第一篇:人工濕地污水凈化機理及植物的應用研究
人工濕地污水凈化機理及植物的應用研究
摘要
人工濕地因在污水處理系統中去污效果好,建造運行費用低,已經成為人們競相研究的熱點,本文通過對人工濕地的分類、去除污染物的作用機理、濕地植物的功能和選擇原理等方面的研究進展,分析了氮磷、有機物和重金屬等有機物的去除機理,探討了濕地植物的分類和對不同類型人工濕地的去除效果,最后對人工濕地后續應加強研究的幾個方面進行展望。關鍵詞:人工濕地;凈化機理;濕地植物 中圖分類號:X703 文獻標識碼:A
隨著社會的發展和水資源短缺問題的加劇,人類對水環境要求不斷提高,我國對水質的排放標準也越來越嚴格。近幾十年來,全國各地興建大量污水處理廠,對我們水質的提高起到巨大的改善作用。早期污水處理廠普遍采用的二級生物處理工藝雖然可以很大幅度的降低污染物濃度,但處理后的水質仍然無法滿足新的排放標準。同時對于已被污染和自凈能力較低的受納水體來說,只能延緩水環境污染的發展趨勢,排放水體中污染物濃度仍較高[1],此類水體無法作為景觀園林等需要的回用水體。另外,二級處理工藝因受到自身條件制約,現有的污染物去除水平已不能再大幅提高[2]。
被譽為“地球之腎”的濕地,是陸生生態與水生生態之間的過渡地帶,能夠環境自凈、調節氣候、維持生態平衡的生態系統[3],其在地球上治理污染方面起到不可替代的作用。但目前許多自然濕地的凈化能力已逐漸飽和,許多地區采取積極措施保護自然濕地,同時不斷地開發新型人工濕地來模擬自然濕地進行水質的改善,補充修復已污染受納水體[4]。因此人工濕地的研究和應用領域得到廣泛的擴展。
1.人工濕地的種類
人工濕地生態系統通過人工建造和控制管理的地面系統,通常首先在具有一定長寬比和坡度的洼地底部鋪墊粘土或不透水材料,再以特定粒徑的砂土和卵石填充,最后種植能起到吸附污染物質的水生植物,發揮凈化水體的作用。
通過從污水廠流出污水的水流形式可以把人工濕地生態系統分為3種[5]表面流人工濕地(SFW如圖1.1)、水平潛流人工濕地(SSFW如圖1.2)[6]和立式流人工濕地(VFW如圖1.3)[7]。
圖1.1 表面流人工濕地(SFW)
圖1.2 水平潛流人工濕地(SSFW)
圖1.3 立式流濕地(VFW)
2.污染物去除機理
人工濕地凈化水體中污染物的作用機理十分復雜,一般情況認為是在物理作用、化學作用和生物作用的相互協同作用下去除污染物質[8]。
2.1氮磷的去除
污水中的無機氮可以在植物的生長過程中被攝取利用,轉化成植物蛋白等有
[9]機氮的形式其從水體中去除。除了植物的吸收作用,有機氮主要是被微生物分解去除,由填料和植物根莖中生長的微生物在好樣和厭氧交替狀態下通過硝化和反硝化作用最終變成氮氣去除,這類似于多個串并聯的A/A/O 處理單元,但經濟方面節省許多[10-11]。人工濕地中磷元素的去除主要包括植物的直接吸收、微生物作用及物理化學反應的協同作用。污水中的無機磷通過植物的吸收和利用轉化成植物生長所需的營養物質。微生物作用方面是利用濕地中生長的聚磷菌吸收水體中多余的磷元素,通過對同化和過量積累作用去除磷元素。R.Bhamidimarri 等 [12]的研究過程表明:在進水總磷濃度為2.6-5.9mg/L時,人工濕地對磷的去除率能夠達到90%。
2.2 有機物的去除
首先通過濕地填料的共沉淀、攔截去除SS等不溶性有機物;可溶性有機物在濕地中隨污水的流動過程中通過生物膜的分解代謝等作用被去除,最終被轉化成CO2、H2O和微生物,最終從系統中去除。人工濕地對BOD的去除率可以達到60%-96%,符合我國二級排放標準。
2.3 重金屬的去除
人工濕地去除重金屬是通過填料的截留和植物的吸收等作用完成,在植物吸收重金屬后體內分泌絡合物質與重金屬產生螯合作用,去除重金屬。例如鳳眼蓮的根系十分發達且生長更新速度快, 能夠吸收降解水體中的酚、氰等物質, 將其轉換成自身所需的營養物質。
3.人工濕地植物的研究
3.1 人工濕地植物種類
1953 年,德國Max Planck 研究所Seidel博士在實驗中發現蘆葦能對污水中的污染物有良好的去除作用[13],然后設計開發出Max-planck Institute Process系統。而后提出了“根區理論”[14],該理論標志著人工濕地系統作為獨具特色的新型污水處理工藝正式進入水污染控制領域。人工濕地的核心是植物,不同種類的植物可以去除特定的污染物,同時能夠綠化美觀土地,調節氣候,平衡生態系統。
應用在人工濕地中的水生維管束植物可分為濕生植物、挺水植物、浮葉植物、漂浮植物和沉水植物。按生活作用類型,濕地植物可分為灌木、喬木和草本植物。人工濕地系統應用較多的是利用草本植物(尤其是挺水植物)來凈化污水, 如被廣泛應用的蘆葦、寬葉香蒲等。
3.2 人工濕地植物功能(1)凈化功能
人工濕地植物是利用自身的根系吸附和利用受污染水體中的氮磷和有機物等營養物質,并且對重金屬等有害物質也具有有效的去除能力。賀鋒等[15]通過實驗證明,主要是植物的地上莖葉部分對氮元素進行積累,所以對植物的地上部分進行收割能夠有效地去除污水中的氮。相關研究表明,種植了水生植物的人工濕地在硝化作用方面遠強于未種植的人工濕地,具有較強的脫氮除磷能力[16]。水蔥應用在食品廠廢水中COD和BOD的去除中,COD去除率可達到70%-80%,BOD去除率達到60%-90%,而茭白和慈姑對城市污水中的BOD 去除率高達80% 以上。陳明利等[17]實驗證明,種植鳳眼蓮和水蕹的濕地與未種植的相比,去除Cd2+的效率能夠提高65.3%,去除Zn2+的效率提高43.7%。(2)保持濕地環境
被種植在人工濕地中的水生植物通過降低污水水流的速度,使得懸浮物更容易沉淀,降低再次懸浮的風險,同時大幅度增加植物根莖和污水的接觸時間,提高污染物的去除效果。冬季北方較冷地區會使表面流人工濕地表面結冰,水生植物可以起到支撐冰面的作用,已經枯萎的植物殘體被冰雪覆蓋,保護,避免濕地填料凍壞,因此使得人工濕地在嚴寒冬季也能發揮凈化水質的作用。此外,植物能夠適當的調節濕地周圍的氣候條件,并對景觀起到美化的作用,為各種野生動物提供生長繁殖的地方,還能夠阻滯沙塵、凈化空氣,為人們提供更舒適的生活環境。
3.3 人工濕地植物的選擇(1)根據地區的環境選擇
需要建造人工濕地的不同地區環境背景不同,氣候條件、地形和景觀環境等存在差異和特定性,這些因素都是在選擇人工濕地植物時需要充分考慮的方面,做到因地制宜、適地適種十分重要。比如,具有根系生長向土性的植物(更加適合種植在表面流人工濕地里,更加有利于根系的生長;喜好無土環境生長的一些原本生長在湖泊、沼澤等地的水生植物(藨草、香蒲、茭白)等更加適合潛流式人工濕地。
(2)根據植物的抗逆性選擇
人工濕地種植抗逆性較強的植物對濕地系統穩定性的提高有很大作用。植物的抗逆性包括抗鹽、抗低溫、抗高溫、抗細菌、抗污染等。保證植物能夠在惡劣的背景環境下也能發揮良好的去除污染物的能力,抗逆性較差的植物會影響對污染水體的凈化作用
(3)根據植物的凈化能力選擇
不同的植物種類對不同的污染物具有較好的去除能力。比如有實驗證明,蘆葦能夠有效去除污水中的氮元素,鳶尾能夠有效去除污水中的磷元素。花葉蘆竹對NH4+、TN 和TP 的去除率分別高達93%、88% 和98%。
4.研究展望
目前,對人工濕地的各方面研究數量很多,但是人工濕地所具有的“黑箱效應”使人們重點放在人工濕地的工程應用和實效方面,認識內部污染物的去除機理和過程不夠充分,為了加強認識人工濕地凈化機理,提高其凈化效果,我們今后的研究重點分以下幾個方面:(1)進一步加強對人工濕地所種植物生長過程的研究。人工濕地容易受到人為操作和管理的影響,濕地運行中植物的光合作用等代謝過程都會受不同程度的影響。比如,美人蕉在濕地系統的生長繁殖與陸地的種類相比的研究較少。因此,加強對治污生長環境因子的研究能夠使人工濕地的處理效能得到有效提高。(2)加強人工濕地內部微生物和植物的相互協調作用研究。發達的根系有利于微生物的生長和繁殖,同時有些種類的分泌物能夠刺激微生物的分解作用。部分植物根際細菌具有特定的酶途徑,能夠降解特定的有機物。因此,進一步加強植物-微生物界面協同作用對污水處理具有良好的促進作用。(3)繼續進行人工濕地植物種類的選擇和植物資源化的研究。不同類型的植物根系的生長程度、氧氣的輸送能力、吸收營養的恩呢管理等都存在各方面的差異,同時需要加強各植物種類之間的相互搭配,使人工濕地系統具有穩定高效的運行狀態,提高污水凈化能力。最后,需要加強現在已經建成的人工濕地的后續可持續性研究。
參考文獻:
[1] 顧宗濂.中國富營養化湖泊的生物修復[J].農村生態環境,2002,18(1): 42-45.[2] Grady C P Leslie, Daigger Glen T, Henry C.Biological Wastewater Treatment [M].NewYork: Marcel Dekker.Inc, 1999.[3] 劉衍君.人工濕地在污水處理中的應用及其展望[J].云南環境科學,2003.[4] Thomas P R, GloverP, KalaroopanT.Anevaluation of pollution removal from secondary treated sewage effluent using aconstructed wetland system[J].Water SciTechnol,1995,32(3):87-93.[5] 吳曉磊.1995.人工濕地廢水處理機理[J].環境科學,16(3):93-86.[6] United States Office Of Water EPA 832-R-93-008 Environmental Protection(4204)July 1993 Agency.Subsurface Flow Constructed Wetlands for Wastewater Treatment [A].[7] 籍東國等.人工濕地及其在工業廢水處理中的應用[J].應用生態學報,2002,13(2):224-228.[8] Brij G.Natural and constructed wetlands for wastewater treatment:potentials and problems[J].Wat.SciTech,1999,40(3):27-35.[9] 王平,周少奇.人工濕地研究進展及應用[J].生態科學,2005,24(3):278-281.[10]楊敦,周琪.人工濕地脫氮技術的機理及應用[J].中國給水排水,2003,19(1):23-24.[11] 吳曉磊.人工濕地廢水處理機理.環境科學.Vol16.3.[12] Bhamidimarri Retal.Wat.Sci.Tech.1991,24(5):247.[13] House C.H.Combining constructed wetlands and aquatic and soil filter for reclamation and reuse of water[J].Ecological Engineering,1999,12:27-38.[14] Gersberg R M, Elkins B V, Lyon S R, et al.Role of aquatic plants in wastewater treatment by artificial wetlands[J].Water Research,1986,20(3):363-368.[15] 賀鋒,吳振斌.水生植物在污水處理和水質改善中的應用[J].植物學通報, 2003,20(6).[16] 成水平,吳振斌,況琪軍.人工濕地植物研究[J].湖泊科學,2002,2(14):179-184. [17] 陳明利,張艷麗,吳曉芙,等.人工濕地植物處理含重金屬生活廢水的實驗研究[J].環境科學與技術.2008,12(31):164-168.
第二篇:人工濕地廢水處理中有機污染物降解及其機理.
[1]人工濕地廢水處理中有機污染物降解及其機理
李升蓮;尚芳紅;萬麗娟;王皓;李倩;胡尚偉;王曉丹;潘瑾;黃玉明;,西南大學環境化學研究所三峽庫區生態環境教育部重點實驗室;西南大學環境化學研究所三峽庫區生態環境教育部重點實驗室;西南大學環境化學研究所三峽庫區生態環境教育部重點實驗室;西南大學環境化學研究所三峽庫區生態環境教育部重點實驗室;西南大學環境化學研究所三峽庫區生態環境教育部重點實驗室;西南大學環境化學研究所三峽庫區生態環境教育部重點實驗室;西南大學環境化學研究所三峽庫區生態環境教育部重點實驗室;西南大學環境化學研究所三峽庫區生態環境教育部重點實驗室;西南大學環境化學研究所三峽庫區生態環境教育部重點實驗室;,第三屆全國環境化學學術大會,2005-11-01
<正>1 人工濕地中有機物的來源濕地中有機物主要來源于廢水、植物、微生物、藻類、沉降(主要是濕沉降)、土壤等。2 人工濕地中有機污染物及其中間降解產物的表征對有機污染物及其中間降解產物進行表征是進行其機理研究所必須的,然而絕大多數研究中人們主要是通過檢測出口及入口水中化學需氧量(COD)及生物化學需氧量(BOD)[2]活性污泥—人工濕地組合系統處理農村生活污水的試驗研究
萬麗娟,西南大學,2007-04-20
水污染已成為當今全球所面臨的嚴重的環境問題之一。近年來,各種污水處理技術在實際應用中取得了不斷的發展,特別是作為二級處理的活性污泥法以其工藝相對成熟、運行穩定、處理效果好而成為生活污水處理的主流工藝。同時人工濕地污水處理技術作為一種生態處理技術由于其造價低廉、維護簡單及處理效果好等特點也倍受青睞。目前人工濕地廢水處理存在的主要問題是:(1)從人工濕地工藝設計及運行參數來看,運行參數對系統處理效果的影響研究還不夠深入,如對濕地系統的水力負荷、污水停留時間、出水量等與污水凈化效果之間的偶...[3]人工濕地水處理技術開發
南京大學,2006-01-01
[4]表流人工濕地污水處理技術在撫順的應用
唐小囡;,節能,2008,09
分析撫順地區水體污染狀況,闡述撫順市利用一級強化+人工濕地處理組合工藝在撫順市海新河污染整治中的應用及處理效果分析。
[5]幾種植物對生活污水的處理效果研究
歐菊泉,張小云,彭青林,田學達,湘潭大學自然科學學報,2002,03
選取蛇泡草、紅辣蓼、鵝不食草和田邊菊作為人工濕地的栽培物 ,并對它們處理污水的效果進行研究.結果表明 ,不同的植物對生活污水的處理效果有所不同 ,紅辣蓼對NH+ 4 N的去除率最高 ,2 4~ 48h之間的平均值為 2 4.5 % ,蛇泡草對TP的去除率最高 ,2 4~ 48h之間的平均值為 17.0 %.所有受試植物對污水的處理效果均在 40~ 48h之間達到頂峰
[6]城鎮生活垃圾綠色增效處理工藝
西南農業大學科技咨詢公司,2004-01-01 DataType: 2 題名: 宿鴨湖濕地省級自然保護區管理模式研究 作者: 牛翔
來源: 西北農林科技大學 年: 2007 摘要:
濕地學是一新興學科,而濕地保護與管理學更是年輕的交叉學科。濕地管理是根據濕地生態系統固有的生態規律與外部擾動的反應所進行的各種調控,從而達到系統總體最優的過程。由于汝南宿鴨湖濕地省級自然保護區有其獨特的生態和地理條件,傳統的管理模式和現有的管理模式難以完成對該自然保護區的保護,因此本研究以汝南宿鴨湖濕地省級自然保護區為研究對象,通過對該特殊濕地的現狀、生態和外部擾動分析和評價,依據生態學原理和保護生物學原理提出了新的管理模式。汝南宿鴨湖濕地省級自然保護區位于河南省東南部,駐馬店市轄區汝南...DataType: 2 題名: 濕地資源保護與可持續利用綜合評價研究 作者: 程實
來源: 中國林業科學研究院 年: 2007 摘要:
濕地是自然界最富生物多樣性的生態系統和人類最重要的生存環境之一,具有巨大的資源潛力和環境、社會、經濟功能,我國濕地總面積約3484×10~4hm~2,居世界第四位,濕地類型齊全,生態系統具有高度多樣性,是各種濕地資源最豐富的國家之一。但是,由于不合理的利用和破壞,濕地的面積急劇縮減,據統計,自1949年以來,我國天然濕地面積減少大于50%,濕地資源正經歷退化、喪失的過程。為了進一步保護濕地資源,為決策者提供科學依據,濕地評價是關鍵,本研究結合國內外濕地評價現狀,創新性的從...DataType: 2 題名: 九段沙濕地植物群落演替與可持續管理的生態學研究 作者: 施文彧
來源: 華東師范大學 年: 2007 摘要:
長江口新生濕地一九段沙由上沙、中沙和下沙組成。處于水陸過渡地帶,整個生態系統正處于發育過程,系統相對脆弱。在前期的研究過程中發現,九段沙濕地正遭受一系列的外來干擾,其中,于1997年在九段沙中沙和下沙地區進行的蘆葦和互花米草引種實驗帶來的干擾較為嚴重,對九段沙濕地植被群落未來的演替趨勢有非常大的影響。本文以九段沙濕地高等植物群落為研究對象,調查目前九段沙濕地3種主要植被的季節生長動態變化情況;并根據已有的研究基礎,結合1998~2004年的遙感衛星資料和實地勘...DataType: 1 題名: 鄱陽湖濕地整理與可持續管理探討 作者: 蔡海生;趙小敏;朱德海;單位: 中國農業大學信息與電氣工程學院,江西農業大學國土資源與環境學院,中國農業大學信息與電氣工程學院 北京100083,江西農業大學國土資源與環境學院,江西南昌330045,江西南昌330045,北京100083 摘要: 鄱陽湖濕地是國際重要濕地之一,具有重要的生態、經濟和社會效益,對涵養水源、調節氣候、調蓄長江洪水、降解污染物和保護生物多樣性具有重要意義。對鄱陽湖濕地變化進行了簡單的描述,對鄱陽湖濕地資源特征進行了現狀分析,探討了以濕地生態修復、生態功能區劃分、自然保護區建設、明確濕地權屬和規范管理等為主要內容的濕地整理,并結合鄱陽湖濕地資源保護利用和可持續發展,生態保護和新農村建設,對鄱陽湖濕地可持續管理進行了論述。年: 2007 期: 02 DataType: 2 題名: 城市濕地公園可持續性景觀評價研究 作者: 石軻
來源: 南京師范大學 年: 2008 摘要:
城市濕地公園作為有效保護和合理利用城市濕地的有效方式,近年來在國內蓬勃發展,已取得巨大的環境、社會與經濟效益。然而,作為城市生態系統的重要組成部分,城市濕地公園面臨城市化發展的巨大壓力,景觀結構破壞,生態系統退化,功能衰退,從而降低了濕地對城市社會經濟的可持續發展支持能力。本文運用景觀生態學、可持續發展等相關的理論和方法,從濕地公園尺度和城市區域尺度對城市濕地公園的可持續性開展評價研究,旨在指導城市濕地公園規劃建設和科學管理,發揮和實現城市濕地應有的功能和價值。得出的基本結論是:...DataType: 1 題名: 全球濕地的狀況、未來情景與可持續管理對策 作者: 張永民;趙士洞;郭榮朝;單位: 河南財經學院資源與環境科學系,中國科學院地理科學與資源研究所,河南財經學院資源與環境科學系 河南鄭州450002,北京100101,河南鄭州450002 摘要: 簡要介紹了千年生態系統評估(MA)項目針對濕地與水編寫的《生態系統與人類福祉:濕地與水綜合報告》的核心內容。報告表明:①據估算,2000年全球的濕地面積大約為1.28×109hm2,但是這一數據顯著偏低,尤其是對新熱帶區的濕地以及有些特殊類型濕地的估算因數據源問題可能遠低于實際面積;②根據MA構建的4種情景的分析結果,未來50年(2000—2050年)內,在對生態系統實行被動式管理的全球協同和實力秩序2種情景中,預計全球的濕地面積將會減少,而在對生態系統實行主動式管理的技術家園和適應組合2種情景中,預計全球...年: 2008 期: 04
DataType: 1 題名: 濕地資源生態旅游發展分析及可持續管理模式研究 作者: 蔡為民;吳中元;張玉波;單位: 天津工業大學管理學院,天津工業大學管理學院,天津工業大學管理學院 天津300384 農業部資源遙感與數字農業重點開放實驗室,北京100081,天津300384,天津300384 摘要: 濕地作為世界上生產力最高的生態體系之一,具有巨大的生態效益和經濟效益,也以其獨特的自然和文化景觀為生態旅游提供了有利條件。本文通過對我國濕地資源概況及功能、濕地生態旅游發展狀況的分析,指出我國濕地資源豐富,開展生態旅游前景廣闊,同時提出了適合我國國情的濕地生態旅游可持續利用管理體系,以期為全面開發濕地生態旅游資源,發揮濕地的經濟和生態綜合效益,實現濕地資源的可持續利用提供參考。年: 2007 期: 10
DataType: 1 題名: 嫩江中下游濕地生態環境敏感性分析及可持續管理對策 作者: 張艷紅,張樹文 單位: 中國科學院東北地理與農業生態研究所 ,中國科學院東北地理與農業生態研究所
長春130012 ,長春130012 摘要: 對嫩江中下游濕地生態環境從自然驅動因子:流域地形地貌、地質構造和沉積特征、氣候變化和人為驅動因子:人類開墾活動、水利工程等條件下進行了敏感性評價,在此基礎上提出了濕地生態環境可持續性管理對策。年: 2002 期: 04
DataType: 1 題名: 若爾蓋濕地生態系統管理的關鍵問題 作者: 姜凌;王成璋;單位: 西南交通大學經濟管理學院,西南交通大學經濟管理學院 成都610031,成都610031 摘要: 若爾蓋濕地是中國最大的高原濕地,具有豐富的生物多樣性和生態資源。由于多種原因,這片濕地正面臨著空前的生態危機。對若爾蓋濕地展開生態系統管理研究是改善若爾蓋生態環境,實現可持續發展的前提。其中,關鍵問題包括:濕地生態系統現狀分析;生態系統服務功能分析與價值化評估;建立可視化專家管理系統,實施可持續利用對策。年: 2008 期: 01
DataType: 2 題名: 江蘇海濱濕地生態旅游可持續發展模式研究 作者: 仇昊
來源: 南京師范大學 年: 2003 摘要:
本文以江蘇海濱濕地生態旅游為研究對象,結合生態旅游與生態安全理論,探討江蘇海濱濕地生態旅游可持續開發與管理模式,并對江蘇鹽城海濱濕地生態旅游的發展進行實際研究。
全文共分五章:第一章對生態旅游的本質與研究進展進行探討,并對海濱濕地生態旅游的內涵、界定與特點進行闡述。
第二章在調查研究和廣泛收集資料的基礎上,主要探討海濱濕地生態旅游的開發條件,建立濕地資源評價指標體系,并對江蘇海濱濕地生態旅游資源進行定性與定量評價。...DataType: 1 題名: 濕地可持續發展的水資源保護對策——以鄱陽湖和洞庭湖濕地為例 作者: 丁疆華;單位: 中山大學環境科學系 廣州 510275 摘要: 通過對鄱陽湖和洞庭湖濕地功能和濕地水資源特征的介紹,分析它們水資源破壞狀況和所引起的環境問題,提出為實現濕地可持續發展保護必須從保護濕地的水資源入手,并根據“兩湖”濕地的現狀提出四條措施和建議:總體規劃、綜合治理,改善長江自然生態環境,強化管理和依靠科學手段為保障 年: 1999 期: 03
第三篇:淺談人工濕地處理生活污水的作用機理與優勢
淺談人工濕地處理生活污水的作用機理與優勢
摘要:分析了當前污水處理廠的運行弊端,指出了人工濕地生活污水處理工藝具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡單、投資省、運行費用低等特點,特別適合以農業生產為主的鄉鎮的生活污水的處理。
關鍵詞:人工濕地;破解;瓶頸
1引言
遵義縣現有30個鎮鄉,共有274個村居,人口94萬多人,城鎮人口約占1/5,城鎮每天產生生活污水約29萬t。全縣轄區面積392766km2,河流、湖泊眾多,地表水和地下水資源比較豐富。全縣已經建成污水處理廠5座,縣級龍坑污水處理廠采用滴慮床,鎮級烏江和蝦子2座污水處理廠采用接觸氧化,鎮級楓香和村級龍坑八里2座采用濕地處理工藝。其它26個鎮鄉及其村莊都沒有建設污水處理廠,其生產生活中產生的污水直接或間接排入地表水或地下水。因而,解決鎮鄉水污染迫在眉睫,修建污水處理廠也成為唯一的選擇。
2原因分析
21污水成分及財稅
遵義縣是農業大縣,現在沒有建成污水處理廠的鄉鎮,產業結構主要還是第一產業,這些鄉鎮收入主要靠種、養殖業,其在生產、生活過程產生污水主要成分還是以氮、磷為主。財政收入來源單一,基本上是種養殖產生的稅收,公共福利主要靠財政轉移支付。
22工藝比較
傳統污水處理工藝一般要經過格柵、沉砂、初次沉淀、曝氣、二次沉淀、污泥處理等工序,建設需要修建大量的構筑物及儀器設備,一次性投入比較大。運行過程能耗也比較高,根據國家環保部公布的 《2009年中國環境狀況公報》:2009年全國排放廢水總量為5892億t。如果這些排放的污水要全部進行處理,按照目前污水廠的耗電量約025kWh/t污水進行計算(GB18918-2002二級排放標準),則耗電量大約為1473億kW?h,約占2009年全社會總用電量的06%,按電費065元/kW?h計算,總的電費為95745億元,約占當年GDP的0028%[1]。另外,機械設備長期在污水中浸泡,容易損壞,會產生一大筆維護費用。因此,采用傳統工藝修建的污水處理廠,運營成本、維護成本較高,資金來源缺乏,運轉經費沒有保障,污水處理廠只是開開停停應付檢查[2]。實際上造成了有些污水處理廠出現了停運現象,部分污水處理廠建成之日,就是停產之日。
人工濕地是一個綜合的生態系統,它應用生態系統中物種共生、物質循環再生原理,結構與功能協調原則,在促進廢水中污染物質良性循環的前提下,充分發揮資源的生產潛力,防止環境的再污染,獲得污水處理與資源化的最佳效益。人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面,將污水、污泥有控制的投配到經人工建造的濕地上,污水與污泥在沿一定方向流動的過程中,主要利用土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用,對污水、污泥進行處理的一種技術。其作用機理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養分吸收及各類動物的作用。實際上就是通過生物的新陳代謝吸收、分解、轉化等方式對生活污水進行凈化。
人工濕地與傳統工藝比較具有以下優點:人工濕地處理系統具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡單、投資省、運行費用低等特點,非常適合中、小城鎮的污水處理。
人工濕地對污染物的去除原理:SS的去除主要靠物理沉淀、過濾作用,BOD的去除主要靠微生物吸附和代謝作用,代謝產物均為無害的穩定物質,因此可以使處理后水中殘余的BOD濃度很低。污水中COD去除的原理與BOD基本相同。N、P去除人工濕地主要利用生物脫氮及植物吸收方法。
作用機理:對污染物的去除與影響物理沉淀可沉淀固體在濕地中重力沉降去除、過濾,通過顆粒間相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固體被阻截而去除;化學微生物代謝:利用懸浮的底泥和寄生于植物上的細菌的代謝作用將懸浮物、膠體、可溶性固體分解成無機物;通過生物硝化-反硝化作用去除氮;部分微量元素被微生物、植物利用氧化并經阻截或結合而被去除。自然死亡:細菌和病毒處于不適宜環境中會引起自然衰敗及死亡,植物植物代謝利用植物對有機物的吸收而去除,植物根系分泌物對大腸桿菌和病原體有滅活作用植物吸收相當數量的氮和磷能被植物吸收而去除,多年生沼澤植物,每年收割一次,可將氮、磷吸收、合成后分移出人工濕地系統。
人工濕地處理系統主要由并聯、串聯土地、生物構成,土地主要考慮從上到下過濾、生物降解,可以采取卵石、礫石、沙石、粘土從上到下逐級過濾。并聯主要考慮多級土地、生物處理,栽種不同季節的植物,不同的層結又要考慮不同工段的污染物,生活污水經過串聯、并聯生物、土地處理能夠達到國家污水處理外排標準。人工濕地在運行過程中,定期進行收割并對過多的植物去除就能夠保證正常運行。處理后的污水還可以考慮栽種蓮藕、冬筍等經濟作物助農增收。
針對該縣各鎮鄉的實際情況,污水處理廠的建設需要的是一種操作簡單、運行成本低、滿足污水處理的工藝,無疑濕地處理成為該縣各鎮鄉的首選工藝。
3結語
經過對傳統污水處理廠工藝和人工濕地工藝的比較,人工濕地污水處理工藝在建設、運行、管理等方面適合遵義縣各農業鎮鄉生活污水的處理。
參考文獻:
[1] 周瑜傳統污水處理廠的節能降耗措施[J]山西建筑,2011(12):129
[2] 劉昌文遵義縣地表水污染分析及對策[J]北方環境,2010(6):130
Abstract: This article analyzes the advantages of using artificial wetland to treat the domestic sewage,such asbig buffer capacity,good treatment effects,simple process,low investment and running cost and so onTherefore,it isparticularly suitable for agricultural production as the mainstay of rural domestic sewage treatment
Key words:artificial wetland;break;bottleneck
第四篇:人工濕地污水處理技術
人工濕地污水處理工藝設計與研究設想
摘要:人工濕地作為一種新型生態污水處理技術,在實際應用中取得了快速發展。為了適應我國對這一技術的迫切需要,本文介紹了目前人工濕地污水處理的工藝結構、基本設計方法,闡述了人工濕地污水處理系統工藝設計的主要內容及存在的若干問題,并提出了開展人工濕地工藝設計研究的一些設想。
關鍵詞:人工濕地;污水處理;工程設計
Abstract : As a new type of ecological wastewater treatment technology ,constructed wetland has been developed at a great speed in its application.In order to satisfy the urgent need of this technology in China ,the basic configuration , types and design methods of current wastewater treatment technology by constructed wetland are introduced ,and the main contents and problems of the process design of constructed wetland for wastewater treatment are summarized , and some research interests are proposed in this paper.Key words : construced wetland;wastewater treatment;process design 引言
近年來,各種水處理技術在實際應用中取得了不斷的發展,特別是作為二級處理的活性污泥法以其工藝相對成熟、運行穩定、處理效果好而成為城市污水處理的主流工藝,但傳統的活性污泥不僅基建投資大,運行費用高,且主要以去除碳源污染物為目的,對氮、磷等營養物質的去除則微乎其微,經處理后的出水排入水體后仍將引起“富營養化”等環境問題。三級處理雖可解決上述問題,但因投資和運行費用昂貴而難以大面積推廣。同時事實也說明,單純依靠傳統的人工處理方法在我國當前的情況下尚難以從根本上解決水污染問題,只能延緩其發展趨勢。70年代以來,人工濕地處理技術的提出和發展,為綜合解決上述問題提供了一種新的選擇。
人工濕地是一種人工建造和監督控制的與自然濕地相類似的地面,是人為地將石、砂、土壤等一種或幾種介質按一定比例構成基質,并有選擇性地植入植物的污水處理生態系統[1]。由于人工濕地具有處理效果好、建設和運行費用低、易于維護管理等優點[2,5 ],因而受到世界各國的普遍重視,成為近年來發展較快的一種污水處理新技術[6]。
但是,由于人工濕地污水處理技術還處于開發階段,尤其在我國人工濕地污水處理技術的發展及其應用時間還相對較短,還沒有比較成熟的設計參數,其工藝設計也還處于試驗階段;人們對其的認識較少,加之存在許多亟待解決的問題,因而人工濕地的應有潛力未能得到深入挖掘。本文將在闡述人工濕地污水處理系統工藝設計的主要內容及存在的若干問題的同時,提出一些開展人工濕地工藝設計研究的設想和展望,以供廣大環境保護工作者參考。人工濕地的類型與工藝流程
人工濕地系以人工建造和監督控制的、與沼澤地相類似的地面,通過自然生態系統中的物理、化學和生物三者協同作用以達到對污水的凈化。此種濕地系統是在一定長寬比及底面坡度的洼地中,由土壤和填料混合組成填料床,廢水在床體的填料縫隙或在床體表面流動,并在床體表面種植具有處理性能好、成活率高、抗水性強、生長周期長、美觀及具有經濟價值的水生植物,形成一個獨特的動、植物生態系統,對廢水進行處理[7]。
人工濕地按污水在其中的流動方式可分為兩種類型[7]:①自由水面人工濕地(簡稱FWS,或稱地表徑流型人工濕地),②潛流型人工濕地(簡稱SFS)。FWS系統中,廢水在濕地的土壤表層流動,水深較淺(一般在0.3~0.6m)。與SFS系統相比,其優點是投資省,缺點是負荷低。北方地區冬季表面會結冰,夏季會滋生蚊蠅、散發臭味,目前已較少采用。而SFS系統,污水在濕地床的表面下流動,一方面可以充分利用填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料截留等作用,提高處理效果和處理能力;另一方面由于水流在地表下流動,保溫性好,處理效果受氣候影響較小,且衛生條件較好,是目前國際上較多研究和應用的一種濕地處理系統,但此系統的投資比FWS系統略高。
人工濕地的工藝流程有多種,目前采用的主要有:推流式、階梯進水式、回流式和綜合式4種,如圖1所示[7]。階梯進水可避免處理床前部堵塞,使植物長勢均勻,有利于后部的硝化脫氮作用;回流式可對進水進行一定的稀釋,增加水中的溶解氧并減少出水中可能出現的臭味。出水回流還可促進填料床中的硝化和反硝化作用,采用低揚程水泵,通過水力噴射或跌水等方式進行充氧。綜合式則一方面設置出水回流,另一方面還將進水分布至填料床的中部,以減輕填料床前端的負荷。實際設計中,人工濕地的運行可根據處理規模的大小進行多級串聯或附加必要的預處理、后處理設施構成。這樣的多種方式的組合,一般有單一式、并聯式、串聯式和綜合式等,如圖2所示[7]。在日常使用中,人工濕地還常與氧化塘等進行串聯組合。
人工濕地污水處理系統一般包括前處理和人工濕地兩部分。前處理一般包括化糞池、格柵、沉砂池、沉淀池、厭氧池和兼性塘等。直接將未經沉淀處理的污水引入人工濕地,雖然首級人工濕地的COD、BOD、SS的去除率高,但容易引起堵塞等問題,使維護費用增加。因此,將沉淀池或穩定塘作為人工濕地系統前處理是非常必要的。人工濕地一般工藝處理流程見圖3[7]。
a c
b
d 圖1 人工濕地的基本流程
a.推流式;b.回流式;c.階梯進水式;d.綜合式
a
c
b
d
圖2 人工濕地的不同組合方式 a.單一式;b.串聯式;c.并聯式;d.綜合式
圖3 人工濕地一般工藝處理流程 人工濕地系統的設計
人工濕地污水處理技術還處于開發階段,尤其在我國還沒有比較成熟的設計參數,其工藝設計也還處于試驗階段。其設計受很多因素的影響,主要是:水力負荷、有機負荷、濕地床的構造形式、工藝流程及其布置方式、進出水系統的類型和濕地所種植植物的種類等。由于不同國家及地區的氣候條件、植被類型以及地理條件各有差異,因而大多根據各自的情況,經小試或中試取得相關數據后進行設計[7]。
3.1 選址及污水量和污水水質的確定
在人工濕地修建前,先進行污水量的調查和污水水質分析,確定處理規模以及有關污染物的去除率,設計處理后污水必須達到國家規定的污水排放標準。然后,根據地質、地貌、水文、污水出口等自然狀況以及市政規劃等因素選定人工濕地地址。比如地形有一定自然坡度可減少開挖土方量,有利于排水、降低投資且減少對周圍環境的影響;一般人工濕地應建在非洪澇災害區或則需考慮修建相應的防洪措施;在房價較低地段修建可大幅度降低修建成本等。
3.2 植物的選擇
人工濕地系統設計中,應盡可能增加濕地系統的生物多樣性,以提高濕地系統的處理性能,延長其使用壽命。植物在碎石中為微生物提供場所,在整個濕地系統中占有重要的地位,因此應慎重選擇。
總的來說,選擇植物應該滿足:(1)耐污能力和抗寒能力強,適宜于本土生長,最好以本鄉土植物為主;(2)根系發達,莖葉茂密;(3)抗病蟲害能力強;(4)有一定的經濟價值。而常用的植物有蘆葦、香蒲、大米草、美人蕉、水花生和稗草等,目前最常用的是蘆葦。蘆葦的根系較為發達,具有巨大比表面積的活性物質,其生長可深入到地下0.6~0.7m,具有良好的輸氧能力。種植蘆葦時,一般應盡量選用當地蘆葦進行移栽,即將有芽苞的蘆葦根分剪成10cm長左右,將其埋入4cm深的土中并使其端部露出地面。插植的最佳季節在秋季或早春,插植密度可為1~3株/m2。
3.3 填料的選用
濕地床由三層組成,表層土壤、中層礫石層和下層小豆石層。表層土壤可用當地表層土,優先選用鈣含量為2~2.5kg/100kg的混合土,以利于提高脫磷效果。在鋪設表層土時,要將地表土壤與粒徑為5~10mm石灰石摻和,厚度為150~250mm。表層以下采用粒徑在0.5~5mm的礫石或花崗巖鋪設,其鋪設厚度一般為0.4~0.7m,有時也采用粒徑在5~10mm或12~25mm石灰石填料。進水配水區和出水集水區的填料常采用粒徑為60~100mm的礫石,分布于整個床寬。由于表層土壤在浸水后會有一定的下沉,因此,設計的填料表層標高應高出期望值10%~15%[7]。
3.4 基本技術參數的確定
主要是確定污染物負荷、停留時間、水深和所需的土地面積等技術參數,污水的特性、地理位置、氣候條件、人們的生活方式、經濟和科技水平等均影響工藝參數的選擇。基本技術參數見表1[7]。
表1 人工濕地基本技術參數
設計參數 單位 FWS SFS
水力停留時間 d 4~15 4~15
水深 ft 0.3~2.0 1.0~2.5
BOD5 水力負荷率
lb/acre.d <60 <60
Mgal/acre.d 0.015~0.050 0.015~0.050
面積 Acre/(Mgal/d)67~20 67~20 注:ft×0.3048=m
lb/acre.d×1.1209=kg/hm2·d
Mgal/acre.d×0.9354=m3/m2·d
Acre/(Mgal/d)×0.1069= hm2/(103m3/d)3.4.1 基本幾何參數的確定
在人工濕地的設計中,濕地的長寬比可按下列公式計算:
為保證廢水以推流方式流經濕地,一般要求長度應>20m,長寬比L/W不應過大,建議控制在3∶1以下,常采用1∶1,對于以土壤為主的系統,L/W比應小于1∶1[1]。根據現有人工濕地的設計與運行經驗,一般單個碎石床的長度<50m,寬度為25~30m,濕地床的深度一般根據水生植物自然根系的延伸程度來設計的,多數為0.6~0.7m。
3.4.2 FWS系統的設計[7]
由于廢水在人工濕地中流動緩慢,故人工濕地通常可視作一級推流式反應器,穩態條件下可用以下反應動力學公式描述:
基于人工濕地的影響因素較為復雜,各國研究者對濕地床的尺寸提出了不同的計算方法。Reed建議FWS系統可用下列方程計算[8]:
Tchobanoglour建議,設計水溫為T時,反應動力學速率常數可由下式確定[8]:
當濕地床的底坡或水力坡度不小于1%時,上述方程可調整為: 對床表面積As,Kaklec和Knight建議用下式計算:
初步設計時,k值可取34m/y,背景BOD5值可由下式計算:。FWS系統的有機負荷
隨廢水性質和條件變化很大,其范圍在18~110kgBOD5(ha·d)。一般只作為設計校核的指標,它的控制對維持系統好氧狀態及防止蚊蟲、惡臭等非常重要。
FWS系統的水力負荷可達150~500m3/(ha·d)。在確定水力負荷的同時應考慮氣候、土壤狀況、滲透系數和植被類型等場地類型,還應考慮接納水體的水質要求,尤其注意由于蒸發、蒸騰的失水量對夏季處理的影響及在干旱地區設計濕地的可行性[7]。在特殊情況下,要求濕地設計達到零排放時,濕地中的水主要通過蒸發、蒸騰、補充地下水或系統內回用等途徑完成,這時水力負荷及水平衡計算是設計時需要重點考慮的問題。
3.4.3 SFS系統的設計[7]
1.濕地床坡度的確定。
在SFS系統中,水流有兩種流態,層流和紊流。當濕地床中所用填料的粒徑不大,污水充滿整個填料縫隙并處于飽和狀態時水流為層流,此時填料床的坡度可用Darcy公式計算[8,10]:
對于其中的滲透系數Ks,到目前為止尚無準確的測定,如果是以礫石為主的濕地床,歐洲人建議取10-3m/s,而美國的經驗認為Ks不宜大于10-4m/s。
一般認為當濕地床中的滲流雷諾數Re大于1~10時,水流變為紊流,此時不宜用Darcy定律來描述了,尤其是當采用的填料粒徑較大時,則需要考慮水流的擾動作用了。此時宜用Ergun公式來描述[8,10],即:
2.濕地床表面積的確定。濕地的表面積As可用下計算[8]:
式中KT與溫度的關系為。據有關文獻報道和實際試驗,某一特定SFS系統的K20與床
體填料的孔隙率n有關,關系式為,對典型城市污水取K0=1.839d-1,高濃度有機工業廢水
K0=0.198d-1。
英國人Kitkutb推薦用下列公式計算表面積:
。附-符號說明:
Ac,As—濕地床的橫截面積,表面積,m2; Se,So—進水、出水BOD5,mg/L; Q—平均設計流量,m3/d; Ks—滲透系數,m3/(m2·d);
K20,KT—溫度20℃,T℃時的速率常數,d-1;
Ko—某一填料中植物根系充分發展后的最佳速率常數,d-1; L—濕地床長度,m; W—濕地床寬度,m; D—濕地床深度,m; S—底坡或水力坡度。
由上述各式,即可確定濕地床的基本尺寸。濕地床長度通常定為20~50m,過長易造成濕地床中的死區,且使水位難于調節,不利于植物的栽培。床橫截面面積與溫度、有機負荷無關,只受填料的水力學特性影響。在借鑒有關經驗的基礎上人們建議,通過填料橫截面的平均流速Q/Ac以不超過8.6m/d為宜,以避免對填料根莖結構的破壞。
3.濕地床深度的確定。
濕地床的設計深度,一般要根據所栽種的植物種類及其根系的生長深度來確定,以保證濕地床中的必要的好氧條件。對于蘆葦濕地系統,用于處理城市或生活污水,濕地床的深度一般取0.6~0.7m;而用于較高濃度有機工業廢水的處理時,濕地床的深度一般在0.3~0.4m之間。為保證濕地深度的有效使用,在運行的初期應適當將水位降低以促進植物根系向填料床的深度方向生長,濕地床的底坡一般在1%或稍大些,最大可達8%,具體應該根據填料性質及濕地尺寸加以確定,如對以礫石為填料的濕地床,其底坡一般可取2%。表2[7]為深圳白泥坑人工濕地系統各單元的設計參數。
表2 深圳白泥坑人工濕地系統各單元的設計參數 項目 單元 長/ 個數 m
寬/ m
碎石粒徑/ 碎石層厚/ mm
cm
池底坡度/ %
水力負荷/(m3/m3·d)
第一級 3 42 11-12.5 10-50 40-100 1,1.5,2.0 95.4
第二級 2 47 18.5 10-30 50-120 2.0,3.0 95.4
第三級 3 30 19
0(停留4天)
第四級 3 54 19 5-10 60-100 0.5,1,1.5 100.7
3.5 進出水系統的布置
濕地床進水系統的設計應盡量保證配水的均勻性,一般采用多孔管或三角堰等。多孔管可設于床面上或埋于床面以下,埋于床面下的缺點是配水調節較為困難。多孔管設于床面上方時,應比床面高出0.5m左右,以防床面淤泥和雜草積累而影響配水。同時應定期清理沉淀物和雜草等,保證系統配水的均勻性。系統的進水流量可通過閥或閘板調節,過多的流量或緊急變化時應有溢流、分流措施。
濕地出水系統的設計可采用溝排、管排、井排等方式,合理的設計應考慮受納水體的特點、濕地系統的布置及場地的原有條件。為有效地控制濕地水位,一般在填料層底部設穿孔集水管,并設置旋轉彎頭和控制閥門。對嚴寒地區,進、出水管的設置須考慮防凍措施,并在系統的必要部位設置控制閥和放空閥。
3.6 濕地的水位控制
通常,濕地進水的水位是不變的,為使污水在床體內以推流式流動,須對床層的水位加以控制。通常,SFS系統對水位的控制有幾點要求:①在系統接納最大設計流量時,濕地進水端不出現雍水,以防發生表面流;②在系統接納最小設計流量時,出水端不出現填料床面的淹沒,以防出現表面流;③為了利于植物的生長,床中水面浸沒植物根系的深度應盡量均勻,并盡量使水面坡度和底坡基本一致[7]。當出水端控制水面時,床堤的底坡選擇對工程造價和水流流態有較大影響。因此,濕地床的底坡應盡可能地與床體的水面線坡度一致,且濕地床的長度不宜過長,過長易增加植物浸沒深度的不均勻性,同時水流易形成大片的死區,將增加出水端水位控制的難度。
3.7 防止地下水污染
為防止濕地系統因滲漏而造成地下水污染,要求在工程時盡量保持原土層,并在原土層上設置防滲層。防滲層的設置方法有多種,如采用厚度為0.5~1.0mm的高密度聚乙烯樹脂,或油毛氈密封鋪墊等,為防止床體填料尖角對薄膜的損壞,施工時可在塑料薄膜上預鋪一層細砂。存在的問題與研究設想
在我國,人工濕地污水處理技術還處于開發階段,還沒有成熟的設計參數,工業設計也還處于試驗階段,其中存在的很多問題都有待研究和解決。
4.1 存在的問題
人工濕地污水處理技術中存在的問題可以概述如下:
(1)人工濕地的基質種類比較單一,只有土壤、礫石和沙等幾種,難以處理特殊污染物的水體,而且基質中的某些化學組成還可能抑制水體中某些污染物的去除。
(2)人工濕地植物種類單一,常用的濕地植物主要為蘆葦、菖蒲、香蒲等挺水植物,實際應用中只選用其中的一種或幾種植物,這樣必然影響系統的處理效果。
(3)關于人工濕地去除污染物機理的研究雖然取得了很大的進展,但總體上看還無法為其工藝設計提供有力的理論指導,有待進一步深入,特別是對水體中主要污染物如N、P 元素及重金屬元素的去除機理尚不十分清楚。
(4)污水在人工濕地中運行情況相當復雜,給人們對其水力學特征的研究帶來了很大困難,一些工藝參數只能依據實踐經驗,因而導致了系統水力學設計不合理,出水效果不理想。
(5)目前關于人工濕地污染物降解動力學的研究雖已取得一定進展[11,12],但采用的模型都是濕地床的靜態宏觀模型,沒有考慮傳質效率,即沒有考慮污染物從液相遷移到生物膜過程中的阻力,難以反映人工濕地的真實情況。(6)人工濕地類型單一,對含特殊污染物或污染負荷比較高的水體難以達到處理效果。
第五篇:人工濕地的優缺點
人工濕地污水處理系統是一個綜合的生態系統,具有如下優點: ①建造和運行費用便宜;②易于維護,技術含量低;③可進行有效可靠的廢水處理;④可緩沖對水力和污染負荷的沖擊;⑤可提供和間接提供效益,如水產、畜產、造紙原料、建材、綠化、野生動物棲息、娛樂和教育。但也有不足: ①占地面積大;②易受病蟲害影響;
③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,設計運行參數不精確,因此常由于設計不當使出水達不到設計要求或不能達標排放,有的人工濕地反而成了污染源。
另外,據已有數據,當上下表面植物密度增大時, 人工濕地系統處理效率提高,在達到其最優效率時,需2~3個生長周期,所以需建成幾年后才達到完全穩定的運行。因此,目前人工濕地技術最大問題在于缺乏長期運行系統的詳細資料。
總得來說, 人工濕地污水處理系統是一種較好的廢水處理方式,特別是它充分發揮資源的生產潛力,防止環境的再污染,獲得污水處理與資源化的最佳效益,因此具有較高的環境效益、經濟效益及社會效益,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污水,如我國農村中、小城鎮的污水處理。人工濕地作為一種處理污水的新技術有待于進一步改良,有必要更細致地研究不同地區特征和運行數據以便在將來的建設中提供更合理的參數。設計步驟:
人工濕地的凈化機理:人工濕地對廢水的處理綜合了物理、化學和生物的三種作用。濕地系統成熟后,填料表面和植物根系將由于大量微生物的生長而形成生物膜。廢水流經生物膜時,大量的SS被填料和植物根系阻擋截留,有機污染物則通過生物膜的吸收、同化及異化作用而被去除。濕地系統中因植物根系對氧的傳遞釋放,使其周圍的環境中依次出現好氧、缺氧、厭氧狀態,而且還可以通過硝化、反硝化作用將其除去,最后濕地系統更換填料或收割栽種植物將污染物最終除去。
1. 選址。考察地質、地貌、水文、自然資源、人文資源、有關法律及公眾意見。應因地制宜,盡量選擇有一定自然坡度的洼地或經濟價值不高的荒地,一方面減少土石方工程、利于排水、降低投資,另一方面防止對周圍環境產生影響。2. 確定系統組合形式。根據場地特征、處理要求和所處理污水的性質來確定。單一式、并聯式、串聯式、綜合式。3. 確定水力負荷。根據文獻或經驗而定。
4. 選擇植物。根據濕地植物的耐污性能、生長能力、根系的發達程度以及經濟價值和美觀等因素來確定。一般有蘆葦、席草、大米草、水葫蘆、水花生等,最為常用的是蘆葦,插植密度為1~3株/㎡。
5. 計算表面積As=Q/a As-表面積;Q-進水量;a-水力負荷。
6. 確定長寬比。(1)表面流濕地:長寬比10:1或更大,根據地形來考慮,底坡降0%~1%。(2)潛流濕地:根據達西定律Q=Ks×A×S S-水力坡度;A-濕地床橫截面積;Ks-潛流滲透系數。7. 結構設計。(1)進水系統的布置:濕地床的進水系統應保證配誰的均勻性,一般采用多孔管和三角堰等配水裝置。進水管應比濕地床高出0.5m。濕地的出水系統一般根據對床中水位調節的要求,出水區的末端的礫石填料層的底部設置穿孔集水管,并設置旋轉彎頭和控制閥門以調節床內的水位。
(2)填料的使用:濕地床由三層組成 表層土層、中層礫石、下層小豆石。表面土鈣含量在2~2.5kg/100kg為好;礫石層粒徑在5~50mm,鋪設厚度在 0.4~0.7m。
(3)潛流式濕地床的水位控制:當接納最大設計流量時,進水端不能出現填料床面的淹沒現象;有利于植物生長,床中水面浸沒植物根系的深度應盡可能均勻。2.人工濕地的植物選擇
植物在碎石等基質內為微生物群落創造有力的活動場所,同時形成整個人工濕地系統綠化的一部分,因此植物的選擇很重要。
高等水生維管植物一般可作為人工濕地的種植植物。美國對蘆葦、香蒲、燈心草、水蔥、竹等植物凈化污水進行過大量研究。深圳市白泥坑人工濕地栽種了蘆葦、燈心草、蒲草處理污水。選擇植物時注意的是:
(1)耐污能力和抗寒能力能力強,又易于本鄉土生長。最好以本鄉土植物為主。(2)根系發達,莖葉茂密。(3)抗病除害能力強。(4)有一定的經濟價值。
選擇好的人工濕地的栽種植物以后,應考慮到兼性塘中種植凈水能力強的水生植物如鳳眼蓮、浮萍、水蔥等,放養耐污能力強的鯉、鯽等魚種組成水生生物塘。此外,還應設計好整個人工濕地系統綠化工程,使之形成一個綜合性生態系統.人工濕地處理污水主要問題有以下方面:
1、人工濕地處理污水的負荷很低,因此占地面積很大,在條件允許的情況下,可以與景觀建設相結合。
2、人工濕地處理效果受氣候條件的影響很大,特別在北方地區,冬天的處理效果不好。
3、一般人工濕地處理污水的COD值不能太高,一般在150mg/l以下,所以人工濕地有時作為生化處理的后續深度處理。
4、人工濕地植物的選取很重要,一般選用當地的優勢品種,這些植物對當地的氣候條件比較適應,另外方便管理。而且應盡量選擇休眠期較短的植物品種。
預處理要好,以防止濕地堵塞而報廢。