人工湿地技术应用与发展41481

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1、人工湿地技术的应用与发展人工湿地技术的应用与发展1 、前言随着工业的发展，水污染的加剧，同时淡水资源短缺与人民生活水平提高之间 的矛盾日益加剧，水环境保护的任务也越来越艰巨。近年来，环境科学研究在 迅 速发展，正在积极探索水环境污染全球效应问题，各种水处理污染的方法层 出不穷，其中生态处理技术人工湿地技术由于其低投资，出水水质好，抗 冲击力强， 操作简单，建造和运行费用低(仅为传统二级污水处理厂的 1/10- -1/2),维护方便，氨氮去除率高，同时可使污水处理与环境生态建设有机结合， 在 处理污水同时创造城市生态景观等特点逐步被越来越多的国家接受，并广泛 应用。2、人工湿地的定义及分类2.1

2、 人工湿地的定义用人工湿地(Constructed wetland)来处理城市污水是发达国家近十年来才兴起 的生态处理法,它是为处理污水而人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用 土壤和填料(如砾石 等)混合组成填料床，使污水在床体的填料缝隙中流动或在 床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好，成活率高，抗水性强，生长周 期长，美观及具有经济价值 的水生植物(如芦苇，蒲草等)形成一个独特的动植 物生态体系。(1)人工湿地去除的污染物范围广泛，包括 N , P , SS , 有机物，微量元素，病 原体等。有关研究结果表明，在进水浓度较低的条件下，人工湿地对 BOD5 的去 除率可达 8595，C

3、OD 去除率可达 80以 上，处理出水中 BOD5 的浓度 在 10mg/l 左右，SS 小于 20mg/l。(2)废水中大部分有机物作为异样微生物的有 机养分，最终被转化为微生物体及 CO2 , H2O。人工湿地面积可视情况而言，可在市郊结合部，也可在污水处理厂出水的附近 建造。一些人工湿地属预处理型，在那些目前还不具备建造污水处理厂的城乡 结 合部建造人工湿地，将生活污水排入，利用所种植物对其进行处理，然后再 排入自然水系，保护水体；还有些湿地属于加强型，在污水处理厂附近建造人 工湿地，将 污水处理厂处理过的水引入，再经过人工湿地的加强处理，提高其 水质，然后排入自然水系，作为其补充水源。

4、2.2 人工湿地的分类根据湿地中主要植物形式人工湿地可分为：1、浮游植物系统; 2、挺水植物系 统；3、沉水植物系统。其中沉水植物系统还处于实验室研究阶段，其主要应用 领域在于初级处理和二级处理后的精处理。浮游植物主要用于 N , P 去除和提 高传统稳定塘效率。目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。挺水植 物系统根据废水流经的方式，可分为表面流湿地(SFW)、潜流湿地 (SSFW)、立式流湿地(VFW)。(3)表面流湿地和立式流湿地因环境条件差(易孳生蚊虫)，处 理效果受气温影响较大以及对基建要求较高，现多不再采 用。故人工湿地大部 分采用潜流式湿地系统。3、人工湿地在国外研究应用发展

5、自西德 1974 年首次建造人工湿地以来，各种不同的湿地在世界各地已被用来处 理大量不同的废水。1996 年 9 月在奥地利维也纳召开的第四次国际研讨会，标 志着人工湿地作为一种独具特色的新型废水处理技术已经正式进入水污染控制 领域。自由表面流湿地在欧洲发展缓慢。瑞典 1994 年在 Wittgren 建一座处理 6500PE，占地 22 公顷的自由表面流湿地。在北美约 200 座湿地处 理系统有 2/3 是自由表面流湿地，其中一半又是自然湿地。自然湿地的大小从 11000 公顷，其中一半在 10100 公顷。人工自然表面流湿地通常较 小，60小于 10 公顷。自然湿地水力负荷小于人工湿地。系

6、统水深范围 590cm，3040cm 较普及。最常用的预处理是兼性或好氧塘，表明许多湿地 系统用于现行塘系统 的精处理。(4)地下潜流系统在欧洲应用较多，有几百座。在丹麦，德国，英国 等国家都至少有 200 个系统在运行。此技术还在快速发展， 特别是在一些东欧 国家。绝大多数系统种植有芦苇，也有种植其它湿地植物的。在德国大多数系 统介质是土壤，人们认为根的生长和芦苇根区会增加和稳定导水性， 但几乎所 有土壤系统都遇到表面断流问题。为保证潜流，英国和北美绝大多数采用砾石 床。虽有些砾石床也堵塞，但主要是由于预处理不足。在欧洲此类系统趋向对 近 1000PE 的乡村级社区进行二级处理；北美则趋向更

7、多人口的高级处理。在澳 大利亚和南非则用于处理各类废水。美国 EPA 目前正在开发北美人工湿地数据库，地方数据库在其它国家已存在， 为减少重复劳动和改良经验湿地设计方法，所有这些湿地都应通过公共数据库 使世界各地的工程师和科技人员能够获得。这样的数据库可减少建设低效湿地 的风险。两种湿地的设计指南现已出版，但改良工作仍然需要，有必要更细致 的研究不 同地区特征和运行数据以便在将来的建设中提供更合理的参数。竖流 湿地在欧洲许多地方投入运行已有几十年。竖流系统至今未广泛使用是因为其 需要更细致的建设 和介质选择。最近国际会议上有几篇文章对竖流系统评价很 高，目前世界上科技工作者正投入大量精力以改良

8、人工湿地技术。潜流系统的 处理效率可通过选择竖流系 统，采用间歇负荷和合理选择介质而获得提高，还 可引入一些传统处理技术的理论，如回流。此外，不仅对竖流系统，对所有人 工湿地系统都需深入研究以改良优化 工程设计参数，还需对系统的长期运行能 力和管理问题进行研究。人工湿地不仅可用于城市和各种工业废水的二级处理， 还可用于高级处理中的精处理和对农田径流 的处理。在有些情况下，人工湿地 可能是唯一使用的技术4、人工湿地在我国的应用与发展4.1 深圳白泥坑人工湿地处理系统我国自“七五”开始对人工湿地的研究，已建成一些示范工程，并于 1990 年 7 月在深圳建起我国第一个人工湿地污水处理工程白泥坑人工

9、湿地处理系统。白泥坑人工湿地污水处理系统位于深圳市宝安县百泥坑村南 500m 处。水系沿山 角流向海湾属海洋性气候。占地面积 189 亩，日处理量 3100m3/d 废水。其处理 流程见图 1:(2)图 1 深圳百泥坑人工湿地处人工湿地及氧化塘系统各单元的设计参数见表 1：(2)表 1 深圳百泥坑人工湿地系统各单元的设计参数项目单元 数长(m)宽(m)碎石粒 径(mm)碎石层 厚(cm)池底坡度 (%)水力负荷 (m3/m2.d)第一 级 第二 级 第三 级 第四 级3 2 3 342 47 30 311112 .5 18.5 19 191050 1030 51040100 50120 150

10、(水 深) 60-1001,1.5,2.0 2.0,3.0 0 0.5,1.0,1.095.4 95.4 (停留一天)100.7经过近两年的试验运转,出水效果较好。除氨氮指标效果不明显外;其余指标均 能达到国家规定的二级处理排放标准。该工程无动力消耗,管理较方 便,除每月 作一次水质监测外,平时无需其它管理。从外观看,进水水质略显浑浊,但无色无 臭,是一个村镇排出的生活污水及少量村办企业的废水汇合而成。其运行费用为 0.02 元/m3 仅为传统活性污泥法的 10。深圳百泥坑人工湿地处 理系统与其它污水处理厂的比较见表 2：(2)表 2 深圳人工湿地系统与其它污水处理厂的经济比较工程名 称总投资

11、 (万元)单位污水 投资额(元 /m3)年运行费用 (万元)吨水处理成 本 (元/m3)单位污水用 地 (m2/m3)深圳某 厂 蛇口某 厂 珠海某 厂 海南某 厂 白泥坑3300 1500 547 42.9660 833 574 138100 100 100 36.5 约 2.00.20 0.20 0.20 0.20 0.022.67 1.20 1.20 2.79从表 2 可以看出，人工湿地的工程总投资，处理单位污水的投资额，年运行费 用及单位污水的处理费用均比其它传统方法的费用低得多。4.2 山东胶南市污水处理厂胶南市位于山东半岛西南部，其市区三面环山，一面临海。其排水系统多采用 雨污分流

12、制，工业废水与生活污水量之比为 1：4，工业废水主要来源于造纸， 化工，印染，纺织，食品加工，酿造，橡胶，热电等企业。以处理污水量 61x104m3/d 计，在建造污水处理厂前对各种处理流程进行了经济 技术比较，见表 3(5)表 3 5 种污水处理工艺技术经济比较工程名 称特点工程 投资 (亿元)运行 费用 (万元 /a)处理成 本(元 /m3)耗电量 (kw.h)/m3占地 面积 (hm2)AB 法可有效去 除有机物， 对 N,P 去 除率高0.738760.40.3614氧化沟可有效去 除有机物， 对 N,P 去 除率高0.587000.320.3322传统活 性污泥可有效去 除有机物，0

13、.667880.360.4014法对 N,P 去 除率低一级处 理排海 法0.822960.140.258芦苇湿 地法可有效去 除有机物， 对 N,P 去 除效果较 好，占地 面积大 0.211640.08 0.1580由表 3 可以看出,芦苇湿地处理工艺具有投资省、运行费用低和便于管理等特点,而 胶南市风河下游北岸的大片盐碱荒滩恰好可满足该工艺占地面积大这一要求,因 此芦苇湿地处理工艺成为最终选择。建成的胶南污水处理厂设计处理规模为 61043/,总投资为 3000 万元,占地 面积为 76.72,全部为盐碱荒滩。工艺流程见图 2(5)图 2 污水处理厂工艺流程所采用的人工湿地为地表流芦苇湿

14、地，该湿地系统的湿地有效占地为 44.33hm2，水力负荷为 13.5cm/d，由 99 小块芦苇湿地田组成，每小块长为 140m，宽为 32m，并联运行。人工湿地的运行效果，该厂污水处理量为(0.71.4)10/,进水中的 为 10002000/、 5 为 450700/、为 7001500/。污水经过预处理后去除率达 70%以上,去除率达 25%以上,5 去除 率达 20%以上,这大大减小了湿地田的负荷。湿地田进、 出水指标见表 4(5)表 4 预处理后芦苇湿地田进、出水指标 /表 4 表明,该厂的运行情况良好,各项指标均达到或优于国家标准。此外,湿地内 鸥鹭、燕鹊栖息苇田,行人游客驻足观

15、光,其生态效益可见一斑。4.3 内蒙赤峰市宁城污水处理厂宁城污水处理厂是赤峰市建委及宁城县建设局承担的国家建设部下达的 “八五”科技研究重点课题“人工湿地污水处理技术在我国北方地区的研究和 应用”的项目,该项目曾于 1997 年 6 月通过国家建设部科技司主持的技术鉴定, 并于 1998 年 6 月将该项成果予以推广。其工艺流程为原污水通过格栅,通过集水井、沉淀池,进入一级碎石床后,再进入 二级碎石床,从二级碎石床流出处理水,排入天然河道。在一级碎石床栽植芦苇， 在二级碎石床栽植香蒲。采用此工艺处理每吨污水需土建费用 427.00 元,维护费用 0.06 元,占地面积 3.6m2。人工湿地污水

16、处理技术的应用,有效地改善了东小河的生态环境,东小河下游的 居民从此远离了恶臭和蚊蝇。改变了东小河的环境,提高了居民的生活质量。5、结束语人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统，具有如下优点:建造和运行费 用便宜;易于维护,技术含量低;可进行有 效可靠的废水处理;可缓冲对水 力和污染负荷的冲击;可提供和间接提供效益,如水产、畜产、造纸原料、建 材、绿化、野生动物栖息、娱乐和教育。但也有不 足:占地面积大;易受病 虫害影响；生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素 的认识理解，设计运行参数不精确，因此常由于设计不当 使出水达不到设计要 求或不能达标排放，有的人工湿地反而成了污染源。另外，据已有数据,当上下 表面植物密度增大时, 人工湿地系统处理效率提高,在达到其最优效率时,需 个生长周期，所以需建成几年后才达到完全稳定的运行。因此，目前人 工湿地技术最大问题在于缺乏长 期运行系统的详细资料。总得来说, 人