些欧洲国家用河岸渗滤技术提高饮　用水中ＮＯＭ的去除率　』。对于天然的地表水体，水体中总　的有机碳　ｒ０Ｃ（ＴｏＩａｌ　ＯＦｇａｎｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ）和化学需氧量ＣＯＤ（Ｃｈｅｍ—　ｉｃａｌ　Ｏｘｇｅｎ　Ｄｅｍａｎｄ）主要是由ＮＯＭ引起的。在城市的给水处　理中，常采用氯气消毒法除去水中的微生物及病原体，但是　在消毒过程中ＮＯＭ可与氯气反应生战三氯甲烷、氯代乙酸　等副产物，而它们是致癌物质。大量研究表明，河岸渗滤对　ＮＯＭ具有一定的去除功效。Ｍｉｅｔｔｉｎｅｒ等通过监测某地表水　及其岸边地下水水质时发现，在地表河水向下人渗的过程　中，地表水的ＴＯＣ和ＣＯＤ等含量不断降低，８７％高分子量化　合物被去除Ｌ３ｊ。Ｓｏｎｔｈｅｉｍｅｒ研究发现，莱茵河岸对中等分子　量化合物的去除率近７０％Ｅ４』。Ｌｕｄｗｉｇ等在德国易北河沿岸　作者简介邢永强（１９７５一），男，山东淄博人，硕士，高级工程师，从事水　文地质勘察、公路工程地质勘察、地质灾害治理、岩土工程设　计等方面的工作。　收稿日期２００７－０２—０２　开展的研究进一步证实，分子量超过１　１３００　ｇ／ｍｏｌ的ＮＯＭ在　河岸渗滤过程中不断被去除＿５』。Ｗａｎｇ在俄亥俄河开展为期　２年的研究，发现河岸渗滤作用对ＮＯＭ的去除机理主要是由　生物产生作用　ｊ。Ｒａｙ等也是研究发现，在俄亥俄河距河岸　９　ｍ的观测井，当从观测井中以０　０８７　６　ｍ３／ｈ的速度抽取地　下水时，井水中ＴＯＣ含量比河水减少了６ｏ％，井水中的ＮＯＭ　浓度比河水大大降低，甚至为零｜７ｊ。这些都说明河水中的污　染物ＮＯＭ可以通过河岸渗滤系统得以去除，从而大大提高　了生活饮用水和生产用水的质量。　

图１河岸渗滤过程　２．２去除合成有机污染物芳香胺属于河水中常见的合成　有机污染物，其毒性很大，并且有致癌性、致突变性以及潜在　的生物毒性。Ｓａｘ等通过室内渗滤试验表明，易北河水中苯　胺在３　ｈ内去除率达１００％，而２一硝基苯胺在１４ｈ去除率仅达　４０％＿】』。其原因是芳香胺的生物降解主要取决于苯环的类　型、个数和取代基的位置。Ｅｅｋｈａｒｄ等发现，河岸渗滤过程中　多氯苯胺和硝基苯胺很难降解，然而没有取代基的苯胺在河　岸渗滤过程中滞留３　ｈ后就完全降解了＿８ｊ。Ｊｕｔｔｎｅｒ分析了易　北河水和两岸井水中的三氯乙烯、四氯乙烯、氯仿浓度，在井　水中它们的浓度明显下降，有的甚至低于检测范围　ｊ。　Ｗｉｄｅｒｅｒ等研究了莱茵河岸渗滤系统对固态有机碳（ｓｏｃ）的　去除效果，发现ＳＯＣ去除效率与其生物降解性、在河水中的　浓度密切相关【ｌ　。河水中芳香胺的浓度为１７　ｔｅ，／Ｌ时，其去　除率达７ｌ％；河水中三氯乙烯的浓度为１．５　ｔｅ／Ｌ时，其去除　率为３３％；河水中氯仿的浓度为１５　ｔｅ，／Ｌ时，其去除率更低。　另外，河水中常见的一些合成有机污染物有除草剂、杀　虫剂、药剂。Ｊｕｔｔｎｅｒ发现在河流沉积层环境为厌氧条件时，芳　樟醇、异冰片基溴酸等极性污染物去除率达９９％＿９』。Ｖｅｒ－

　维普资讯 http://www.cqvip.com ３５卷１３期　邢永强等　河岸渗滤系统除污功效的研究进展　３９４７　ｓｔｒａｅｔｅｎ等报道，普拉特河傍河水井中除草剂浓度比河水减少　了７６％…。Ｄｉｌｌｏｎ等报道，澳大利亚东南的墨累河中，其傍　河水井除草剂的浓度大大低于河水中的浓度，主要原因是除　草剂在该河沉积层中发生了吸附和生物降解＿１　。莠去津是　地表水中常见的除草剂。在美国北部城市路易斯维尔附近　的俄亥俄河中，莠去津的浓度超过１×１０　ｇ／Ｌ，然而河岸渗　滤水中莠去津的浓度低于检测限１×１０　ｇ／Ｌｌ１引。　地表水体中还有一些来源于家庭洗涤剂的合成有机污　染物，比较典型的有薄荷醇、柠檬油精、松油醇、４．叔丁基环己　醇、４．叔丁基环己酮。河水中这些有机污染物浓度相对稳　定，不随季节变化。Ｊｔｉｔｔｅｒ研究发现，当河水向下渗滤距离为　３１　ｍ时，这些合成有机污染物的浓度接近或低于检测限，例　如薄荷醇、柠檬油精的浓度低于检测限ｌ９Ｊ。这表明河岸渗滤　系统对合成有机污染物具有很好的去除效果。　２．３去除无机污染物人类的各种活动会增加河水中无机　物浓度。铬、镉、砷、氨盐、硝酸盐、硫酸盐等就是地表水中常　见的无机污染物。氨氮、亚硝态氮、硝态氮（简称“三氮”）是　目前水环境中普遍存在的污染组分。水环境中重金属污染　的危害较大，对生物具有致癌、致畸、致突变（简称“三致”）作　用。所以，这里主要介绍河岸渗滤系统对氮污染物的去除和　重金属污染物的去除。　１９世纪７０年代初，莱茵河河水中氨氮浓度较高＿９Ｊ，而溶　解氧ＤＯ浓度较低。这是因为当时莱茵河已经受到严重污　染，氨氮发生硝化作用消耗了河水中的ＤＯ，使河水中ＤＯ浓　度小于１　ｍｇ／Ｌ。低浓度的Ｄ０不利于氨氮的去除，故河水中　氨氮浓度不断升高。随着环境保护措施的相继出台，河水质　量得到改善。所以，在１９世纪８０年代，莱茵河河水中的ＤＯ　浓度升高到３　ｍｇ／Ｌ，高的Ｄ０浓度也提高了氨氮的去除率。　吴耀国等研究了徐州市奎河河岸渗滤系统对水体中氮的去　除，发现奎河水中氮污染严重，并且以氨氮为主，在距河岸４０　ｍ处的水井中氨氮的去除率达９５％以上＿１　。　河岸渗滤系统对氮的去除作用主要是反硝化作用。　Ｇｒｉｓｃｈｅｋ等研究发现，由于Ｎ　一在河岸渗滤过程中发生反硝　化作用，渗滤水中的ＮＯ３一浓度远远低于河水中的浓度，尤其　是在夏季，河岸渗滤系统中微生物活性较高，ＮＯ３一在反硝化　作用降低很快＿１　。Ｓｃｈｕｂｅｒｔ研究发现，河岸渗滤系统对溶解　的有机碳（Ｄ（）Ｃ）、氨氮和亚硝态氮的去除效果都很好ｌ８Ｊ。在　德国东部的萨克斯，试验表明不仅河水中可氧化的有机碳为　反硝化作用提供碳源，而且河流沉积物中的ＳＯＣ也能为其提　供碳源。Ｇｒｉｓｃｈｅｋ等研究证明，ＮＯ３一在易北河的一个砂砾岩　沉积层中发生了反硝化作用，碳源就是这个砂砾石沉积层中　溶解的有机碳＿ｌ　。　Ｊｕｔｔｎｅｒ在Ｇｌａｔｌ河研究不同重金属的运移机制，结果表明　水环境中有机物的生物降解作用增加了铜和锰迁移能力；在　还原条件下锰迁移能力提高，在氧化条件下锰迁移能力降　低，从而限制了其进一步对水环境的污染－９Ｊ。例如，在氧化　环境下，河流沉积物可以与锌和镉发生物理和化学作用，使　水中锌和镉的浓度降低，阻止其进一步向下迁移。Ｓｏｎｔｈｅｉｍｅｒ　在莱茵河流速较低的河段研究发现，河岸渗滤系统可以去除　重金属，且去除率较稳定，铬和砷的去除率可达９０％，其他重　金属如镉、锌、铅、铜、镍等的去除率也超过５０％Ｅ制。　以上主要阐述了河水中不同污染物在河岸渗滤过程中　发生物理、化学和生物作用而得以去除。下面通过一个例子　说明污染的河水在河岸渗滤系统的入渗过程中，污染组分浓　度发生的变化。图２的上部是河岸渗滤系统的剖面示意图，　

‘　＼Ｊ　ＤＯｃ　图２河岸渗滤过程中ＤＯ、硝酸盐、溶解锰、Ｄｏｅ的变化　下面３个曲线图是河水中３种污染物在河岸渗滤过程中的　浓度变化示意图。由图２可知，河水中３种污染物在河岸渗　滤系统中发生了强烈的生物地球化学作用。河水中ＤＯ、硝　酸盐和ＤＯＣ浓度很高，这时候河流环境为氧化环境，河水中　离子态锰的浓度很低。随着河水向下入渗通过河岸渗滤系　统（即还原区）时，污染物ＤＯＣ在微生物的作用下发生生物降　解，它的浓度在河岸渗滤系统中明显下降，同时系统中ＤＯ浓　度迅速降低，硝酸盐在这个系统中发生反硝化作用，导致硝　酸盐浓度降低。此时的河岸渗滤系统为还原环境，使入渗水　中锰或铁离子浓度明显升高。入渗的河水沿着渗滤系统进　一步渗滤。由于大气不断向河流输送氧气，河岸渗滤系统重　新获得氧气，ＤＯ浓度有所回升，而硝酸盐在这个环境下不利　于发生反硝化作用，其浓度也有所升高，而迁移的锰或铁离　子又被氧化成难溶于水的固态锰或铁，入渗水中其浓度明显　下降。河岸渗滤位置不同，其环境条件千差万别，对污染物　的净化效果也存在很大的差异。因此，在实际的傍河水源地　布井时，应该根据实际情况来布置开采井的位置，提高生活　饮用水和生产用水的质量。　２，４去除病原体污染物　由于城市生活污水的排放，使地　表水体遭受病原体的污染。病原体包括细菌、寄生虫、原生　动物和病毒等。这些病原体随河水人渗进人地下水中，对人　体和牲畜造成极大的威胁。　在美国路易斯维尔河研究河岸渗滤系统对细菌和病原体　的去除，通过检测距河岸０．６、１，５，２，７与１５　ｉｎ的井水水质发现，　细菌和病原体的去除率可达２．４个对数单位。Ｗａｎｇ等研究发　现，河岸渗滤系统对俄亥俄河水中细菌及病原体的去除随渗滤　距离的增加而增加，在河岸沉积层顶部的１～２　ｉｎ范围内其去　除效果最为明显。细菌和病原体浓度大于１