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1、湿地处理城市生活污水初步设计方案1.湿地概况1.1 湿地的概念湿地是指不问其为天然的或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地、水域地带，静止或流动的淡水、半咸水、咸水，包括低潮时 水深不超过 6m 的海水水域。湿地是一类既不同于水体，又不同于陆地的特殊过渡类型生态系统，是水生、陆生生态系统界面相互延 伸扩展的重叠空间区域。1.2 湿地的作用湿地是地球上具有多种独特功能的生态系统，它不仅为人类提供大量食物、原料和水资源，而且在维持生态平衡、保持生物多样 性和珍稀物种资源（被称为“生物超市”）以及涵养水源、蓄洪防旱、降解污染调节气候（被称为“大地之肾”）、补充地下水、控制土壤侵 蚀等方面均起到重要作用
2、。1.3 湿地的分类：湿地类型多种多样，通常分为自然和人工两大类。自然湿地包括沼泽地、泥炭地、湖泊、河流、海滩等；人工湿地主要有水稻田、 水库、池塘等。2 湿地组分在污水净化中的作用及机理：2.1 湿地植物在污水降解中的作用及机理2.1.1 植物在污水净化中的机理植物在生长过程中能吸收污水中的无机氮、磷等营养物质，供其生长发育。污水中氨氮可以被植物直接摄取，合成植物有机氮，然后通过收割植物去除。而污水中的有机氮多通过系统中微生物的降解来达到去除的目的。污水中无机磷在植物吸收及同化作用下可转化为植物的 ATP、DNA、PNA等有机成分，然后通过植物的收割而从系统中去除。目前，通常的污水二级处理工
3、艺对污水中氮、 磷的去除效率不高，仅能达到 2040，而用于污水处理的湿地植物通常都具有生长快、生物量大和吸收能力强的特点，因此它们在生长的过程中可以通过吸收而去除大量的氮、磷等营养元素，从而成为去除污水中氮、磷等营养元素的一个简单有效且费用低廉的 工具。例如，研究表明香蒲每年每公顷可吸收 2630kg 氮、403kg 磷 和 4570kg 钾。除营养元素外,大型水生植物还可吸收铅、镉、砷、汞和铬等重金属，以金属螯合物的形式蓄积于植物体内的某些部位，达到对污水和受污染土壤的生物修复。湿地植物可以将重金属积累在植物组 织内。重金属在一般植物中的积累量为 0.1100g/g，但也有一些特殊植物超量
4、积累重金属。植物对污水中重金属的去除作用还表现在植物的产氧作用使根区含氧量增加，促进了污水重金属的氧化和沉 降。污染物中有机物和氮的降解所需的两个重要因素是微生物和氧，生长在湿地中的挺水植物能够对氧进行运输、释放和扩散作用。植物可将空气中的氧转运到根部，在植物根区周围的微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、磷的效果，另一方面通过在厌氧条件下有机物的降解、或开环、或断成简单分子、小分子，提高对生物难降解有机物的去除效果。湿地植物还具有过滤和抑藻等效应。湿地植物的这些独特作用使得它对污水中许多污染物都有很好的去 除效果，针对不同的污
5、染物种类其去除机理也不尽相同。2.1.2 植物在污水净化中的作用湿地植物对氮的去除作用主要是：氨的挥发作用、NH4 的阳离子交换作用、吸收、硝化和反硝化作用等。植物通过根部根毛周围 充满氧气的液体薄膜中的好氧微生物的硝化作用，可将 NH4+转化成气体，释放到大气中。除此之外，植物本身也可以吸收一部分 NH4+，NH4+进入植物后通过氨化反应将其去除，消除其对植物的 毒害作用 。湿地植物对氮的去除作用：地植物对磷化物的处理除作为营养成分吸收外，还可以通过在苗床基质中的吸附、络合和沉淀反应来去除。一般认为人工湿地系统对磷的去除途径主要是基质的吸附沉 淀作用。人工湿地系统中 7%87%的磷是通过基质
6、的吸附沉淀作用 而被去除的。2.2 湿地土壤（基质）在污水降解中的作用及机理湿地土壤（基质）是湿地植物的直接支撑者，湿地土壤的类型、结构和肥力状况直接决定湿地植物的类型、数量和质量，并通过食物链影响湿地动物的类群、生长和发育，最终影响湿地生态系统的物质生产。同时湿地土壤（基质）也是湿地微生物、湿地土壤动物+ +的生活场所，是土壤微生物和土壤动物生活的“基质”。湿地土壤 （基质）通过影响植物和微生物来影响污水的净化。2.2.1 湿地土壤（基质）在污水净化中的机理湿地土壤是湿地化学物质转化的介质，也是湿地植物营养物质的储存库。湿地土壤的有机质含量很高，有较高的离子交换能力，因此，土壤可通过离子交换
7、转化一些污染物，并且可以通过提供能源和适宜的厌氧条件加强氮的转化。对于磷而言，土壤颗粒对磷酸盐的吸收是一个重要的转化过程，吸收能力依赖于黏土矿物中铁、铝、钙的表现或对土壤有机质的束缚。除了吸收过程外，磷酸盐也可以同铁、铝和土壤组分一起沉降，这些过程包括磷酸盐在黏土矿 物中的固定以及磷酸盐同金属的复合。湿地土壤对有毒物质的“净化”机理，主要是通过沉淀作用、吸附与吸收作用、离子交换作用、氧 化还原作用和代谢分解作用等途径实现的。2.2.2 湿地土壤（基质）在污水净化中的作用湿地土壤的类型、结构和肥力状况同样会对湿地土壤微生物和动 物的类群、数量产生深刻的影响。湿地土壤具有“养分库”功能，它可以提供
8、湿地植物生长发育所需要的全部养分元素。不仅如此，湿 地土壤和其土(泥) 水界面的物理化学反应机制影响养分元素的形态和数量。研究表明，湿地土壤缺氧具有不均一性，在与含氧水相接触的几毫米表层中氧的浓度仍较高，表层中的化学和微生物状况类似于好气土壤，而表层下面氧的浓度几乎为零。氧化表层中 Fe3 、Mn4 、氢氧化物的存在，意味着湿地土壤能吸收和保留存在于表面水中或从还原层下面扩散到表层中的磷酸盐、二氧化硅、锰、钴、镍和锌。因此，氧化层累积有磷、硅、锰、钴、镍和锌。反之，含硫化氢的永久还原性的湿地土壤趋于积累铜、汞、铀、钼和磷灰 石。可见，湿地土壤“养分库”在提供和蓄留某些养分元素的功能方 面具有极
9、其重要的生态意义。2.3 湿地微生物在污水净化中的作用及机理湿地微生物只要有菌类、藻类、原生动物和病毒。微生物在湿地养分的生物地球化学循环过程中往往起核心作用，湿地中的微生物是其生态系统中的重要组成部分，在净化污染物方面发挥着重要的作用。污水中有机物的讲解和转化主要是由湿地微生物来完成的。湿地微生物还具有吸附作用，在微生物生长过程中，需要吸收一些营养元素和重金属元素以保证生长和代谢，他们分泌的高分子聚合物，对重金属由较强的络合力。湿地植物根区的细菌总数与BOD5去除率之间存在显著的相关性；氨氮的去除率与根际硝化细菌和反硝化细菌数量的相关性极显著。湿地微生物具有吸附作用，在微生物生长过程中，常常
10、要吸收一些营养元素和重金属元素以保证微生物的生长和代谢，它们能分泌高分子聚合物，对重金属有较强的络合 力。如曲霉属生物体可有效地吸附Au，枯草杆菌可有效地吸附Au、Ag 和Se 等。有些微生物是重金属污染物的良好吸附剂。 2.4 湿地动物在污水净化中的作用及机理人工湿地中的水生动物有提高土壤通气透水性能和促进有机物的分解转化的生态功能底栖动物螺蛳、螃蟹、小型软体动物、摇蚊幼虫、水蚯蚓、贝壳等和淡水鱼虾形成湿地生态系统食物链的消费者水中的浮游生物是鱼类的饵料，通过改变鱼类的数量结构来操纵植食性浮游动物的群落结构，促进滤食效率高的植食性浮游动物生长，进而降低藻类生物量，改善水质蚌类的增多可使水质变
11、清，从而为轮藻类植物的大量生长提供有利条件，为草食性水禽提 供食物，扩大水禽的数量及停留时间。3.湿地在工程上的应用目前研究和应用的湿地生态工程主要包括人工湿地、蚯蚓生态滤池，生物栅与生物浮岛技术、生态砾石床和人工水草净化技术等生态工程污水处理技术。人工湿地生态工程技术可有效改善和恢复水域生态环境，并具有投资、维护和运行费用低廉，管理渐变，处理效果好，回收资源和能源以及收获经济植物等优点，是一种有效 的污水处理新途径。3.1构建负荷人工湿地系统人工湿地净化污水是基质、植物、微生物共同作用的结果。目前，人工湿地污水处理生态工、程技术，按水流形式可分为表面流和潜流人工湿地，其中在潜流基础上又改造成
12、了垂直流、波形潜流人工湿地系统等。表面流人工湿地，依靠植物根茎的拦截作用以及根茎上形成的生物膜的降解作用去除污染物，去除BOD5，COD效果较好，但不能充分利用基质及植物根系作用，容易产生异味、孳生蚊蝇等不良效果口 。潜流人工湿地系统，可以充分利用湿地中基质，相对表面流人工湿地卫生条件及保温效果好，受气候影响小，被欧洲、澳大利亚和南非等国广泛接受，并应用于许多工程垂直流人工湿地是结合表面流与潜流人工湿地的特点而成，但易孳生蚊蝇，操作、管理不便。波形流人工湿地增加水流的曲折性，使污水以波形的流态多次经过湿地内部基质，在传统潜流湿地内部增设导流板，将布水方式设计成波形流动。相对于传统湿地，波形流湿
13、地在垂直方向上的处理更加优越有研究指出，复合人工湿地能取得较好的 处理效果。3.2蚯蚓生态滤池在土壤中引入一定量的适合的蚯蚓种类而形成“蚯蚓床”，再引入污水进行处理，由于蚯蚓具有增加过滤层通透性和清除未完全分解堵塞的有机物沉淀功能，使得污水的物理性过滤处理过程和有机物的分解处理过程得以分开进行，大大降低了蚯蚓生态滤池所需要的体积和处理的时间，极大地提高了滤池的处理效率，降低了成本。在处理过程中，污水养殖了蚯蚓，蚯蚓改良了土壤，通过蚯蚓的生命活动，把原本对环境有害的有机污染物和植物营养元素重新转化为土壤中的肥力和蚯蚓机体的组成部分，而蚯蚓本身则可成为一种高蛋白饲料的来源，实现了资源的良性循环和再
14、生。上海的中试结果表明，蚯蚓生态滤池COD去除率达8388，BOD5去除率达9196， 去除率达8592，氨氮去除率达5565，总磷去 除率3565，污泥总产率为02 mgL。3.3生物栅与生物浮岛生物栅、生物浮岛均是在水中为参与水体污染物净化的微生物、原生动物、小型浮游动物等提供附着生长条件的设施。生物栅是在固定支架上设置绳状生物接触材料，使大量参与污染物净化的生物附着生长，由于其固着生长，不易被大型水生动物和鱼类吞食，使单位体积的水体中生物数量呈几何级数增加，净化能力得以强化。生物浮岛技术是将高等水生植物或改良的陆生植物种植到富营养化水域水面上，通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理，消除富集在水体中的氮、磷及有害物质，从而达到净化水质的效果。在选用有一定经济价值的浮床植物作为植物材料，能在净化水质的 同时收获农产品，使原来有害于水体的营养物质N、P元素变为具有实用价值的经济作物的养分来源，还能在一定程度上重建并恢复水 生生态系统，创造生物(鸟类、鱼类)的生息空间，改善景观，并且 具有一定的消波效果，可对驳岸进行
