人工湿地污水处理技术简介.

人工湿地概述人工湿地的构成人工湿地分类人工湿地净化污水的机理人工湿地污水处理组合系统及应用人工湿地存在的问题湿地是地球上一种重要的生态系统，享有“地球之肾”的美誉，湿地不仅可以调蓄水量，调节气候，为珍奇动物提供良好栖息地，而且还可以净化污水。人工湿地的设计建造是通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来实现对废水的有效处理。其基建投资少、运行费用低(为生物处理的1/5一1/6)、能耗少、操作简单，不仅适用于生活污水，对某些工业废水、农业废水、垃圾渗滤液等也有良好的净化效能，因此发展速度较快。人工湿地污水处理系统是一套复杂的、完善的生物净化处理系统，其主要组成要件有3个，分别是植物、基质、微生物。在实际运行中，人工湿地系统的水质净化功能并不仅仅是基质、植物、微生物各自净化功能简单加合的结果。人工湿地的本质之一就是将基质、植物、微生物以合适的构型和配比组合在一起并形成人工生态系统，从而发挥出“1+1+13”的系统效应，达成高效持续的净化效果。植物是湿地生态系统的重要组成部分，在植物---基质----微生物的相互关心中承担着重要角色，主要起着以下作用：①起到布水和降低水流的作用，为拦截、沉淀颗粒物提供更好的水利条件，增加了污水和植物根系的接触时间。②植物密集的根系可以稳定床体表面，同时根系的生长降解有机物质，有助于缓解床体堵塞。③提高湿地床体的水力传导性。植物的生长可以松动基质，改善了土壤的水力传导性能。④为微生物提供附着界面，处在湿地水中的茎叶以及地下的植物根系为微生物附着生长提供了巨大的介质。⑤直接吸收污水中的氮磷。⑥根系释氧。植物根系可以通过释放氧气改变根系周围环境的氧化还原状态，从而改变根系周围的生物环境。因此，植物的生命活动影响污染物的转化过程和去除率。⑦可以为野生动物如鸟类等提供良好的栖息环境，具有美学观赏性。人工湿地中基质的作用是作为植物的生长载体、为微生物提供大量的附着界面，直接通过物理化学作用净化污水，并保证一定的水利传导性能。基质的选择根据湿地类型不同而不同。表面流湿地多以自然土壤为基质，潜流失地的选择则成多样性，同时也会考虑取材方便、经济适用等因素。一般说来处理以SS、BOD、COD为特征污染物的污水时，可根据停留时间、占地面积和出水水质要求选用细沙、粗砂、砾石、灰渣等作为基质。以磷为目的则多选择方解石、大理石或含Ca2+、Fe2+、Al3+离子较多的矿石。对于潜流湿地来说，基质的粒径尺寸，应既具有较高的比表面积为微生物提供更多的附着介质，又能保证一定的水力传导性能，防止床体很快被堵塞。微生物是对污染物进行吸附和降解的主要生物群体和承担者。人工湿地中存在的大量植物的根、茎、叶、基质等为微生物的附着生长提供载体。湿地中微生物非常丰富，这就为污水处理提供了分解者。除了湿地中的微生物在生长繁殖过程中直接吸收利用有机物和无机营养盐之外，湿地中的有机物主要靠好氧、兼氧和厌氧细菌降解得到去除。植物种类和基质对微生物的种类和数量都有重要影响，细菌在系统中占主导地位，放线菌其次，真菌最少。植物根面和根际微生物数量与污染物去除率之间有明显的相关性。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。根据污水在湿地中水面位置不同，人工湿地可分为：1）表面流人工湿地2）潜流人工湿地①水平流湿地②垂直流湿地水生植物，如凤眼莲、浮萍等漂浮于水面，主要用于强化氧化塘等类似的塘系统。对污染物的去除主要靠植物的吸收、微生物的代谢等。以挺水植物如芦苇、莒蒲、灯芯草、香蒲、水葱等种植为主。这类植物根系发达，可通过根系向基质输送氧气，使基质中形成多个好氧、兼性厌氧、厌氧小区，利于多种微生物繁殖，便于污染物的多途径降解。现在所指的人工湿地一般都是挺水植物系统。如狐尾藻、金鱼藻等。沉水植物系统还处于试验阶段，其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的处理。表面流人工湿地指污水在基质层表面以上，从池体进水端水平流向出水端的人工湿地。表面流人工湿地的水力负荷较低，对水体的净化处理效果有限。其主要通过构建好氧生态环境来降解水体污染，并利用植物根系、茎表组织等器官的吸收作用来去除部分富营养物质，沉淀部分絮状物以达到净化水质的目的。水平潜流人工湿地是指污水在基质层表面以下，从池体进水端水平流向出水端的人工湿地。水平潜流人工湿地的填料系统，处于底部厌氧、中部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。水平潜流人工湿地的填料粒径一般在（2.0～6.0）cm之间。垂直潜流人工湿地是指污水垂直通过池体中基质层的人工湿地。垂直潜流人工湿地中水体从床体表层纵向流向填料床的底层，床体处于相对不饱和状态，因此，氧气可通过污水的垂直滴落、大气扩散与植物的传输进入湿地系统，使系统满足好氧处理的要求，使系统内污染处理处于硝化反应的过程。据研究结果显示，垂直潜流人工湿地对氨氮的去除效果较好。其所选择的填料粒径在（1.0～2.0）cm之间。表面向基质纵向流动较高垂直流湿地氮、磷去除效果好相对复杂基质下水平流动较高水平流湿地BOD、COD、有机物、重金属去除效果好相对复杂良好表面流动较低表面流湿地一般简单、受季节影响大夏季有恶臭、孳生蚊蝇现象水体流动水体负荷特征去污效果系统控制环境状况夏季有恶臭、孳生蚊蝇现象人工湿地污水处理是一个化学处理、物理处理和生物处理相结合的过程。其化学处理过程是氧化分解，物理处理过程是过滤和吸附，生物处理过程是吸收利用和分解。人工湿地污水处理系统所针对的污染物（环境影响主力因子）主要为氮、磷、悬浮物（SS）、有机物（BOD、COD）、重金属等。污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐；有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。其去除途径包括基质的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生物硝化、反硝化作用。污水中的磷包括有机磷和无机磷。其去除途径主要包括微生物同化、基质吸附、植物吸收及污泥沉淀。研究均表明，污水中磷的去除是以基质吸附及污泥沉淀为主。微生物在具有巨大比表面积的土壤颗粒表面形成一层生物膜，当污水流经土壤颗粒表面时，不溶性的有机物通过基质的沉淀、过滤和吸附作用被截留，然后被微小生物利用；可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及微生物的代谢过程而被分解去除。悬浮物（SS）的去除主要通过基质的过滤、污泥沉淀及根系附着来完成。为防止在进水口附近发生堵塞，进水前应设置预处理以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。金属离子去除机理主要有：植物的吸收和富集作用、土壤胶体颗粒的吸附、悬浮颗粒的过滤和沉淀，人工湿地对污水中重金属去除是通过植物、微生物、土壤基质等组成成分共同起作用的。一套完整的人工湿地污水处理系统均有预处理系统、前处理系统、主体处理系统组成。•预处理系统预处理系统属于污水进入人工湿地污水处理系统前的物理处理工艺，一般包括栏污格栅、缓冲池、沉淀池等。前处理系统是指人工湿地污水处理工程的前段处理工艺，其主要作用是通过生物降解，降低污染负荷、分解大颗粒污染分子，将复杂的有机物转化为简单的无机物等。包括生化池、水解酸化池、接触氧化池等。•前处理系统•主处理系统主体处理系统即表面流人工湿地、垂直流及水平流人工湿地3种工艺类型。一般主处理工艺所占面积约为整个工程面积的60%--70%左右，所以称为主体处理工艺。城镇农村生活污水处理城镇废水三级处理工业废水处理入湖、入江、入海河道水末端处理湖泊、池塘、公园和生活小区富营养化水体处理住宅区中水再利用城市暴雨径流水净化农业径流水净化水源保护地地面径流水净化1.温度问题低温时生物活性下降和植物的死亡。对于表面流和垂直流湿地，低温时表面会结冰，冰层覆盖不仅阻碍了大气的复氧过程，使生化水平降低，而且冰层的存在减少了有效水深，从而缩短了停留时间，进而对处理效果产生影响。因此，低温会导致处理效果的显著降低。2.占地面积问题人工湿地净化的机理与特点使其与传统的污水处理工艺相比较需要较大的占地面积，一般认为大约是传统污水处理工艺的2～3倍左右。而当今，土地资源对于很多城市来说是非常宝贵的，这就为应用该技术带来了很大的障碍。3.出水污染物浓度回升问题水生植物生长周期较短和补给水源水质等环境的变化会引起植物的衰竭和腐烂，腐烂的茎、叶容易消耗水体中的溶解氧使河床上升、底泥增多，其中释放出的有机物、氨氮等导致水体污染物回升，容易造成水体的二次污染。4.堵塞问题随着时间推移，湿地中的微生物也相应繁殖，再加上植物的腐败，若维护不当，很容易产生淤积、阻塞现象。这种现象不仅会影响水的流速，而且会影响水的复氧，从而影响到微生物的活性进而影响到处理效果。选择适当的填料，最好是多孔、质轻、不易板结的材质,采用合适的操作工艺,可以通过一定的间歇进水来恢复湿地的渗透速率,选择适当的植物密度并及时维护，可以缓解堵塞问题。