人工湿地污水处理技术

《湖南水利水电)2011年第4期人工湿地污水处理技术李强胡卓詹鷳(长沙梅溪湖实业有限公司 长沙市410205) (中南林业科技大学 长沙市410004)[摘要]文章叙述了人工湿地污水处理技术的定义、形式、组成、原理。人工湿地作为一个特殊的湿地系统,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、增加绿地面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,具有极广阔的应用前景。[关键词]人工湿地污水处理湿地组合 去除机理艺形态的人工湿地往往不能完全满足污水处理的要求,因1人工湿地定义此复合型人工湿地是人工湿地建设的常态化工艺组合。人工湿地与天然湿地是两个不同的概念，实际工作2.2 人工湿地的组成中,常有混淆。根据<人工湿地污水处理工程技术规范>人工湿地污水处理系统是- - 套复杂的、完善的生物(HJ 2005- 2010)文件的界定,人工湿地系指“人工筑成水净化处理系统 ,其主要组成要件有3个,分别是植物、微池或沟槽,底面铺设防渗漏隔水层.充填-定深度的基质生物及微型生物、基质问。层,种植水生植物,利用基质、植物、微生物的物理、化学、其植物系指高等维管束植物,包括挺水植物、浮水植生物三重协同作用使污水得到净化”的一种工程构造体"。物 、浮叶植物和沉水植物等。而天然湿地系指有高等生物(包括动植物及微生物)的水其微生物、微型生物系指植物根系周围的区系微生环境,包括沼泽、浅水湖泊、自然河道、水域湖滨带、农田、物 、基质表面生物膜及周边的微生物,包括细菌、原生动滨水公园等。物、次生动物、浮游植物、浮游动物等。其基质系指人工湿地池床中填充的沙砾、碎石或土2人工湿地的形式和组成壤,主要起到支撑高等植物生长,基质表面附着微生物形2.1人工湿地 的形式成生物膜的作用,是人工湿地净化污水的主要部件之一。按照人工湿地污水流动方式，将人工湿地分为表面在实际运行中,人工湿地系统的水质净化功能并不仅流人工湿地和潜流人工湿地。潜流型人工湿地有水平流仅是基质 植物、微生物各自净化功能简单加合的结果。笔(Horizontal flow)和垂直流(Vertical flow)两种形式。垂直流者认为 ,人工湿地的本质之一就是将基质、植物、微生物以人工湿地又可分为下行垂直流流人工湿地(Down flow合 适的构型和配比组合在一起并形成人工生态系统,从而constructed weland)和上行垂直流流人工湿地(Up flow发挥 出“1+1+1>3”的系统效应,达成高效持续的净化效果。constructed wetland)两类网。按照人工湿地工程工艺组合方3人工湿地系统内污染物的去除机理式,可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。人工湿地污水处理是-一个化学处理、物理处理和生复合型人工湿地系指,将不同类型的人工湿地工艺，物处理 相结合的过程。其化学处理过程是氧化分解,物理根据场地、气候环境、水质参数及达标要求等客观条件进处理过程是过滤和吸附牛物外理讨程是吸收利用和分行系统、优化组合,使其达到最优的净化和处理效果,其解。 人工湿地中国煤化工s物(环境影响主所设计和建造出来的人工湿地即复合型人工湿地。力因子)主要)MHCN M H G(BOD .COD)、不同工艺类型都有其所针对处理的污染形态,单一工重金 属及病原物。8.李强胡卓詹鹏1/人工湿地污水处理技术(1)氮的去除。根系表面则可能富集反硝化菌,实现反硝化脱氨0.1。氮是影响水体富营养化的主要因子,影响水体水质(5)重金属的去除。的指标主要为总氮(TN)和氨氮(NH;N)。污水中,含氮化人工湿地对重金属的去除主要集中在植物对重金属合物主要是以有机氮,如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基的去除作用上,包括植物的稳定、生物富集和摄取吸附。化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少数的氨另外还可以通过植物挥发、甲基化等作用达到目的。另-态氮如氨气(NH,)及铵(NH+)等。方面,就是湿地填料对重金属的固着和吸附凹。氮的去除主要依靠硝化/反硝化反应、氨气挥发、氨4人工湿地的组合与运行机理化、植物吸收和填料附着几种形式。微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作完整的人工湿地污水处理系统-般由预处理工艺、用,很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍前处理工艺、主体处理工艺和末端处理工艺4个部分组成。生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化微不同类型的污水其处理工艺组合不尽相同,一些工程的生物,在氨化微生物的作用下,有机氮化合物分解、转化预处理和前处理工艺合二为- - ,或没有末端处理工艺。为氨态氮。.组成复合型人工湿地的工艺形式主要有以下几类，硝化反应是在好氧条件下,硝化细菌将铵离子(NH*)其所针 对处理的污染物及机理如下。转化为硝酸盐氮(NO;)和亚硝酸盐氮(NO;)的过程,以利4.1 预处理系统植物的吸收和利用。在实际工程中，预处理系统属于污水进人人工湿地反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸污水处理系统前的物理处理工艺,一般包括栏污格栅、缓盐氮(NO; )和亚硝酸盐氨(NO2)还原为氮气,并部分释放冲池沉沙池及快速渗滤池等。实际工程中,往往结合相到空气中的过程。关工艺进行，如缓冲池结合沉沙池建造。人工工地污水处理系统中氮的去除过程，是一个通4.2 前处理系统过氮的氨化硝化/反硝化作用,将高分子复杂的有机氮转前处理系统是指人工湿地污水处理工程的前端(或化为低分子简单的无机氮，再将无机氮转化为可消耗分称前段)处理工艺,其主要作用是通过生物降解,降低污解、吸收利用和挥发的离子态氮的过程网。染负荷分解大颗粒污染分子,将复杂的有机物转化为简另外,一些形态稳定不易分解的氮体,会为填料表层单的无机物等。常见的前处理工艺包括生物塘、水解酸化所形成的生物膜吸附并附着,截留于人工湿地的填料中。池、接触氧化池等。(2)磷的去除。4.3 人工湿地污水处理主体工艺污水中的磷主要是以有机磷和无机磷两种形式存此处所说的主体处理工艺即表面流人工湿地、垂直在,其去除途径主要包括微生物同化、填料吸附、植物吸潜流人工湿地及水平潜流人工湿地3种工艺类型。一般收及污泥沉淀几种形式。而工程实际及理论研究均表明,主处理工艺所占面积约为整个工程面积的60%70%左污水中磷的去除是以填料吸附及污泥沉淀为主”。右,所以称为主体处理工艺。(3)悬浮物的去除。(1)表面流人工湿地。悬浮物(SS)的去除主要通过填料的过滤、污泥沉淀表面流人工湿地指污水在基质层表面以上,从池体及根系附着来完成。高水力负荷人工湿地污水处理系统进水端水平流向出水端的人工湿地。中的藻类物质及ss的去除率可以达到99.93%。表面流人工湿地的水力负荷较低,对水体的净化处理(4)有机污染的去除。效果有限。其主要通过构建好氧生态环境来降解水体污染，人工湿地系统中，不溶性的有机物主要通过物理反并利用植物根系茎表组织等器官的吸收作用来去除部分应,如湿地的沉淀、过滤作用而被截留;可溶性的有机物富营养物质,沉淀部分絮状物以达到净化水质的目的叫。则通过系统填料及植物根系表层所街生生物膜的吸收、表面流人工湿地的表面水力负荷为<0.1m)/m2}d,实吸附及生物降解过程而被分解去除。其分解降解的过程际操作时,具体的水力负荷还应根据水质情况考虑。由多种微生物通过好氧和厌氧代谢来完成。(2)垂直潜流人工湿地。在人工湿地系统中,基质、植物、微生物各自都具有污垂直潜流人工混地县指污水垂百浦讨池体中基质层染物净化功能,例如采用炉渣为基质的人工湿地系统具有的人工湿地。TYH中国煤化工较强的除磷效果;选择芦苇、风车草等为湿地配置植物,可垂直潜流cN MHG纵向流向填料.在植物速生期吸收、脱离大量的氮磷;而湿地基质和植物床的底层,床体处于相对不饱和状态，因此,氧气可通过29李强胡卓詹鹏/人工湿地污水处理技术污水的垂直滴落、大气扩散与植物的传输进入湿地系统,(2)人工湿地的建设要注重其环境效应和社会效应。使系统满足好氧处理的要求，使系统内污染处理处于硝提倡人工湿地建设的景观化和功能化,使人工湿地在具备化反应的过程啊。污水处理功能的同时还能改善周边环境,提升社区品质。据研究结果显示，垂直潜流人工湿地对氨氮的去除(3)全国农村环境污染防治规划纲要(2007~2020年)效果较好。其所选择的填料粒径在(1.0~2.0) cm之间。提出,要在我国的广“大农村进行污水处理的推广与应用，(3)水平潜流人工湿地。而人工湿地正是其推广的模式之一。因此,切合我国农村水平潜流人工湿地是指污水在基质层表面以下,从环境实际，结合农村具体条件,探讨出一套切实有行的农池体进水端水平流向出水端的人工湿地。村污染人工湿地综合整治方案将是其推广应用的当务水平潜流人工湿地的填料系统,处于底部厌氧、中部之急。兼氧和上部好氧的状态，适宜湿地系统内微生物的好氧和厌氧代谢,对各种有机污染的处理效果相对较好凹。水参考文献平潜流人工湿地的填料粒径在(2.0~6.0) cm之间。1 HJ 2005- -2010.人工湿地污水处理工程技术规范[S]北京:中国环境科学出颠社,2011.4.4 后处理人工湿地系统的后处理工艺，也叫末端处理工艺,通.2吴振斌.复合垂直流人工湿地[M].北京:科学出版社,008:3.3刘雯,崔理华.水平流-垂直流复合人工湿地系统对污水的净化效常起到杀菌消毒.强化出水水质、改善景观效果等的作用。果研克[].农业环境科学学报,2004,23(3):604 606.常用的工艺主要包括表流湿地和好氧生物塘(水景塘)4杨文好,王德建厌氧池~两级复合型潜流人工湿地工艺设计[].环造景、沙滤池过滤、紫外线消毒或配药消毒等。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,5人工湿地需要注意的因素2007:20-25.(1)防渗。6卢少勇,金相灿人工湿地氮的去除机理[I生态学报,2006,26(8):对于以水源补给为目的的人工湿地，渗漏会导致补2670-2677.7卢少勇,金相灿人工湿地的磷去除机理[门.生尚环境,2006,15(2);:给水源不足,降低湿地的功能;对于以污水处理为目的的391-396.人工湿地,渗漏会导致地下水源的污染,因此,任何一个8汪俊三,草环.高水力负荷人工湿地处理富管养化湖水[J].中国给水人工湿地的建设,都必须考虑防渗防漏呵。排.2005,21(2):1-4. .人工湿地防渗的方式有素混池底、钢混池底、素土夯9 汤显强,黄岁棵，人工湿地去污机理及其四内外应用现状[].水处理实+土工膜防渗等。.技,2007,33(2):9-13.10崔理华,朱夕珍:煤渣草炭基质垂直流人工湿地系统对城市污水(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的净化效果[J生态应用学报,2003, 14(4):597- -600.质,其营养的来源主要依靠水体补充。实际工程中,很多11徐德福,李映雪.用于污水处理的人工湿地的基质植物及笑配置人都采取在湿地填料表层覆土栽植的方式，这样的结果[{]湿地科学20075(1);32 -37.12实磊,周永章.酸矿水中重金属人工湿地处理机理研究[小.环境科是导致湿地系统的堵塞”。学与挂术2002911)191)1111(3)维护管理。.13耿琦鹏,洪剑明.人工湿地净化污水机理研究进展[].南水北调与植物裁植完成后的人工湿地水位控制和管理是影响水利科技,2006,4(5);43-. -45.植物成活的关键调。一般在栽植后的(10~15) d,以(3~5)14芦秀青.垂直流人工湿地水力学规律与数学模型研完[D].式汉:华cm的浅水管护为主。待植物生长恢复并开始分生分蘖开中科技大学,2010.15汪俊三.桂物碎石床人工湿地污水处理技术和我的工程案例[M].始,水位降低平至填料表面。后期正常管理阶段,可以将北京:中国环境科学出版社2009.水位降到填料表层(3-5) cm以下。16昊振斌复合垂直流人工湿地[M].北京:科学出版社,2008.正常管理阶段的植物,根据植物生长长势,每年清理17雷明,事凌云人工湿地土壤堵塞现象及机理探讨{小.工业水处理,1~2次。第一次为生长高峰期的7~8月，第二次为次年开2004,24(10):9-12.春萌发前的1~2月。只清理一次的,以初春为主。.18蚓红,刘学燕人工湿地桂物系统优化管理研究[J].农业环境科学学报,2004,23(5);1 003-1 008.6结语中国煤化工a期:2011-06-21)(1)人工湿地作为一门新兴的学科和应用技术,对YHCNMH G .于我国生态型社区的建设具有非常重要的意义和作用。30.