人工濕地.ppt

人工濕地（constructed wetland）,環(huán)資學院：康軍利,內容提綱：,人工濕地類型及原理 人工濕地的設計參數(shù)及其設計要點 人工濕地的研究現(xiàn)狀及趨勢,1 人工濕地的類型及原理,1.1 人工濕地的定義 用人工筑成水池或溝槽，底面鋪設防滲漏隔水層，填充一定深度的土壤或填料層，種植蘆葦一類的維管束植物或根系發(fā)達的水生植物，污水由濕地的一端通過布水管渠進入，以推流方式與布滿生物膜的介質表面和溶解氧進行充分的植物根區(qū)接觸而獲得凈化。人工濕地分為表面徑流人工濕地和人工潛流濕地。（選自室外排水設計規(guī)范（GB50014-2006）,Constructed wetlands are artificial wastewater treatment systems consisting of shallow (usually less than 1 m deep) ponds or channels which have been planted with aquatic plants, and which rely upon natural microbial, biological, physical and chemical processes to treat wastewater. They typically have impervious clay or synthetic liners, and engineered structures to control the flow direction, liquid detention time and water level. Depending on the type of system, they may or may not contain an inert porous media such as rock, gravel or sand. （from EPA manual constructed wetlands treatment of municipal wastewaters1999）,1.2 人工濕地的類型,（1）表面流濕地（Free Water Surface Wetlands）,（2）潛流濕地（Vegetated Submerged Beds 或 sub-surface Flow）,1.3 人工濕地的凈化機理,1.3.1 氮的去除,1.3.2 磷的去除,1.3.3 病原體的去除 1.3.4 重金屬的去除,2 人工濕地的設計參數(shù)及其設計要點,2.1 設計參數(shù) （1）水力停留時間 通常情況下，表面流濕地進水在初始部分(沉降區(qū)) 發(fā)生大量的絮凝、沉降，大約可以去除80 %的總懸浮物，這一區(qū)域水力停留時間大概需要2 d 左右。 理論上講，最大流量下水力停留時間超過2 d 只能是浪費，因為懸浮物去除以后，進水區(qū)域的厭氧環(huán)境條件，不會對溶解性物質和沉降后的沉積物產生可觀的去除效果。 英國環(huán)境署對表面流濕地中間部分（好氧反應區(qū)）的研究也顯示，水力停留時間達到2d 以上后，各種水生藻類開始生長，引起pH 值變化，促進沉水植物的生長，可以促進氨氮揮發(fā)，磷的沉降，不過為了避免藻華， 水力停留時間限制在23 d 左右。Kadlec則認為，在濕地處理系統(tǒng)末尾部分（植被凈化區(qū)）中，12d 的停留時間就可以達到90 %的NO2-N 去除率。也就是說，23d 的水力停留時間可保證客觀的反硝化作用效果。 Crites等在采用潛流系統(tǒng)處理城市污水的試驗中證實了這一觀點，他們指出，潛流濕地本身的厭氧條件正適于系統(tǒng)反硝化作用脫氮，當水力停留時間達到24d 時，即發(fā)生強烈的反硝化脫氮作用。 綜合各方面的資料，可以認為，表面流濕地的總水力停留時間以48 d 左右為佳。,（2）水力坡度,為了施工和排水的方便，Chalk等建議，潛流濕地水力坡度取0.5 %1 %。 王久賢建議，潛流濕地水力坡度取1 % ，而表面流濕地水力坡度取0.5 %或者更小。 關鍵是水力坡度這一設計參數(shù)，需根據(jù)填料性質及濕地尺寸加以校正，對以礫石為填料的濕地床一般要取2 %。對于潛流濕地系統(tǒng)來說，為了建設方便和運行中的排空，比較實用的做法是從進水到出水沿統(tǒng)一的底部坡度設計；另外，為了防治產生死水或發(fā)生短流現(xiàn)象，可以采用分級坡度以消除低點、溝槽和側面坡度。,（3）孔隙度,人工濕地污水處理系統(tǒng)的孔隙度() 系指濕地土壤中孔隙占濕地總容積的比。 實踐表明，人工濕地污水處理系統(tǒng)的孔隙度很難測定，各種文獻報道的孔隙度也有很大出入。 美國國家環(huán)保局建議，表面流濕地密集植被區(qū)域設計采用的孔隙度為0.65 0.75 ，開闊自由水域采用的孔隙度為0.8；對于潛流濕地基質的材料及粒徑不同，其差別較大，一般情況下，對于砂石基質，其孔隙率在0.4左右。,（4）表面負荷率,各種污染物濃度和負荷的確定，對于濕地處理類型和尺寸的確定非常關鍵。 濕地處理系統(tǒng)通?？梢愿鶕?jù)某種污染物的每日負荷來進行設計。 設計者必須準確知道污水中污染物的種類和濃度，日流量乘以某種污染物的濃度即可估計處理負荷，根據(jù)該負荷以及推薦的濕地特定污染物負荷率就可選擇相應的處理面積。 據(jù)美國國家環(huán)保局資料，設計過程中，利用表面負荷率ALR 可以計算濕地處理工程的面積：,對于表面流濕地進水區(qū)（植被密集區(qū)）BOD 負荷率可達100 kghm- 2d - 1。Eastlick推薦的潛流濕地設計BOD負荷率為80120 kghm-2d -1 。,（5）系統(tǒng)深度,有研究建議，潛流濕地系統(tǒng)深度應為植物根系所能達到的最深處，不過實際上由于植物根系很少達到理論上的最深處，不同的學者建議的深度從4060 cm不等，太深了會導致根系無法輸氧到底部，同時也容易造成死區(qū)，降低工程效益。美國國家環(huán)保局根據(jù)多年工程經驗，確定潛流濕地進水區(qū)域水深為40 cm，基質深度應比水深深10 cm，即系統(tǒng)總體深度為50cm。Eastlick推薦的潛流濕地設計參數(shù)指標中水深要求為3090 cm ，也在此深度范圍內。 美國水污染控制委員會(WPCF) 要求，表面流濕地的水深在50 cm以內。不過，北美濕地水質處理數(shù)據(jù)庫中推薦的表面流濕地的水深在10200 cm 之間，典型深度在1560 cm 之間，運行深度隨植物種類不同而不同，一般挺水植物區(qū)域水深60 cm ，沉水植物區(qū)域水深120 cm 左右。 經驗表明，對于蘆葦濕地系統(tǒng)，處理城市或生活污水時，濕地單元深度一般取6070 cm;而用于較高濃度有機工業(yè)廢水的處理時，深度一般在3040 cm 之間。,（6）處理單元長寬及其比例,對于長寬比較高的濕地系統(tǒng)，必須考慮水頭損失及水力坡度等的影響，以防止進水區(qū)域的水流溢出。 王薇等建議，濕地處理系統(tǒng)長寬比應控制在31 以下，常采用11；對于以土壤為主的系統(tǒng)，長寬比應小于11。 對于長寬比小于11 的潛流濕地，必須慎重考慮在濕地整個寬度上均勻布水和集水的問題。,2.2 設計要點,2.2.1 廠址選擇 （1）地形 （2）土壤滲透性 （3）水文學因素 2.2.2 地基準備 2.2.3 護堤 2.2.4 隔水層 2.2.5 基質選擇 2.2.6 進出水及流量分布調節(jié)設施 2.2.7 濕地植物的選擇,3 人工濕地的研究現(xiàn)狀及趨勢,3.1 人工濕地機理的研究 3.1.1 機理模型的研究 黑箱模型 一級反應動力學模型 Monod模型 生態(tài)動力學模型 3.1.2 各種污染物的去除機理的研究 3.1.3 濕地不同組成部分的去除機理研究 3.2 復合技術的開發(fā)與應用研究 如：氧化塘+人工濕地、強化預處理+人工濕地、高效復合垂直流人工濕地、MSBR+人