人工濕地技術的應用和發(fā)展

1、人工濕地技術的應用與發(fā)展1 、前言隨著工業(yè)的發(fā)展， 水污染的加劇， 同時淡水資源短缺與人民生活水平提高之間的 矛盾日益加劇， 水環(huán)境保護的任務也越來越艱巨。 近年來，環(huán)境科學研究在迅 速 發(fā)展，正在積極探索水環(huán)境污染全球效應問題， 各種水處理污染的方法層出不窮， 其中生態(tài)處理技術人工濕地技術由于其低投資，出水水質好，抗沖擊力強， 操作簡單，建造和運行費用低 (僅為傳統(tǒng)二級污水處理廠的 1/101/2), 維護方便，氨氮去除率高，同時可使污水處理與環(huán)境生態(tài)建設有機結合，在 處理污 水同時創(chuàng)造城市生態(tài)景觀等特點逐步被越來越多的國家接受，并廣泛應用。2、人工濕地的定義及分類 2.1 人工濕地的定義

2、用人工濕地 (Constructed wetland) 來處理城市污水是發(fā)達國家近十年來才興起 的生態(tài)處理法 , 它是為處理污水而人為地在有一定長寬比和底面坡度的洼地上用 土壤和填料 ( 如礫石 等) 混合組成填料床，使污水在床體的填料縫隙中流動或在 床體表面流動，并在床體表面種植具有性能好，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，蒲草等 )形成一個獨特的動植物 生態(tài)體系。 (1)人工濕地去除的污染物范圍廣泛，包括 N , P , SS , 有機物，微量元素，病原 體等。有關研究結果表明，在進水濃度較低的條件下，人工濕地對B0D5勺去除率可達85%95%,

3、 CODfc除率可達80%以 上，處理出水中BOD5勺濃度在 10mg/l左右，SS小于20mg/l。(2)廢水中大部分有機物作為異樣微生物的有機 養(yǎng)分，最終被轉化為微生物體及 CO2 , H2O。人工濕地面積可視情況而言， 可在市郊結合部， 也可在污水處理廠出水的附近建 造。一些人工濕地屬預處理型， 在那些目前還不具備建造污水處理廠的城鄉(xiāng)結 合 部建造人工濕地， 將生活污水排入， 利用所種植物對其進行處理， 然后再排入自 然水系，保護水體；還有些濕地屬于加強型，在污水處理廠附近建造人工濕地， 將 污水處理廠處理過的水引入，再經(jīng)過人工濕地的加強處理，提高其水質，然 后排入自然水系，作為其補充水

4、源。2.2 人工濕地的分類根據(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，其主要應用領域 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)。 挺水植物系統(tǒng)根 據(jù)廢水流經(jīng)的方式，可分為表面流濕地(SFW)潛流濕地(SSFW)、立式流濕地 (VFW)。 (3)表面流濕地和立式流濕地因環(huán)境條件差 (易孳生蚊蟲 ) ，處理效果受氣 溫影響較大以及對基建要求較高，現(xiàn)多不再采 用。故人工濕地大部分采用潛流 式濕地系統(tǒng)。3、人工濕地在國外研

5、究應用發(fā)展自西德 1974 年首次建造人工濕地以來，各種不同的濕地在世界各地已被用來處 理大量不同的廢水。 1996年 9 月在奧地利維也納召開的第四次國際研討會，標 志著人工濕地作為一種獨具特色的新型廢水處理技術已經(jīng)正式進入水污染控制 領域。自由表面流濕地在歐洲發(fā)展緩慢。 瑞典 1994 年在 Wittgren 建一座處理 6500PE， 占地22公頃的自由表面流濕地。在北美約200座濕地處 理系統(tǒng)有 2/3 是自由表 面流濕地，其中一半又是自然濕地。自然濕地的大小從1 1000公頃，其中一半 在10100公頃。人工自然表面流濕地通常較 小， 60小于 10公頃。自然濕地 水力負何小于人工濕

6、地。系統(tǒng)水深范圍5 90cm 30 40cm較普及。最常用的預 處理是兼性或好氧塘， 表明許多濕地 系統(tǒng)用于現(xiàn)行塘系統(tǒng)的精處理。 (4) 地下潛 流系統(tǒng)在歐洲應用較多，有幾百座。在丹麥，德國，英國等國家都至少有 200 個系統(tǒng)在運行。此技術還在快速發(fā)展， 特別是在一些東歐國家。絕大多數(shù)系統(tǒng) 種植有蘆葦， 也有種植其它濕地植物的。 在德國大多數(shù)系統(tǒng)介質是土壤， 人們認 為根的生長和蘆葦根區(qū)會增加和穩(wěn)定導水性， 但幾乎所有土壤系統(tǒng)都遇到表面 斷流問題。為保證潛流， 英國和北美絕大多數(shù)采用礫石床。 雖有些礫石床也堵塞， 但主要是由于預處理不足。在歐洲此類系統(tǒng)趨向對近1000PE的鄉(xiāng)村級社區(qū)進行 二級

7、處理；北美則趨向更多人口的高級處理。 在澳大利亞和南非則用于處理各類 廢水。美國EPA目前正在開發(fā)北美人工濕地數(shù)據(jù)庫，地方數(shù)據(jù)庫在其它國家已存在，為 減少重復勞動和改良經(jīng)驗濕地設計方法，所有這些濕地都應通過公共數(shù)據(jù)庫 使 世界各地的工程師和科技人員能夠獲得。 這樣的數(shù)據(jù)庫可減少建設低效濕地的風 險。兩種濕地的設計指南現(xiàn)已出版， 但改良工作仍然需要， 有必要更細致的研究 不 同地區(qū)特征和運行數(shù)據(jù)以便在將來的建設中提供更合理的參數(shù)。豎流濕地在 歐洲許多地方投入運行已有幾十年。 豎流系統(tǒng)至今未廣泛使用是因為其需要更細 致的建設 和介質選擇。最近國際會議上有幾篇文章對豎流系統(tǒng)評價很高，目前 世界上科技

8、工作者正投入大量精力以改良人工濕地技術。 潛流系統(tǒng)的處理效率可 通過選擇豎流系 統(tǒng)，采用間歇負何和合理選擇介質而獲得提高，還可引入一些 傳統(tǒng)處理技術的理論，如回流。此外，不僅對豎流系統(tǒng)，對所有人工濕地系統(tǒng)都 需深入研究以改良優(yōu)化 工程設計參數(shù)，還需對系統(tǒng)的長期運行能力和管理問題 進行研究。 人工濕地不僅可用于城市和各種工業(yè)廢水的二級處理， 還可用于高級 處理中的精處理和對農(nóng)田徑流 的處理。在有些情況下，人工濕地可能是唯一使 用的技術4、人工濕地在我國的應用與發(fā)展 4.1 深圳白泥坑人工濕地處理系統(tǒng)我國自“七五”開始對人工濕地的研究，已建成一些示范工程，并于1990年7500m處。水系沿山189

9、畝，日處理量3100m3/d廢水。其處理月在深圳建起我國第一個人工濕地污水處理工程一一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)位于深圳市寶安縣百泥坑村南 角流向海灣屬海洋性氣候。占地面積流程見圖1:(2)出水水柵圖1深圳百泥坑人工濕地處人工濕地及氧化塘系統(tǒng)各單元的設計參數(shù)見表1: (2)表1深圳百泥坑人工濕地系統(tǒng)各單元的設計參數(shù)項目單元 數(shù)長(m)寬(m)碎石 粒徑(mm)碎石層 厚(cm)池底坡度()水力負荷(m3/m2.d)第一34211 1040 1001,1.5,2.095.4級24712.55050 1202.0,3.095.4第二33018.510150(水0(停留一級3

10、311930深)0.5,1.0,1.0天)第三195 1060-100100.7級第四級經(jīng)過近兩年的試驗運轉，出水效果較好。除氨氮指標效果不明顯外；其余指標均能 達到國家規(guī)定的二級處理排放標準。該工程無動力消耗 ，管理較方 便,除每月作 一次水質監(jiān)測外，平時無需其它管理。從外觀看,進水水質略顯渾濁，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%。深圳百泥坑人工濕地處 理系統(tǒng)與其它污水處理廠的比較見表 2: (2)表2深圳人工濕地系統(tǒng)與其它污水處理廠的經(jīng)濟比較工程名 稱總投資 （萬元）單位污水 投資額（元/m3）年運行費

11、 用（萬元）噸水處理成 本（元 /m3）單位污水用 地（m2/m3）深圳某3300660>100>0.202.67廠1500833>100>0.201.20蛇口某547574>100>0.201.20廠42.913836.50.202.79珠海某約2.00.02廠海南某1廠白泥坑從表2可以看出，人工濕地的工程總投資，處理單位污水的投資額，年運行費用 及單位污水的處理費用均比其它傳統(tǒng)方法的費用低得多。4.2山東膠南市污水處理廠膠南市位于山東半島西南部，其市區(qū)三面環(huán)山，一面臨海。其排水系統(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

12、源于造紙，化 工，印染，紡織，食品加工，釀造，橡膠，熱電等企業(yè)。以處理污水量61x104m3/d計，在建造污水處理廠前對各種處理流程進行了經(jīng)濟 技術比較，見表3（5） 表3 5種污水處理工藝技術經(jīng)濟比較工程名 稱特點工程 投資 （億 元）運行 費用 （萬元/a）處理成 本（元/m3）耗電量3(kw.h)/m占地 面積 （hm2）AB法可有效去 除有機物，對N,P去除率咼0.738760.40.3614氧化溝可有效去 除有機物，對N,P去除率咼0.587000.320.3322傳統(tǒng)活可有效去0.667880.360.4014性污泥 法除有機 物，對N,P 去除率低一級處 理排海 法0.82296

13、0.140.258蘆葦濕地法可有效去 除有機物，對N,P去除效果 較好，占 地面積 大0.211640.080.1580由表3可以看出，蘆葦濕地處理工藝具有投資省、運行費用低和便于管理等特點， 而膠南市風河下游北岸的大片鹽堿荒灘恰好可滿足該工藝占地面積大這一要求 ， 因此蘆葦濕地處理工藝成為最終選擇。2(5)建成的膠南污水處理廠設計處理規(guī)模為 6X 104m 3/,總投資為3000萬元,占地面 積為76.7 hm 2,全部為鹽堿荒灘。工藝流程見圖1-1r卜出沉1水j砂1i1井池範A®理區(qū)B處理區(qū)T史水池、舟卡押廖麗汩泥運I圖2污水處理廠工藝流程所采用的人工濕地為地表流蘆葦濕地， 該濕

14、地系統(tǒng)的濕地有效占地為 44.33hm2, 水力負荷為13.5cm/d，由99小塊蘆葦濕地田組成，每小塊長為140m寬為32m 并聯(lián)運行。人工濕地的運行效果，該廠污水處理量為(0.71.4) X 10m / d ,進水中的COD 為 10002000mg / L、BOD 5 為 450700 mg / L、SS為 7001500mg /L。污水經(jīng)過預處理后SS去除率達 70%上,COD去除率達25%以上, BOD 5 去除 率達20%以上,這大大減小了濕地田的負荷。濕地田進、出水指標見表4(5)項目CODeg55TNTP進水750,500704出水1 50so55251表4表明,該廠的運行情況

15、良好，各項指標均達到或優(yōu)于國家標準。此外，濕地內(nèi) 鷗鷺、燕鵲棲息葦田，行人游客駐足觀光，其生態(tài)效益可見一斑。4.3內(nèi)蒙赤峰市寧城污水處理廠寧城污水處理廠是赤峰市建委及寧城縣建設局承擔的國家建設部下達的“八五”科技研究重點課題“人工濕地污水處理技術在我國北方地區(qū)的研究和 應用”的項目，該項目曾于1997年6月通過國家建設部科技司主持的技術鑒定 并于1998年6月將該項成果予以推廣。其工藝流程為原污水通過格柵，通過集水井、沉淀池，進入一級碎石床后，再進入 二級碎石床，從二級碎石床流出處理水，排入天然河道。在一級碎石床栽植蘆葦， 在二級碎石床栽植香蒲。采用此工藝處理每噸污水需土建費用427.00元,

16、維護費用0.06元，占地面積 3.6m2。人工濕地污水處理技術的應用，有效地改善了東小河的生態(tài)環(huán)境，東小河下游的 居民從此遠離了惡臭和蚊蠅。改變了東小河的環(huán)境 ，提高了居民的生活質量。5、結束語人工濕地污水處理系統(tǒng)是一個綜合的生態(tài)系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點：建造和運行費 用便宜；易于維護，技術含量低；可進行有 效可靠的廢水處理；可緩沖對水 力和污染負荷的沖擊；可提供和間接提供效益，如水產(chǎn)、畜產(chǎn)、造紙原料、建材、 綠化、野生動物棲息、娛樂和教育。但也有不足:占地面積大；易受病蟲害使出水達不到設計要求或不影響；生物和水力復雜性加大了對其處理機制、工藝動力學和影響因素的認識 理解，設計運行參數(shù)不精確，因此常

17、由于設計不當 能達標排放，有的人工濕地反而成了污染源。另外，據(jù)已有數(shù)據(jù) ，當上下表面植 物密度增大時，人工濕地系統(tǒng)處理效率提高，在達到其最優(yōu)效率時，需23個 生長周期，所以需建成幾年后才達到完全穩(wěn)定的運行。 因此，目前人工濕地技術 最大問題在于缺乏長期運行系統(tǒng)的詳細資料?？偟脕碚f，人工濕地污水處理系統(tǒng)是一種較好的廢水處理方式，特別是它充分發(fā) 揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境的再污染，獲得污水處理與資源化的最佳效益，因此 具有較高的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益及社會效益，比較適合于處理水量不大、水質變 化不很大、管理水平不很高的城鎮(zhèn)污水，如我國農(nóng)村中、小城鎮(zhèn)的污水處理。人 工濕地作為一種處 理污水的新技術有待于

18、進一步改良，有必要更細致地研究不 同地區(qū)特征和運行數(shù)據(jù)以便在將來的建設中提供更合理的參數(shù)。參考文獻：(1) 白曉慧，王寶貞 , 等. 人工濕地污水處理技術及其應用發(fā)展，哈爾濱工業(yè)大學 學報第 32卷第 6 期:89-90(2) 沈耀良, 等. 新型廢水處理技術人工濕地 J. 污染防治技術 ,1996 ， 9(1-2):1-8 (3)Hans Brix. Use of constructed wetland in water pollution control:historical development, present status, and future perspectives. J. Wat. Sci. Tech, 1994,