本项目是上海市科委“崇明岛水资源保障与水体生态修复技术与示范”课题的子课题,项目编号：05dz12009。作为崇明县乃至上海市的生态科技示范基地、“全球生态村500佳”之一的前卫村,其绿色辐射功能已经日趋突出,而随着旅游人数的日益增多,前卫村的景观湖——中心湖正逐渐呈现出可承载能力下降、受污染日益严重的问题,水质日益变坏。针对这种情况,本文提出了用生态塘/人工湿地相结合的工艺对中心湖湖水进行处理的方案。这种复合工艺在国内外应用较少,作为一种新的尝试,我们进行了近一年的小试试验研究,初步掌握了有关塘/人工湿地系统的维护和管理措施。同时,有针对性地研究了崇明地区特定的气候、土壤条件下,复合生态系统对微污染湖泊水的处理效果与特性,分析了温度、进水浓度、水力负荷等因素对污染物去除效果的影响,为中试工程的正常运转提供了必不可少的经验。长期的试验数据分析结果表明,水力停留时间为3天时,系统对微污染水体污染物的去除率较高,时间延长对去除效果并没有较大的影响。综合考虑水平流人工湿地、潜流人工湿地、生态塘/水平流人工湿地复合处理系统和生态塘/潜流人工湿地复合处理系统四种不同流态对中心湖湖水污染物的去除效果：对CODCr的去除率为10%～50%左右,对浊度的去处率在35%～90%之间,TN的浓度去除率为35%～55%,NH4＋-N的浓度去除率为38%～44.2%,NO3--N的浓度去除率为25%～37%,TP的浓度去除率为56%～81%,TDP的浓度去除率为30%～44%。结果表明,四种处理单元对所测试项目的去除效果差别不大,说明四种处理系统对中心湖水的污染治理均能发挥有效的作用,为中试工程的设计提供了帮助。小试试验模型中应用的陶粒是用河道底泥自己制备的,这一举措对减小环境污染、增加社会经济效益具有较好的作用,并且开辟了一条河道底泥处理、处置和资源化利用的新途径。经过对河道底泥的主要化学成分、粒径分布、矿物成分以及重金属含量分析后结果表明：河道底泥的主要化学成分同粘土类原料比较接近,这为河道底泥制备陶粒提供了有利的依据；河道底泥中重金属含量和浸出液浓度均较高,但对其Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Cr6+、Hg+的分析结果表明底泥样品还不属于危险废物的范畴。在综合考虑原料的化学组成及烧制陶粒对原料化学组成的要求的基础上,确定以河道底泥、生活污泥、广西白泥和水玻璃为原料制备底泥陶粒。通过正交试验确定制备底泥陶粒的最佳工艺条件和配比,即河道底泥：生活污泥：广西白泥：粘结剂=100：20：15：6,烧成温度为1140℃,保温时间为9Min。按照试验确定的最佳工艺条件进行试验所制备的底泥陶粒其比表面积为3.67m2/g,堆积密度为710 kg/m3,表观密度1517 kg/m3,孔隙率53%,耐冲刷强度在3MPa以上,与同类产品相比具有比表面积大,堆积密度低,孔隙率高的优点,是较好的生物膜载体,对有机物和氨氮有较强的吸附性能。通过参考小试试验积累的经验和教训,并依据节约、高效的原则,中心湖水质处理采用生态塘/人工湿地复合处理系统,处理构筑物由中心湖北侧已经废弃的前卫村热带鱼养殖鱼塘改造而成,采用水平流与潜流相结合的方式构建,拟通过建立微污染水体的土地生态净化系统,实现对分散型微污染水体的净化和资源化,为应用土地处理系统建设“生态崇明”起到示范作用。生态塘/人工湿地系统自2006年2月运行起至2008年3月运行2年多的时间来看,系统对浊度的去除为70%～94%,对CODCr的去除率为20%～47.6%,对总磷的去除率为50%～90%,对总氮的平均去除率为21.2%,系统出水浊度在8度以内,出水CODCr为20～36mg/L,出水总磷维持在0.10mg/L以内(达到地面水Ⅱ类水水平),总氮含量降至0.98～1.641mg/L,以上出水指标除总氮外均接近国家地表水Ⅲ类水质水平。由于硝化菌等世代周期长的微生物需要长期培养,且冬季运行,微生物受温度限制生长活性差,随着运行的进一步稳定,最佳运行条件的摸索、运行参数的控制,出水水质可望进一步提高。本文创新点主要有以下五点：1)首次将生态纤维作为“人工水草”应用于人工湿地的前处理；2)将人工湿地与生态塘结合在一起作为一种新型的复合生态处理系统进行尝试,氧化塘系统作为人工湿地的前处理系统,通过对该系统小试及中试对中心湖水质处理情况的跟踪试验测定,探讨了温度、进水浓度,水力负荷等因素对污染物去除率的影响；3)首次进行河道底泥制作轻质生态陶粒,并应用于人工湿地进行河道生态修复的循环经济研究；利用崇明前卫村实验培训基地前中心河道受污染的底泥制备轻质陶粒,由于底泥主要受到生活污水和渔业养殖废水的影响,有机物含量较高,充分利用其本身有机物作发泡剂产生多孔,并将其应用于潜流式人工湿地,配合生态纤维的使用,去除NH4＋-N及CODCr,净化水体,实现“以污治污”的目的。4)首次研究人工湿地用多孔陶粒对潜质水流的影响；研究将多孔陶粒应用于人工湿地,对传统湿地水流产生的影响。5)零能耗水循环驱动系统与复合式人工湿地河水净化系统集成技术。采用风车作为动力实现受污染水的提升。风车提供足够的动力,为生物接触氧化提供充足的氧。实现水域生态的合理布局,水产养殖鱼类的合理分层,保证鱼类与水生植物的合理共生。