人工湿地处理技术的进展

赣南师范学院2012-2013学年第二学期

《环境生物学》课程论文

行政班级：生物科学1102 学号：111602095

姓名：孟贵银

任课教师：赖闻玲老师成绩：

论文题目：常见七种室内栽培植物对环境的影响

论文要求：

1．环境生物学技术相关的论文综述，主题自选，题目自拟。

2．综述内容要体现该领域研究方法的最新进展。

3．要求论文主题中心明确，文理通顺，层次清晰，语言精练，文笔流畅，图表正确、规范。

存在以下问题之一者，一律判为不及格：

1．文章的观点有严重错误。

2．离题或大段抄袭别人的文章或弄虚作假。

3．缺乏调查资料，内容空洞，逻辑混乱，表达不清，语句不通，格式不规范。

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年月日

人工湿地污水处理技术综述

摘要：人工湿地作为一种节能、经济、简易和有效的生态化污水处理技术，近

几年来在我国一些城市应用较为广泛。本文从人工湿地的不同形式，不同组成、机理谈起．结合一些实例比较说明了人工湿地的特点，并针对其近些年在应用中常出现的问题提出了部分解决措施。并对人工湿地的发展前景做一个简单介绍。

关键词：人工湿地：污水处理

前言：人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统．类似自然沼泽地。但由人工

建造和监督控制[1]，是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统[2]。通过自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用。

1.人工湿地的类型

按照人工湿地污水流动方式，将人工湿地分为表面流人工湿地和潜流人工湿地[3].潜流人工湿地有水平流和垂直流两种形式垂直流人工湿地又可分为下行垂直流人工湿地和上行垂直流人工湿地两类[4]按照人工湿地工程工艺组合方式，可以分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地以及复合型人工湿地[5]

1.1表面流型人工湿地

水面位于湿地填料层以上，水深一般0．3 m～0．5 m，水流呈推流式前进。污水从人口以一定速度缓慢流过湿地表面，部分污水或蒸发或渗入地下，出水由溢流堰流出。近水面部分为好氧层，较深部分及底部通常为厌氧层。在此种类型的湿地中，主要种植挺水植物，如芦苇、香蒲、水葱、灯心草等。浮水植物系统和沉水植物系统，常归为水生植物塘系统。种植挺水植物的自由水面人工湿地(FWS 型)多应用于生活污水的深度处理，也有用于处理矿山废水，城市和地表径流，工业废水等。FWS型湿地水力负荷一般较低，达到同等处理效果的条件下，其占地面积要比潜流型大，并且易受季节影响，但其投资少，运行费用低，维护简单。

1.2潜流型人工湿地

该系统水面位于湿地填料以下。它是近年来被广泛研究和应用的湿地处理系统。根据湿地中水流形态，可分为水平流(HF)、竖向流(VF)和复合流3种潜流式人工湿地。

1.2.1水平潜流人工湿地

水流从进口起在根系层中沿水平方向缓慢流动，出口处设集水装置和水位调节装置。由于该系统中好氧生化反应所需氧气主要来自大气复氧，数量不足，因而导致脱氮效率不高，但对重金属吸收较好。

1.2.2垂直潜流人工湿地

其水流方向和根系层呈垂直状态，出水收集系统一般设在湿地底部，与水平潜流湿地相比，其作用在于提高了氧向污水的转移效率。由于其表层为渗透性良好的砂层，水力负荷一般较高，其对氮磷去除效果较好。

1.2.3复合型人工湿地

水体流态既有水平流也有垂直流。对NH3-N、TP 、COD 、BOD 、TSS、细菌总数和浊度的去除率均高达80%。

2.人工湿地的组成成分

2.1水生植物

水生植物在人工湿地系统中的作用十分重要。湿地净化污水过程中，水生植物作用可以归纳为三个方面：l1直接吸收污水中可利用的营养物质．并可吸附、富集重金属及一些有毒有害物质；2)为根区的好氧微生物输送氧气：31增强和维持介质的水力传输。常用的植物有芦苇、水葱、美人蕉、沙蒲等。

2.2 微生物

人工湿地处理污水时，主要是微生物对有机物质进行降解。水生植物通过通气组织的运输。将氧气输送到根区。在植物根系周围微环境中依次会出现好氧区、兼氧区和厌氧区，废水中大部分有机物可在好氧区被好氧微生物氧化分解。常见的微生物有放线菌、磷细菌、硫细菌、亚硝化细菌、硝化细菌等，它们在分解有机物质、脱N除P的过程中发挥着重要作用[6]。

3.湿地基质的净化机理

人工湿地基质主要由土壤、砂和卵石等组成。基质的净化能力受气候和其他环境条件的影响。基质的净化功能主要有:植物根系的吸收、转化、降解和生物合成作用;细菌、真菌和放线菌等微生物的降解、转化和生物的固定化作用;有机、无机胶体及其复合体的吸收、络合和沉淀作用;离子交换作用;机械阻留作用;气体扩散作用。污水进入人工湿地,经过基质层及密集的植物茎叶和根系,可以过滤、截留污水中的悬浮物。同时,湿地中的植物能够从废水中吸收营养物质作为自身生长所需的营养源而去除污染物。根据根区法理论,由于生长在湿地中的挺水植物对氧的输送、释放、扩散作用,将空气中的氧转运到根部,再经过植物根部的扩散,在植物根须周围环境中依次出现好氧区、兼氧区和厌氧区,有利于硝化、反硝化反应和微生物对磷的过量积累作用,达到除氮、磷等污染物的效果。有研究表明:植物的存在有利于系统中硝化作用的发生,有植物系统的人工湿地总氮(TN)的去除率明显高于无植物系统,有植物系统对凯氏氮、氨氮,尤其是亚硝态氮的去除效果明显优于无植物系统。用于处理湿地的植物通常是生长快、生物量大、吸收能力强的水生草本植物。

4.实际情况比较分析、

表1[7]

5.国内研究现状

我国首例采用人工湿地处理污水的研究工作始于1987年,由天津市环境保护研究所建成的占地6 ha的处理规模为1 400 m3/d的芦苇湿地工程。1990年于深圳白泥坑等地又建成了湿地处理系统示范,占地面积为8 400 m2,处理规模为3 100 m3/d,其出水达到了二级处理水平。1993年由武钢大冶铁矿承建,湖北省环保所、大冶铁矿、黄石市环境监测站合作在大冶铁矿炸药车间建立面积为200 m2的中试性人工湿地,用以处理铁矿炸药车间排放的含氮污水。此后,国家环保局相继采用人工湿地处理污水进行过一系列试验,对人工湿地的构建与净化功能进行了阐述。20世纪末建成的成都活水公园,更展示了人工湿地污水处理新工艺[8].

5.1人工湿地在我国存在的问题

这些处理系统仍存在着不少问题,主要有:(1)枯死衰退,杂草丛生和根系扩展较浅等问题。选择适宜植物,并改进对植物收割的方法可在一定程度上缓解这一问题。(2)淤积堵塞问题,造成这种情况的原因往往使污水没有经过预处理直接排放到湿地或是在人工湿地运行初期,由于植物的根系尚不发达,去除悬浮物的能力差,会存在一定的堵塞问题,甚至在有些情况下,进水水力负荷太大或是洪水暴雨对人工湿地床体的冲击,造成床体堵塞。(3)占地面积大。一般说来,人工湿地的处理负荷较低,因此占地面积较大,在用地紧张的大城市这一缺点成为人工湿地被广泛推广的一大障碍。选择具有良好景观价值的植物,如美人蕉等,使其发挥净化作用的同时美化城市环境,以此弥补其战地面积过大的不足。(4)气候条件的制约。气候条件对人工湿地有重要影响,我国南方地区洪水及雨季对人工湿地的运行影响很大,往往改变了湿地处理单元中的坡降甚至淹没湿地,严重影响了系统的运行。而在北方地区的冬季,气温则是影响构建湿地运行的最重要因素,往往系统的处理效率最低或者为零记录。(5)由于我国人工湿地水处理技术起步较晚,且目前投入运行试验的人工湿地系统较少,所以还没有系统地对我国现有人工湿地的设计,建造,运行,维护等过程的相关数据资料的统计和整理,以及对长期运行系统的数据的可靠积累。因此,无论是对研究者,设计人员,工程师还是管理人

员来说,都很难找到值得参考的相关经验,对他们的研究,设计,运营都造成了一定的影响[9]。

5.2人工湿地污水处理系统的性能完善建议

5.2.1 选择合适的介质

介质在人工湿地污水处理系统中有着重大意义，介质的选择将会影响到污水的处理效果，水生植物的生长，微生物的繁衍。目前广泛采用的介质较多的有土壤填料、卵石填料、陶瓷填料等，每种介质都有它的优缺点，但是所有介质的选择都应该要满足以下要求：1）介质的质地要轻，松散度小，有足够的机械强度能够承载植物的生长；2）表面积大，孔隙较多，利于微生物的附着，提高湿地的水力性能；3）介质无污染，不会放射有害物质，化学性能良好；4）在水中的损耗程度较小，形状系数高，有较强的吸附能力，长久使用不会变性；5）过滤效果好，净化后的水质较好，介质中铁、铝、钙的氧化物含量高[10]。

5.2.2 选择合适的植物

植物的作用有美观、气味控制、提高处理效果、预防滋长蚊虫[11],主要是提高污水处理效果.其原理为[12]:污水中部分有机、无机和含氮、磷污染物作为植物生长所需的养料而被吸收,某些有毒物质被富集、转化、分解成无毒物质;植物的蒸腾和蒸发作用将部分水分散发到大气中;植物根系生长改善填料的通透性,创造利于微生物降解有机污染物的良好环境,有利于污水均匀地分布在人工湿地过水断面上;向人工湿地供氧.人工湿地污水处理系统采用的植物[12]一般为灯心草(能处理氯化烃、氰化物、酚,去除病原体)、鸢尾、芦苇(每100 g鲜芦苇24 h 可分解酚8mg)、香蒲(宽叶香蒲能去除污水中的有机与无机污染物,吸收铜、钴、镍、锰及氯化烃,根部能分泌天然抗生物质,降低污水中的细菌浓度,去除病原体)、捕蝇草(其叶边缘有消化腺,为食虫草本植物)、水葱(能在含酚量600 mg/L 的污水中迅速生长,每100 g水葱经100 h可净化酚200 mg,两周内可使食品工业废水的BOD降低60%～90%)、猪笼草(食虫草本植物)和大米草(可吸收污水中80%～90%的氮、磷).芦苇和香蒲能絮凝胶体,消除病原体,其空心茎有利于将空气输送到根部,为微生物提供额外的氧.目前人工湿地系统以种植芦苇为主,芦苇为

禾本科挺水植物,具有广泛的适应性和很强的抗逆性,它是一种优良净水植物.同时,人工湿地系统也可配植宽叶香蒲、灯心草、水葱等适于湿地生长具有净化作用的其它水生植物[13].

5.2.3 选择正确的湿地床构造形式

人工湿地污水处理系统的湿地床的构造有两种形式：水平流系统，垂直流系统。水平流系统易于除去 SS 和细菌，在一定的溶解氧水平下可以除去 BODs，便于微生物的反硝化作用，但是由于该系统的输氧能力差，所以不利于微生物的硝化作用；垂直流系统由于输氧能力好，利于微生物进行硝化作用，能很好的除去BODs 和 COD，可以除去水中的细菌，但是它容易堵塞，处理效果不好。最开始人们使用的是水平系统，主要因为它的成本较低，消耗小，后来垂直系统又得以广泛的应用。在选择处理系统的时候，应当将两者结合起来，取长补短，可以将垂直流系统置于系统前面，便于输氧，也可将水平处理系统置于垂直系统前，先去除 TSS，防治阻塞。在设计时，要注意两种处理系统的结合使用，创建最有的处理系统构造。

5.2.4人工湿地需要注意的因素

（1）防渗。对于以水源补给为目的的人工湿地，渗漏会导致补给水源不足，降低湿地的功能；对于以污水处理为目的的人工湿地，渗漏会导致地下水源的污染，因此，任何一个

人工湿地的建设，都必须考虑防渗防漏[14]。人工湿地防渗的方式有素混池底、钢混池底、素土夯实+土工膜防渗等。

（2）植物的栽植。

人工湿地中的填料只为植物的生长提供固着的基质，其营养的来源主要依靠水体补充。实际工程中，很多人都采取在湿地填料表层覆土栽植的方式，这样的结果是导致湿地系统的堵塞[15]。

（3）维护管理。

植物栽植完成后的人工湿地水位控制和管理是影响植物成活的关键[16]。一般在栽植后的（10～15） d，以（3～5）cm 的浅水管护为主。待植物生长恢复并开始分生分蘖开始，水位降低平至填料表面。后期正常管理阶段，可以将水位降到填料表层（3～5） cm 以下。

6.人工湿地在我国的应用前景

目前,我国绝大部分城市污水厂均采用传统的二级活性污泥处理工艺。这种工艺工程投资高,耗能大,运行管理要求高,对控制大城市的水环境污染起到了关键作用。然而由于我国经济发展水平不高,能源短缺,许多地方,尤其中小城市和乡村缺乏具有一定操作管理和技术水平的人员。同时我国的乡镇企业迅猛发展,对当地造成了严重的环境污染。因此在我国大力开发具有高效、简易、低耗的污水处理技术,具有很大意义。人工湿地系统是一个完整的生态系统,它形成了内部的良好循环并具有较好的经济效益和生态效益,是正在不断得到研究应用和发展的污水处理实用新技术。具有投资低,出水水质好、抗冲击力强、增加绿地而积、改善和美化生态环境、操作简单、维护和运行费用低廉等优点。这项技术适合我国国情,尤其适合广大农村,中小城市的污水处理,具有极其广阔地应用前景。国内对这项技术的研究应用尚处于起步阶段,有关工艺设计资料和应用实例还不多见,有待结合我国不同地区的具体情况,深入开展研究工作,取得适合于不同地区,不同环境气候条件及不同污水特性的实用数据,以促进其在我国适当地区的推广应用。

参考文献

【1】宋志文，毕学军，曹军．人工湿地及其在我国小城市污水处理中的应用【J】．生态学杂志，2003，22(3)：74—78.

【2】成水平，吴振斌，况琪军．人工湿地植物研究【J】．湖泊科学，2002，14 （2)：180-186．

【3】李强，胡卓。人工湿地污水处理技术【J】．湖南水利水电。2011（4）：28-30.

【4】杨文婷，王德建。厌氧池两级复合型潜流人工湿地工艺设计【J】.环境科学2010,23（3）：1-4.

【5】汪俊三。人工湿地污水处理技术【M】.广州：华南环境科学研究所。2007:20-25.

【6】周群英，高庭耀．环境工程微生物学(第二版)【M】．北京：高等教育出版社．2001.

【7】宋志文,张锡义,汤华崇,席俊秀.人工湿地污水处理技术及其发展【J】。青岛建筑工程学院学报。2004,25（2）：58-61.

【8】张丽, 韩乔,司马卫平.人工湿地污水处理技术综述【J】.山西建筑2007,28（33）:204-205.

【9】李洋,周孝德,苗得雨,江和侦.浅谈人工湿地污水处理技术【J】。水利科技与经济2007,13(1):55-57. 【10】刘真,章北平.人工湿地污水处理系统的分析与优化【J】.华中科技大学学报2003,20(4):64-67. 【11】贾建青.人工湿地污水处理系统原理分析及其性能完善建议【D】.邢台市环境保护局桥西分局2012 【12】蔡满成,杨颖.污水人工土壤植物床处理[J].给水排水,2002,28(9):13-19.

【13】孙华军.“疏骏、吹填”之于湖滨带生态工程——人工湿地建设的可行性[J].水运工程,2002,336(1):12-15. 【14】吴振斌.复合垂直流人工湿地[M].北京：科学出版社，2008.

【15】雷明，李凌云.人工湿地土壤堵塞现象及机理探讨[J].工业水处理，2004，24（10）：9-12.

【16】刘红，刘学燕.人工湿地植物系统优化管理研究[J].农业环境科学学报，2004，23（5）：1 003-1 008.

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