人工濕地處理系統(tǒng)

1、一、概述濕地是地球上一種重要的生態(tài)系統(tǒng)，享有“地球之腎”的美譽，處于陸地生態(tài)系統(tǒng)(森林和草地)與水生生態(tài)(如深水湖和海洋)之間。世界上對濕地的定義有很多，其中國際上比較公認(rèn)的是1971年由蘇聯(lián)、加拿大、澳大利亞、英國等36國在伊朗簽署的拉姆薩爾條約濕地公約，其定義為“天然或人工、長久或暫時性的沼澤地、泥炭地或淺水域地帶、靜止或流動、淡水、半咸水、咸水體，包括低潮時水深不超過6m的水域?！睗竦夭粌H可以調(diào)蓄水量，調(diào)節(jié)氣候，為珍奇動物提供良好棲息地，而且還可以凈化污水。濕地系統(tǒng)一般可以分為2大類:天然濕地和人工濕地。人工濕地的設(shè)計建造是通過對濕地自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物作用的優(yōu)化組合來實現(xiàn)對

2、廢水的有效處理。目前，美國、丹麥、德國、英國均有大量應(yīng)用于污水處理的人工濕地系統(tǒng)，而且其推廣應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴大，日益引起人們的廣泛關(guān)注。盡管國內(nèi)在這方面的研究起步較晚，但由于其基建投資少、運行費用低(為生物處理的1/5一1/6)、能耗少、操作簡單，不僅適用于生活污水，對某些工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水、垃圾滲濾液等也有良好的凈化效能，因此發(fā)展速度較快。1990年，國家環(huán)?？偩秩A南環(huán)保所建造的深圳市寶安縣白泥坑人工濕地工程，以及內(nèi)蒙古赤峰市寧城縣天義鎮(zhèn)人工濕地處理廢水工程、成都市活水公園的人工濕地塘床系統(tǒng)都是這方面的典型實例。二.人工濕地分類根據(jù)濕地中主要植物形式人工濕地可分為:1.浮游植物系統(tǒng);2.挺水

3、植物系統(tǒng);3.沉水植物系統(tǒng)。其中沉水植物系統(tǒng)還處于實驗室研究階段,其主要應(yīng)用領(lǐng)域在于初級處理和二級處理后的精處理。浮游植物主要用于N、P去除和提高傳統(tǒng)穩(wěn)定塘效率。目前一般所指人工濕地系統(tǒng)都是指挺水植物系統(tǒng)。根據(jù)污水在濕地中水面位置不同，人工濕地可分為：表面流人工濕地和潛流型人工濕地。1.表面流人工濕地(SFCW)類似于自然濕地，污水從濕地床表面流過，污染物的去除依靠植物根莖的攔截作用以及根莖上生成的生物膜的降解作用。這種濕地造價低，運行管理方便，但是不能充分利用填料以及植物根系的作用，在處理廢水的過程中容易產(chǎn)生異味、孽生蚊蠅，在實際應(yīng)用中一般不采用。2.潛流人工濕地(SSFCW)系統(tǒng)中，污水在

4、濕地床中流過，因而能充分利用濕地中的填料，并且衛(wèi)生條件好于表面流人工濕地。表面流人工濕地表面流人工濕地潛流人工濕地潛流人工濕地根據(jù)污水在濕地中水流方向的不同，人工濕地可分為：水平流人工濕地和垂直流人工濕地。1.水平流人工濕地(HSFCW)系統(tǒng)。污水以近水平流方式在系統(tǒng)表面以下流向出口。2.垂直人工濕地(VSFCW)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常在整個表面設(shè)置配水系統(tǒng)，并周期性進水。通過系統(tǒng)下部出水，水流在系統(tǒng)表面以下。目的是系統(tǒng)可以排空水，以最大程度的進行氧補給。也有部分是連續(xù)進水的。三、人工濕地的構(gòu)造人工濕地系統(tǒng)是在一定長寬比及底面坡度的洼地中，填充一定的填料（如土壤、礫石等）形成填料床，在床表面種植具有

5、處理性能好、成活率高、抗水性強、生長周期長、美觀及具有經(jīng)濟價值的水生植物（如蘆葦?shù)龋┒鴺?gòu)成的一個獨特的動植物生態(tài)系統(tǒng)。1.濕地中的填料又稱為基質(zhì)。以處理SS基質(zhì)在人工濕地中為植物提供物理支持，為各種化合物和復(fù)雜離子提供反應(yīng)界面及對微生物提供附著。常用到的基質(zhì)有土壤、礫石、砂、沸石、碎瓦片、灰渣等。、COD和BOD為主要特征污染物時可選用土壤、細沙、粗砂、礫石、碎瓦片或灰渣中的一種或幾種為基質(zhì)。對脫N除P要求高的，可以選擇對這兩者有較強去除能力的基質(zhì)進行優(yōu)化組合。如采用沸石和石灰石的結(jié)合既考慮了沸石對氨氮的吸附、活化土壤中難溶性P及進行生物再生作用又利用了石灰石對P的高吸附特性，達到同時脫N除P

6、的目的。現(xiàn)在基質(zhì)的選擇多偏向于較大顆粒的粒徑，原因是水流在粒徑較大的基質(zhì)床內(nèi)的短路最小，能夠形成渠流，并且堵塞現(xiàn)象發(fā)生少，不易分散。2.植物可用于人工濕地的植物有：蘆葦、香蒲、燈心草、風(fēng)車草、水蔥、香根草、浮萍等，其中應(yīng)用最廣的是蘆葦。植物的選擇最好是取當(dāng)?shù)氐幕虮镜貐^(qū)天然濕地中存在的植物，以保證對當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的適應(yīng)性，并盡可能地增加濕地系統(tǒng)的生物多樣性以提高濕地系統(tǒng)的綜合處理能力。植物的栽種方式有播種法和移栽插種法。移栽插種比較經(jīng)濟快捷。 鳳眼蓮 浮萍/浮蓮 槐葉萍 水鱉 燈心草 香蒲 菖蒲 矮化美人蕉 茭白 黃花鳶尾四.人工濕地去除污染物的機理4.1 人工濕地去除有機污染物的機理污水中的不溶

7、性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留而被微生物利用。而污水出水中的可溶性有機物則可通過植物根系和生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解去除。因此濕地床對有機物的去除作用是物理的截留沉淀和生物的吸收降解共同作用的結(jié)果。廢水中大部分有機物最終是被異氧微生物轉(zhuǎn)化為微生物體及CO2和H2O，通過對填料床的定期更換及對濕地植物的收割而將新生的有機體從系統(tǒng)中去除。 4.2 濕地對氮的去除 人工濕地處理系統(tǒng)對氮的去除作用包括基質(zhì)的吸附、過濾、沉淀以及氨的揮發(fā)，植物的吸收和微生物硝化、反硝化作用。 另外，人工濕地中的填料也可通過一些物理和化學(xué)的途徑如吸收、吸附、過濾、離子交換等去除一部分污

8、水中的氮。 但氮的去除主要還是通過濕地中微生物的硝化和反硝化作用。 在土壤植物系統(tǒng)中，有機氮首先被截留或沉淀，然后在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，由于土壤顆粒帶有負電荷，氨離子很容易被吸附，土壤微生物通過硝化作用將氨離子轉(zhuǎn)化為NO3，再經(jīng)反硝化菌作用變成N2逸出。同時污水中的無機氮可作為植物生長過程中不可缺少的物質(zhì)而直接被植物攝取，并合成植物蛋白質(zhì)等有機氮，通過植物的收割而從廢水和濕地系統(tǒng)中去除。4.3 人工濕地對磷的去除人工濕地對磷的去除是由植物吸收、微生物去除及基質(zhì)的物理化學(xué)作用而完成的。廢水中的無機磷在植物吸收及同化作用下，可變成植物的有機成分（如ATP，DNA，RNA等），通過植物的收割

9、而得以去除。生物對磷的去除，包括對磷的正常同化作用和對磷的過量積累。一般二級污水處理中，當(dāng)進水磷含量為10mg/l時，微生物對磷的正常同化去除，僅是進水總量的4.5% 19%，所以，微生物除磷主要是通過強化后對磷的過量積累來完成的。 基質(zhì)的物理化學(xué)作用主要是填料對磷的吸收、過濾和與磷酸根離子的化學(xué)反應(yīng)，因填料不同而存在差異。 但填料對磷的這種吸附和沉淀作用并不是永久性的，而是部分可逆的。植物的生長狀況也直接影響到去除效果的好壞，在春季和夏季，植物生長迅速，生物量增加，對磷的吸收加快，出水中磷含量減少，而在秋季植物枯萎后，吸收速度放慢，冬季死亡的植株會釋放磷到濕地中，致使出水磷含量上升，無機磷含

10、量甚至高于進水。4.4人工濕地對懸浮物及病原菌的去除 對于潛流式人工濕地，對懸浮物的去除主要是通過濕地填料的吸附和截流，其原理類似于砂濾 ，所以具有較高的去除率。也正是因為這樣，為防止堵塞潛流式人工濕地對于進水的無機懸浮物要求較高（小于20mg/L）。 研究發(fā)現(xiàn)，像大多數(shù)自然處理技術(shù)一樣，人工濕地可以去除污水中的病原菌，其原理尚不清楚，去除率不確定，但很有效。五、影響人工濕地處理的因素5.1 溫度同一般生物法處理一樣,溫度直接影響系統(tǒng)中生物的活性，從而影響系統(tǒng)的污染降解效率。在人工濕地中，除進水溫度外，表面流式較容易受環(huán)境溫度影響，而潛流式人工濕地受到的影響則較小。沈陽渾南人工濕地位于沈陽市渾

11、南新區(qū)中心區(qū)，其潛流式濕地占地6500m2。5.2 溶解氧（DO）污水進入濕地后主要有兩個需氧因素：碳化需氧量和硝化需氧量。而水中的復(fù)氧的途徑包括：大氣復(fù)氧和通過植物莖葉傳導(dǎo)輸送。六、典型的人工濕地工藝七、國內(nèi)人工濕地應(yīng)用實例7.1 深圳白泥坑人工濕地處理系統(tǒng)1990年7月在深圳建起我國第一個人工濕地污水處理工程白泥坑人工濕地處理系統(tǒng)。白泥坑人工濕地污水處理系統(tǒng)位于深圳市寶安縣白泥坑村南500m處。水系沿山角流向海灣屬海洋性氣候。占地面積189畝，日處理量3100m3/d廢水。 經(jīng)過近兩年的試驗運轉(zhuǎn)，出水效果較好。除氨氮指標(biāo)效果不明顯外;其余指標(biāo)均能達到國家規(guī)定的二級處理排放標(biāo)準(zhǔn)。該工程無動力

12、消耗，管理較方便，除每月作一次水質(zhì)監(jiān)測外，平時無需其它管理。從外觀看，進水水質(zhì)略顯渾濁，但無色無臭，是一個村鎮(zhèn)排出的生活污水及少量村辦企業(yè)的廢水匯合而成。其運行費用為0.02元/m3僅為傳統(tǒng)活性污泥法的10。 7.2 山東膠南市污水處理廠膠南市排水系統(tǒng)多采用雨污分流制，工業(yè)廢水與生活污水量之比為1：4，工業(yè)廢水主要來源于造紙，化工，印染，紡織，食品加工，釀造，橡膠，熱電等企業(yè)。建成的膠南污水處理廠設(shè)計處理規(guī)模為600003/d，總投資為3000萬元，占地面積為76.7hm2，全部為鹽堿荒灘。 7.3熱帶和亞熱帶區(qū)域水質(zhì)改善、回用與水生態(tài)系重建的生物工藝學(xué)對策研究1996年以來，深圳市環(huán)境科學(xué)研究所開展了熱帶和亞熱帶區(qū)域水質(zhì)改善、回用與水生態(tài)系重建的生物工藝學(xué)對策研究（1996.9-1999.9）項目，此項目為為歐盟科學(xué)研究與發(fā)展部主管的與第三世界國家和國際組織合作項目， 是由中國、德國和奧地利的六個研究單位合作開展的。 1997年5月到11月，深圳市環(huán)境科學(xué)研究建成了人工濕地研究試驗點，修建了小試和中試試驗工程，不僅在理論上作了大量研究工作，同時在技術(shù)上積累了很多寶貴的經(jīng)