人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)在污水深度處理中的應(yīng)用

1、人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)在污水深度處理中的應(yīng)用第23卷第3期2010年6月環(huán)境科技EnvironmentalScienceandTechnologyVo1.23No.3Jun.2010人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)在污水深度處理中的應(yīng)用劉建張晨君(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210098;2.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇揚(yáng)州225009)摘要:介紹了人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)的研究進(jìn)展和作用機(jī)理,總結(jié)了國(guó)內(nèi)外人工濕地技術(shù)在深度處理城市污水廠二級(jí)出水,工業(yè)行業(yè)廢水以及農(nóng)村污水等方面的應(yīng)用概況,分析了人工濕地污水深度處理技術(shù)存在的問題及推廣應(yīng)用優(yōu)勢(shì).并提出了人5-

2、濕地污水深度處理技術(shù)推廣應(yīng)用的3個(gè)原4:因地制宜,揚(yáng)長(zhǎng)避短,效率與景觀結(jié)合,最后對(duì)人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)在污水深度處理中的應(yīng)用和發(fā)展前景作了展望.關(guān)鍵詞:人工濕地;深度處理;污水處理;研究進(jìn)展中圖分類號(hào):X5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):16744829(2010)03003004ApplicationofConstructedWetlandTechnologytoWastewaterAdvancedTreatmentLIUJian,ZHANGChen-jUYIAbstract:TheprogressandmechanismofconstructedWetlandtechnologyareintrod

3、uced.Theapplicationsofconstructedwetlandtechnologytoadvancedtreatmentofsecondaryeffluentfromnmnicipalwastewatertreatmentplants,industrialwastewaterandsewageinruralareasinChinaandabroadaresunlmarized.Theproblemsexistedinapplicationandpromotionadvantagesareanalyzed.Threeprinciplesarebroughtforward,whi

4、chlieintakingactionsthatsuitlocalcircumstances,enhancingadvantagesandavoidingweaknessesandcombiningefficiencyandlandscape.Theapplicationanddevelopmenttrendofconstructedwetlandtechnologytowastewateradvancedtreatmentarefinallyexpounded.Keywords:Constructedwetland;Advancedtreatment;Wastewatertreatment;

5、Researchdevelopment0引言自1903年世界上第一個(gè)用于污水處理的人一r=濕地在英國(guó)約克州誕生以來I1j,人T濕地水質(zhì)凈化技術(shù)逐漸以其投資運(yùn)行費(fèi)用低,出水水質(zhì)效果好,運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單,單位能耗低12,生態(tài)環(huán)境影響小,又兼具有一定的景觀生態(tài)效果而被廣泛應(yīng)用于世界各國(guó)的污水處理領(lǐng)域.其應(yīng)用范圍由原來的處理城市污水,逐漸發(fā)展為用于農(nóng)業(yè)污水,工業(yè)廢水,含有難降解污染物污水,食品加工制造業(yè)污水等其他行業(yè)污廢水的處理中31.以往人工濕地技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在污水的二級(jí)處理中,近年來,國(guó)內(nèi)外專家及學(xué)者對(duì)人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)用于污水深度處理和回用領(lǐng)域開展了部分研究和應(yīng)用探索,表明人工濕地水質(zhì)收

6、稿日期:20100303資金項(xiàng)目:國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2008ZX07】Olo0702).作者簡(jiǎn)介:劉建(1981一),男,山東菏澤人,碩士,研究方向:水污染控制與生態(tài)修復(fù)技術(shù).凈化技術(shù)在污水的深度處理領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用空問.1人工濕地污水深度處理技術(shù)的作用機(jī)理人工濕地凈化處理污水過程中.基質(zhì),植物和微生物三者相互聯(lián)系.并形成一個(gè)共生系統(tǒng).利用基質(zhì)一微生物一植物的物理,化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用,通過過濾,吸附,共沉,離子交換,植物吸收和微生物的降解等來實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的深度凈化和處理.1.1植物在深度處理中的作用植物底部發(fā)達(dá)的根系系統(tǒng)在為人工濕地內(nèi)微生物和細(xì)菌群落提供好氧生

7、境中起主要作用.戴嬡嬡等51對(duì)蘆葦根際微環(huán)境進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn).濕地前端根際土壤氧化還原電位(ORP)明顯高于空白濕地和濕地非根際土壤,表明蘆葦濕地中植物根際區(qū)形成了利于微生物生存的好氧環(huán)境.黃娟等61通過人工濕地中試試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),植物凈光合速率(Pn)對(duì)溶解氧(DO)分布影響顯著,濕地中段DO濃度高于兩端,第23卷第3期劉建等人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)在污水深度處理中的應(yīng)川31證明了植物對(duì)濕地系統(tǒng)存在供氧作用.其中蘆葦產(chǎn)氧輸氧能力最強(qiáng).為濕地首選植物濕地植物除了能為濕地微生物和細(xì)菌群落提供氧外,還能通過根系對(duì)流經(jīng)濕地的污水污染物中氮(N),磷(P)等元素進(jìn)行吸收.PHILIP等同通過實(shí)驗(yàn)研究得出人工濕

8、地中植物的不同對(duì)污水中硝酸鹽的去除有明顯的不同,在同等條件下香蒲的去除能力遠(yuǎn)大于蘆葦?shù)娜コ芰?而混合栽種的去除能力最大,r大此基于此研究其建議在濕地植物的選擇上最好選擇不同種植物混栽.也有研究表明.濕地植物對(duì)重金屬如銅(Cu),錳(Mn)等具有較好吸收和去除作用.唐述虞通過對(duì)鐵礦廢水排水的人_T濕地研究發(fā)現(xiàn),濕地植物可以通過根系吸收部分金屬離子,并被輸送到其他器官,并且在植物根部積累最多.1.2基質(zhì)填料在深度處理中的作用濕地中的填料為植物提供了生長(zhǎng)基質(zhì),同時(shí)也為濕地微生物和細(xì)菌群落提供_r生存環(huán)境,為污染物的降解和去除提供了載體,濕地填料在污水的深度處理過程中起到了重要的載體作用,.濕地填料

9、的去污過程主要通過物理過濾,攔截,離子交換,吸附,螯合作用,沉降反應(yīng)等作用完成.李旭東等91通過研究發(fā)現(xiàn),在相同條件下,沸石蘆葦床較礫石蘆葦床在總氮(TN),氨氮,硝酸鹽氮的去除率更高,沸石對(duì)氨氮的吸附,離子交換,微生物的硝化,反硝化作用是沸石蘆葦床系統(tǒng)去除氮的主要途徑.秦怡等lI(】嗵過研究發(fā)現(xiàn),對(duì)不同的填料和植物進(jìn)行組合,利用系統(tǒng)中不同填料,植物,微生物形成獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境,可以達(dá)到較好的污染物去除效果另外,基質(zhì)填料還能通過物理過濾.物理吸附和攔截等作用實(shí)現(xiàn)對(duì)硝基苯等難降解有機(jī)物的去除.宋艷寧等l通過分析硝基苯在濕地土壤中的吸附一解吸特性.發(fā)現(xiàn)濕地土壤對(duì)硝基苯具有較強(qiáng)的吸附能力.硝基笨在濕地

10、土壤中的吸附自由能變化量為10.68一.13.45kJ/mol,表明其吸附以物理吸附為主,13微生物和細(xì)菌在深度處理中的作用研究表明,雖然植物和填料在人丁濕地去除污染物起到了關(guān)鍵和重要的載體作用,但生物在人工濕地對(duì)污染物的整體去除牢中比例較大,是人工濕地去除污染物的主要作用者,在污染物去除過程中起到主要怍剛.梁威等_l21通過對(duì)垂直潛流人濕地基質(zhì)中微生物與凈化效果的相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)濕地基質(zhì)中微生物數(shù)量與污水中的凱氏氮(KN)以及COD的去除率存在盟著卡H關(guān)性,表明微生物在N和有機(jī)物的去除中起到了主要作用.是其主要的去除途徑韓耀宗等i1研究發(fā)現(xiàn)氨氮的去除主要是依靠好氧微生物的作用,硝氮的去除則主

11、要依靠反硝化菌的作用.JAUME等141通過對(duì)2個(gè)采用水平潛流人工濕地系統(tǒng)作為污水二級(jí)和三級(jí)處理_T藝的濕地內(nèi)微生物研究,發(fā)現(xiàn)在將人工濕地作為三級(jí)處理系統(tǒng)的基質(zhì)中,對(duì)污染物的去除主要以好養(yǎng)微生物為主,其中纖毛類原生微生物如鐘形蟲等為大多數(shù)生物物種2人工濕地污水深度處理技術(shù)的應(yīng)用隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)人工濕地污水處理技術(shù)研究的深人,近幾年逐漸將其作為三級(jí)處理應(yīng)用于污水深度處理領(lǐng)域,并取得了良好的處理效果,其出水水質(zhì)能達(dá)到GBl89182002城填污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)并能持續(xù)運(yùn)行.2.1深度處理城市污水廠的二級(jí)出水研究表明,采用人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)對(duì)污水廠的二級(jí)出水進(jìn)行深度處理是可行的.并取

12、得了良好的處理效果.WANG等】通過對(duì)垂直流人工濕地深度處理城市污水廠二級(jí)出水的研究,表明在進(jìn)水CODcr,氨氮,TN質(zhì)量濃度分別為18.765.2,4.641.2mg/L條件下.其去除率分別達(dá)到了71%,67%,80%.研究還表明,人工濕地污水深度處理技術(shù)對(duì)污水廠的二級(jí)出水中的難降解有機(jī)污染物以及有毒有害痕量物質(zhì)也有很好的去除和凈化效果.SONG等f(wàn)61通過垂直流人工濕地系統(tǒng)深度處理污水廠二級(jí)出水的研究.發(fā)現(xiàn)人工濕地對(duì)環(huán)境內(nèi)分泌干擾物E1,E2和EE2的去除率分另0能達(dá)到(67.8±28.0)%,(4.0±15.4)%.(75.3±17.6)%

13、2.2深度處理工業(yè)行業(yè)廢水近幾年已有學(xué)者將人1二濕地污水深度處理技術(shù)應(yīng)用于煉鋼,電鍍,制革等業(yè)行業(yè)的污廢水尾水深度處理領(lǐng)域.如徐競(jìng)成等【”分別采用錳砂填料和礫石填料人工濕地深度處理鋼鐵企業(yè)的達(dá)標(biāo)排放廢水,結(jié)果表明,錳砂填料人_濕地具有持續(xù)而穩(wěn)定的鐵(Fe),Mn去除效果,對(duì)其去除率均在9O%以上,當(dāng)進(jìn)水總鐵和Mn質(zhì)量濃度分別為0.31.2,0.21.1mg/I時(shí),相應(yīng)的出水質(zhì)量濃度基本保持在0.05rng/L以下,達(dá)到了回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).孫和和等l18l通過對(duì)復(fù)合流人工濕地對(duì)電鍍廢水尾水進(jìn)行深度處理的研究.發(fā)現(xiàn)復(fù)合人工濕地對(duì)電鍍廢水的深發(fā)凈化具有良好的凈化效果,處理后Zn,Cu,Cr,Mn和CO

14、D的質(zhì)量濃度分別達(dá)到進(jìn)水的15.9%,12.4%,15.2%,28.5%和32.9%.研究還發(fā)現(xiàn)水力負(fù)荷對(duì)COD的去除效果影響較大,對(duì)Zn,Cu,Cr,Mn的影響較小余陸沐通過三級(jí)表面流人工濕地深度處理制革廢水尾水進(jìn)行了研究,表明人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)對(duì)制革廢水的氨氮和COD也具有32環(huán)境科技2010年6月良好的去除效果,其出水水質(zhì)能達(dá)到排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn).2.3深度處理農(nóng)村污水農(nóng)村污水具有總量大,單位水量小,地域分散,污染物濃度負(fù)荷低,點(diǎn)面源匯流等特點(diǎn).針對(duì)農(nóng)村污水特點(diǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)狀況,采用化學(xué)方法或者生物方法進(jìn)行深度處理既不經(jīng)濟(jì)又不易于操作和管理.而人工濕地污水深度處理技術(shù)的特點(diǎn)表明,在條件適宜的農(nóng)

15、村地區(qū)具有較好的可應(yīng)用性和可推廣性.國(guó)內(nèi)外已有專家學(xué)者對(duì)人工濕地污水深度處理技術(shù)在農(nóng)村污水治理方面進(jìn)行了研究和探索.ROBRT等對(duì)北美135個(gè)用于試驗(yàn)和工程上的人工濕地污水處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究和分析,發(fā)現(xiàn)污水中污染物BOD,TSS,氨氮,TN和TP的平均去除率分別可達(dá)到65%,53%,48%,42%和42%.陳鳳祥等I2采用復(fù)合流人工濕地對(duì)經(jīng)二級(jí)處理后的生活污水進(jìn)行深度處理研究.結(jié)果表明,復(fù)合流人工濕地對(duì)生活污水具有良好的深度凈化作用,對(duì)氨氮,TP,COD0,BOD的去除率分別達(dá)到72%,6O%,80%和76%,出水水質(zhì)基本達(dá)到了國(guó)家地表水水質(zhì)類標(biāo)準(zhǔn).國(guó)內(nèi)外也有學(xué)者將人工濕地技術(shù)與其他工藝聯(lián)合

16、進(jìn)行深度處理的研究.如HOUSE等采用復(fù)合垂直流和浮萍塘聯(lián)合技術(shù)對(duì)農(nóng)村生活污水的進(jìn)行了深度凈化效果的研究.通過近4年的研究和監(jiān)測(cè).表明該系統(tǒng)能去除TN為77%.去除氨氮為97%,去除TP為44%,去除BOD為97%.吳磊等采用了厭氧一跌水充氧接觸氧化一人工濕地組合工藝進(jìn)行了工程規(guī)模的試驗(yàn)研究.結(jié)果表明,在厭氧池水力停留時(shí)間為2d:5級(jí)跌水充氧接觸氧化池總水力停留時(shí)間為2h:并采用50cm/d的高水力負(fù)荷人工濕地的條件下,該組合工藝對(duì)COD.和TN的平均去除率分別為81%和83%,當(dāng)進(jìn)水p(TP)>1.5mg/L時(shí)對(duì)TP的平均去除率達(dá)82%,在進(jìn)水P(TP)<1.5m

17、g/L時(shí)為72%3人工濕地污水深度處理存在問題與推廣應(yīng)用優(yōu)勢(shì)3.1存在的問題(1)負(fù)荷小,占地大.人工濕地污水深度處理技術(shù)因其正常運(yùn)行水力負(fù)荷較小,通常在O.030.80m/d之間,故其建設(shè)占地面積一般較大,不適用于用地緊張的大中城市污水尾水的深度處理.(2)易堵塞.隨著人工濕地系統(tǒng)運(yùn)行和服務(wù)年限的增長(zhǎng)易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象.SINDILARIU等241發(fā)現(xiàn)TSS在濕地中的積累效應(yīng)和程度是濕地服務(wù)年限的決定因素,污水進(jìn)入濕地前的預(yù)處理是解決堵塞問題的關(guān)鍵.(3)易受溫度和pH值影響.根據(jù)人工濕地污水深度處理技術(shù)的污染物去除機(jī)理,污水中氮素的遷移和去除是由濕地植物作用,濕地植物在冬季要收割.因此人工濕地

18、污水深度處理技術(shù)對(duì)氮素的去除易受季節(jié)溫度變化的影響.另外,研究表明,污水中有機(jī)物的去除主要依靠濕地基質(zhì)中微生物和細(xì)菌群落的生物降解作用,因此人工濕地污水深度處理技術(shù)對(duì)pH值的變化較敏感,通常微生物正常生存的范圍呈中性,為69.3.2推廣應(yīng)用優(yōu)勢(shì)(1)效果好,水質(zhì)穩(wěn)定.雖然人工濕地污水深度處理技術(shù)的正常運(yùn)行水力負(fù)荷較低,但人工濕地處理技術(shù)的去除效率較高,出水水質(zhì)比較穩(wěn)定.應(yīng)用于深度處理過程能使出水水質(zhì)達(dá)到污水綜合排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn).AYAZZ通過對(duì)土耳其伊斯坦布爾一座污水廠二級(jí)出水進(jìn)行人工濕地深度處理研究,結(jié)果顯示人工濕地不但對(duì)BOD5,CODo有很好的去除效果,其中BOD在夏季其質(zhì)量濃度最高可降至9

19、mg/L,而且對(duì)TOC和大腸桿菌也具有較好的去除效果.(2)對(duì)痕量和難降解物質(zhì)的去除能力.研究人員發(fā)現(xiàn)人工濕地深度處理技術(shù)還能去除污水中痕量的難降解有機(jī)物和有毒有害污染物.MATAROS等通過研究發(fā)現(xiàn),人工濕地系統(tǒng)還對(duì)西班牙污水廠二級(jí)出水中微量有機(jī)污染物,如個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品,獸藥,滅草劑等具有良好的去除和減量化效果,其中對(duì)納克級(jí)含量的個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品的去除率達(dá)90%.(3)投資少,費(fèi)用低,易操作.相比較而言,采用化學(xué)或者物理化學(xué)方法投資運(yùn)行費(fèi)用較高,單位污水深度處理造價(jià)達(dá)到0.24歐元/m.而人工濕地在基建投資和運(yùn)行費(fèi)用上都較其他方法深度處理技術(shù)低的多,而且該技術(shù)操作運(yùn)行簡(jiǎn)單,易于管理和維護(hù).(4)生

20、態(tài)景觀效果.更引人注目的是人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)工藝實(shí)施后能在一定程度上改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,兼具有一定的景觀生態(tài)效果,可結(jié)合國(guó)內(nèi)正在開展的建設(shè)”生態(tài)省”,”生態(tài)市”系統(tǒng)生態(tài)建設(shè)工程應(yīng)用于新農(nóng)村建設(shè)中.4展望結(jié)合人工濕地污水深度處理技術(shù)的特點(diǎn)和研究進(jìn)展,提出人工濕地污水深度處理技術(shù)應(yīng)用的3個(gè)原則:因地制宜,揚(yáng)長(zhǎng)避短,效率與景觀結(jié)合.人工濕地污水深度處理技術(shù)在處理農(nóng)村分散點(diǎn)源及麗源污染中以其經(jīng)濟(jì),高效,生態(tài)的優(yōu)勢(shì)具有極大的可推廣性.在有條件的中小城鎮(zhèn)污水廠和城市生活小區(qū)結(jié)合景觀效果進(jìn)行污水深度處理具有較強(qiáng)的可應(yīng)用性第23卷第3期劉建等人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)在污水深度處理中的應(yīng)用33參考文獻(xiàn)1王世和.人

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