人工湿地法范文（精选10篇）
人工湿地法 第1篇关键词：水资源净化途径,人工湿地法,管理方法
0 引言
“十二五”期间，买菜做饭13825404095国民经济持续发展，新农村改革的进程不断深入，乡村经济也有了极大的发展，人们对环境质量的要求也越来越高，农村水资源保护成为重要的研究课题。由于水污染的宣传教育主要集中在城市，农村居民水环保意识普遍较低，再加上管理手段落后，农村污水未经处理直接排放的现象普遍存在，饮水水源污染较为严重，影响了农村居民的正常生活，形势十分严峻。本文通过对秦岭北麓地区农村污水现状的调查以及产生原因进行分析，结合国内外水资源保护标杆方法的研究，提出了适合秦岭北麓水资源保护的人工湿地污水处理方法，配合微观管理手段的创新和可行的政府政策支持，从软、硬技术相结合的视角解决秦岭北麓农村地区水资源污染问题。
1 秦岭北麓农村水资源污染现状和存在的问题
秦岭北麓位于秦岭分水岭至关中平原南缘之间。总面积10375km2，行政区划上纵跨西安、宝鸡、渭南三市的15个县（区）[1]。秦岭北麓是关中重要的水源地和“气候调节器”，是陕西省经济可持续发展的生命线。秦岭北麓水资源分布于广大的农村地区。但是近年来，秦岭北麓西至宝鸡东至潼关的10县区的28条河流，有56.1%的河段受到不同程度的污染[2]。随着农村自来水管的普及，居民的排水量大幅增加，排向室外的污水或在街道上漫流，或沿排水明沟流到沟塘、水库及河流，长此以往，严重污染了地表水，甚至通过入渗影响地下水水质。以潼关县西峪河为例，汞超标145.6倍，在各评价因子及评价河段中超标倍数均最高；其次是蓝田辋川河下游铜铂厂支流，铅超标27.61倍，汞超标10.5倍，砷超标4.05倍，均居各河段之首，COD超标7.36倍；而华阴市柳叶河污染程度居第三，其COD超标19.82倍，在各河段中最高，BOD超标18.5倍，在各河段中居第二[3]。
同时不同区县河流，其污染程度也不同。下图为秦岭北麓水资源污染状况调查图：
秦岭生态环境恶化，使关中失去了曾经“天府之国”的美誉，解决秦岭北麓农村地区的水污染问题刻不容缓。然而，水污染的宣传教育主要集中在城市，农村居民水环保意识普遍较低，同时由于农村生活污水排量小、排放点分散的特点，城市污水厂使用的技术难以应用，再加上管理手段落后，农村污水未经处理直接排放的现象普遍存在。
2 秦岭北麓农村污水处理的方案选择
秦岭北麓农村污水问题上应遵循技术上的可行性和经济上的合理性理念，坚持“低投入、低成本、重回用、易管理”的原则，从工艺选择、工程设计施工和运行管理等各个环节做好统筹规划，使农村水污染治理步入“建得起、用得起、管得起、有长效”的良性发展轨道[4]。
2.1 国内外农村地区污水处理技术的对比分析与选择
本文作者通过查阅文献、实地调研及专家访谈，筛选出以下几种适合农村地区的污水处理技术：
2.1.1 高效藻类塘技术
美国加州大学伯克利分校的Oswald提出并发展的高效藻类塘是对传统稳定塘的改进，其充分利用菌藻共生关系，对污染物进行处理。但存在的缺点是受温度、气候等环境因素影响明显，气温过高或较低时，藻类的生长受到抑制从而影响处理效果；水体特性、腐殖质、藻类和非生物性的悬浮物影响藻类对光的吸收，影响处理效果[5]。
2.1.2 一体化净化槽技术
日本的一体化净化槽非常著名，在日本土地上的使用率极高，是世界上少有的几个分散污水治理最发达的国家之一。我国曾于上世纪80年代末90年代初在苏南地区大规模引进日本的净化槽技术，但由于城市污水处理工艺的小型化，建设成本和运行成本高，基本没有除磷作用，在国内难以推广应用[6]。
2.1.3 FILTER“FILTER”污水处理技术澳大利亚科
学专家最近几年提出一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统”，其目的主要是利用污水进行农作物灌溉，通过灌溉土地处理后，再用地下暗管将其汇集和排出。这种技术的缺点是暗管排水系统造价较高，且在地下水位较高的地区应用有困难[7]。
2.1.4 人工湿地法
人工湿地污水处理技术是20世纪70年代起源于德国，并在近几十年不断发展、完善的新型污水处理技术。人工湿地由基质、植物及微生物组成，二者通过复杂的物理、化学、生物作用，协同完成对污水的净化处理。这种技术的优点是处理系统工艺设备简单，在农村可以充分利用现有的农田灌排渠道和四周的荒地、废塘和洼地等，建设人工湿地处理系统；另外，维护管理方便，运行技术要求低和费用低也是该系统的优点[8]。
通过上述的各项技术的优缺点分析，我们决定以建设难度、应用范围、稳定性、去污能力以及维护费用等五个方面，作为筛选适合秦岭北麓农村地区污水处理技术的最主要指标，并以此为雷达图的元素构图。以5分为满分，得分越高，则该技术在该方面的优势越突出，面积最大者，即为我们通过综合分析法所寻找出的最佳净水途径。经查阅资料、与专家进行深度访谈，我们画出雷达图[9]如图2。
从图2中可以看出，在建设难度、应用范围、稳定性、去污能力、维护费用这五个方面，人工湿地法所对应的五个指标值均高于其他三种技术，其所对应的面积是最大的。因此，在秦岭北麓农村地区，应用人工湿地法处理水资源污染问题是相对较好的选择。
2.2 适合秦岭北麓农村水污染治理的技术———人工湿地法
污水处理工艺的选择要注意符合实际，要充分考虑秦岭北麓地区农村的经济承受能力，绝不能忽视该地区的实际情况，而一味追求高科技技术。该地区农村污水存在如下特点：总量很大，但作为个体而言，水量较小；不同地区水污染程度有较大差异；村落分散，通过大规模管网收集污水有困难。而且，农村经济基础相对薄弱，缺乏专业管理和维护人员。因此，农村污水处理工艺必须满足以下几个基本要求：投资运行费用低，管理方便，工艺流程简单、易于操作。
2.2.1 去除机理
人工湿地对废水的处理综合了物理、化学和生物三种作用。人工湿地运行稳定后，填料表面和植物根系中生长了大量的微生物形成生物膜，废水流过时，悬浮物被填料及根系阻挡截留，有机质通过生物膜的吸附及同化、异化作用而得以去除。湿地床层中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中的氮、磷不仅能被植物及微生物作用营养成分直接吸收，还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用从废水中去除，最后通过湿地基质的定期更换或植物收割使污染物最终从系统中去除。人工湿地去除污染物的范围广泛，包括N、P、SS、有机物、微量元素、病原体等[10]。
2.2.2 陕西省石泉县饶峰河人工湿地应用实例
饶峰河为汉江一级支流，其下游小流域位于陕西省石泉县西北，近年来水源受到较严重污染[11]。为改善其水源质量，陕西省水土保持局在此建立了水土保持工程陕西省石泉县饶峰河项目区。该项目中一项重要的工作，就是在该县建立试点，应用人工湿地法处理生活污水。试点建成并投入使用后，各试点村取得了预期的处理效果，实现生活污水基本零排放。
该项目工艺在三级过滤池之前增加了厌氧、好氧、缺氧池，形成“AAO+人工湿地”组合处理工艺。其处理污水的主要工艺流程是：污水→厌氧→好氧→缺氧→第一级人工湿地过滤（大石子）→第二级人工湿地过滤（小石子）→第三级人工湿地过滤（粗砂）→达标排放。石泉县农村地区与秦岭北麓绝大多数农村地区的气候、温度、污染源基本一致，这一试点工程，为我们的研究理论提供了强有力的实践支持，事实证明，在秦岭北麓应用人工湿地法是有效可行的。
3 人工湿地法解决秦岭北麓农村污水的配套措施
人工湿地法污水处理技术的高效实施，必须依托与之相配套的管理措施的并行应用。
3.1 建立农村人工湿地污水处理设施长效管理机制
处理设施的管理、维护，对保障污水处理效果至关重要。秦岭北麓地区各市、县可成立农村及分散污水治理专门委员会专门管理分散污水处理设施，负责对人工湿地处理设施的管理和维护。一是应该尽早出台就地处理设施管理办法，使得养护工作有法可依；二是可以通过建立管理网络，明确管理责任，建立信息平台，提高群众的环保意识；三是鼓励社会专业化组织参与到处理设施养护中来，把污水处理设施的运行管理推向社会化、专业化和市场化[12]。同时，在设施的日常养护与管理，可从以下两方面进行：定期对设施的运行状况进行检查，建立资料档案，记录数量和运行状况，有针对性地进行维修改造；污水处理设施可按照“谁使用，谁负责”的原则管理，职责由各村自行承担，各村管理部门再分配给具体使用的村民。
3.2 建立农村人工湿地法处理工艺评估体系
目前在农村地区运用人工湿地工艺处理生活污水的方法尚处于发展和摸索阶段，各地试验点处理效果参差不齐。如果希望在秦岭北麓地区成功应用人工湿地法，以达到处理生活污水的目的，应建立完善的处理工艺评估指标体系[13]。我们可以列出一些主要参数，比如，在秦岭北麓的农村地区，所排放的生活污水多为N、P污染，我们可将N、P的去除效果列为衡量该工艺处理效果的重要参数。
3.3 优化现有工艺，提高施工质量
施工是污水处理成功与否的关键，必须选择有资质的施工单位，污水排放管道的铺设，尽量与居民的分布相适应，在满足处理需求的前提下，尽量减少管道铺设距离，避免管道跨河。同时，有关管理和技术部门应结合秦岭北麓地区气候、降雨量、排放污水特点等具体情况，给出指导性的文件。此外，行业监管部门、建设单位、监理单位也要尽到监管责任。
3.4 基于经济价值和美学价值的推广
选择既具有净化效果，又能产生经济价值和美学价值的湿地植物，也是推广人工湿地的有效途径。经检测分析水蕹菜和水芹菜茎净化污水后仍可食用，这两种经济植物轮作，具有显著的环境效益和经济效益[14]。发达国家在人工湿地污水处理系统中引入了园林设计的理念，将治污与营造生态公园相结合，即达到净化效果，又实现经济和观赏价值[15]。在秦岭北麓农村地区可发展一些小规模的人工生态系统，如种植眼子菜、荷花等植物，以营造一定的观赏价值，美化家园。
3.5 加大在农村地区的宣传和培训力度
宣传和培训也是在秦岭北麓地区推广人工湿地法污水处理技术的重要途径。首先应建立健全工作制度，坚持开展经常性的宣传教育活动，如定期播放视频，开展宣讲会、交流讨论会等，增加农村居民对治理工作的了解和配合程度。同时，针对人工湿地推广应用的不同阶段和程度[16]，开展相应的宣传工作。可与环保局、水土保持局等相关单位合作，向群众介绍该污水处理技术的使用方法和要点，推广人工湿地污水处理法的应用。
4 研究结论
通过实地调研和分析论证，得出在秦岭北麓农村地区应用人工湿地法是一种切实可行的处理农村污水的技术方法，并给出配套的管理措施：为人工湿地设施建立长效管理机制和处理效果评估体系；严格监督，提高施工质量；从经济和美学价值角度出发，在更多地区进行推广应用；加大在农村地区的宣传和培训力度。这些研究成果填补了农村地区水资源净化研究的空白，为相关部门进行农村地区的水污染治理提供了参考和借鉴，具有较高的推广价值。
人工湿地法污水处理技术经验交流 第2篇一：人工湿地技术简介
31.1人工湿地的概念3
1.2 人工湿地的类型
41.3 人工湿地的构造6
二 人工湿地去除污染物机理8
2.1 有机物的去除8
2.2 氮的去除9
2.3 磷的去除 9
2.4 悬浮物的去除10
三 人工湿地处理技术的优缺
点10
一：人工湿地技术简介
1.1人工湿地的概念
人工湿地污水处理技术是（cw-constructed wetland）一种人工将污水有控制地投配到种有水生植物的土地上，按不同方式控制有效停留时间并使其沿着一定的方向流动，在物理、化学、生物共同作用下，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等来实现水质净化的生物处理技术。
采用人工湿地技术净化污水始于1953年德国的max planck研究所，该研究所的seidel博士在研究中发现芦苇能去除大量有机物和无机物。到20世纪70年代末期逐渐发展成为一种独具特色的新型污水处理技术。人工湿地污水处理技术具有处理效果好、出水水质稳定、氮、磷去除能力强、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低、对负荷变化适应能力强、适于处理间歇排放的污水等主要特点。同时，人工湿地对保护野生动物和提高局部地区景观的美学价值也有益处。因此，大力开发人工湿地污水处理技术，对我国水环境污染的治理具有重大的意义，在我国具有广泛的发展前景。
1.2 人工湿地的类型
人工湿地的基本类型
自由表面流人工湿地（fws）：和自然湿地相类似，水面位于湿地基质层以上，其水深一般为0.3—0.5m，采用最多的水流形式为地表径流，这种类型的人工湿地中，污水从进口以一定深度缓慢流过湿地表面，部分污水蒸发或渗入湿地，出水经溢流堰流出。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点。
潜流型人工湿地系统(sfs)：污水在湿地床的表面下流动，利用填料表面生长的生物膜、植物根系及表层土和填料的截留作用净化污水。主要形式为采用各种填料的芦苇床系统。芦苇床由上下两层组成，上层为土壤，下层是由易使水流通过的介质组成的根系层，如粒径较大的砾石、炉渣或砂层等，在上层土壤层中种植芦苇等耐水植物。潜流式湿地能充分利用了湿地的空间，发挥植物、微生物和基质之间的协同作用，因此在相同面积情况下其处理能力得到大幅提高。污水基本上在地面下流动，保温效果好，卫生条件也较好。
根据污水在湿地中流动的方向不同可将潜流型湿地系统分为水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和复合流人工湿地3种类型。不同类型的湿地对污染物的去除效果不尽相同，各有优势。
水平流潜流式湿地：其水流从进口起在根系层中沿水平方向缓慢流动，出口处设水位调节装置，以保持污水尽量和根系接触。
垂直流潜流式湿地：其水流方向和根系层呈垂直状态，其出水装置一般设在湿地底部。和水平流潜流式湿地相比，这种床体形式的主要作用在于提高氧向污水及基质中的转移效率。其表层为渗透性良好的砂层，间歇式进水，提高氧转移效率，以此来提高bod去除和氨氮硝化的效果。
复合流潜流式湿地：其中的水流既有水平流也有竖向流。在芦苇床基质层中污水同时以水平流和垂直流的流态流出底部的渗水管中。也可以用两级复合流潜流式湿地进行串联的复合流潜流湿地系统，第一级湿地中污水以水平流和下向垂直流的组合流态进入第二级湿地，第二级湿地中，污水以水平流和上向垂直流的组合流态流出湿地。
人工湿地的水流类型不同，其对不同污染物的去除效率也有差异。水平潜流湿地对bod、cod等有机物和重金属的去除效果较好，垂直流湿地对氮、磷的去除效果较好，表面流型湿地的处理效果一般。但如果将表面流型与潜流型、表面流型与垂直流型结合起来，去污效率会进一步提高。根据对104座潜流型湿地系统和70 座表面流湿地系统的处理效果数据统计，有如下结果。
（1）ss表面流湿地系统用于三级处理时出水ss< 20mg/l；用于二级处理时稍高，但通常也低于20mg/l。水平潜流湿地系统进水ss平均为140 mg/l，出水平均为12.4 mg/l。
（2）bod5一般来说，当潜流湿地系统进水bod5平均为114 mg/l时，则出水平均为17 mg/l；表面流湿地系统进水bod5平均为41 mg/l时，出水平均为11 mg/l。
1.3 人工湿地的构造
人工湿地一般都由以下五种结构单元构成：底部的防渗层；由填料、土壤和植物根系组成的基质层；湿地植物的落叶及微生物尸体等组成的腐质层；水体层和湿地植物（主要是根生挺水植物）。
水生植
物: 首先，植物可以有效地消除短流现象；其次，植物的根系可以维持潜流型湿地中良好的水力输导性，使湿地的运行寿命延长；第三，通过其中微生物的分解和合成代谢作用，能有效地去除污水中有机污染物和营养物质，第四，水生植物能够将氧气输送到根系，使植物根系附近有氧气存在，通过硝化、反硝化，积累、降解、络合、吸附等作用而显著增加去除率。第五，致
密的植物可以在冬季寒冷季节起到保温作用，减缓湿地处理效率的下降。
基质层: 基质层是人工湿地的核心。基质颗粒的粒径、矿质成分等直接影响着污水处理的效果。目前人工湿地系统可用的基质主要有土壤、碎石、砾石、煤块、细沙、粗砂、煤渣、多孔介质(leca)、硅灰石和工业废弃物中的一种或几种组合的混合物。基质一方面为植物和微生物生长提供介质，另一方面通过沉积、过滤和吸附等作用直接去除污染物。
防渗层: 防渗层是为了防止未经处理的污水通过渗透作用污染地下含水层而铺设的一层透水性差的物质。如果现场的土壤和黏土能够提供充足的防渗能力，那么压实这些土壤作湿地的衬里已经足够。
腐质层: 腐质层中主要物质就是湿地植物的落叶、枯枝、微生物及其他小动物的尸体。成熟的人工湿地可以形成致密的腐质层。
水体层: 水体在表面流动的过程就是污染物进行生物降解的过程，水体层的存在提供了鱼、虾、蟹等水生动物和水禽等的栖息场所。
二 人工湿地去除污染物机理
2.1 有机物的去除
人工湿地对有机物有较强的净化能力，污水中的不溶有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快被截留下来而被微生物利用；污水中的可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢过程而被分解去除。国内有关学者对人工湿地净化城市污水的研究表明，在进水浓度较低的情况下，人工湿地对bod5的去除率可达85%～95%，对cod的去除率可达80%，处理出水bod5的浓度在10mg/l左右，ss小于20mg/l。随着处理过程的不断进行，湿地床中的微生物相应地繁殖生长，通过对湿地床填料的定期更换及对湿地植物的收割而将新生的有机体从系统中去除。
2.2 氮的去除
湿地进水中的氮主要以有机氮和氨氮的形式存在，氨氮被湿地植物和微生物同化吸收，转化为有机体的一部分，可以通过定期收割植物使氮得以部分去除，有机氮经氨化作用矿化为氨氮，然后在有机碳源的条件下，经反硝化作用被还原成氮气，释放到大气中去，达到最终脱氮的目的。存在根系周围的氧化区（好氧区），缺氧区和还原区（厌氧区），以及不同微生物种群的生物氧化还原作用，为氮的去除提供了良好的条件。微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除中起着重要作用。
2.3 磷的去除
湿地对磷的去除是通过微生物的去除、植物的吸收和填料床的物理化学等几方面的协调作用共同完成的。污水中的无机磷一方面在植物的吸收和同化作用下，被合成为atp、dna和rna等有机成分，通过对植物的收割而将磷从系统中去除；另一方面，通过微生物对磷的正常同化吸收。此外，湿地床中填料对磷的吸收及填料与磷酸根离子的化学反应，对磷的去除亦有一定的作用。含有铁质和钙质的填料可与水中的po43-反应而形成沉淀而去除，含有这些物质的地下水渗入床体内也有利于磷的去除.磷的去除是通过植物吸收、微生物去除及物理化学作用而完成。
2.4 悬浮物的去除
进水的悬浮物的去除都在湿地进口处5—10m内完成，这主要是基质层填料、植物的根系和茎、腐殖层的过滤和阻截作用，所以悬浮物的去除率高低决定于污水与植物及填料的接触程度。平整的基质层底面及适宜的水力坡度能有效提高悬浮物的去除效率。
三 人工湿地处理技术的优缺点
人工湿地是一种由人工建造和监督控制的、与沼泽地类似的地面 ,它利用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。人工湿地在污水处理上具有高效率、低投资、低运转费、低维持技术、处理量灵活、低能耗、处理效果好等优点。
1、高效率
人工湿地的显著特点之一是其对有机物有较强的降解能力。有关人工湿地对二级污水处理厂出水试验的研究表明, 以二级污水处理厂出水作为原水的条件下,人工湿地对bod5的去除率可达85%—95%,cod去除率可达80%以上,处理出水中bod5的浓度在5mg/l左右,ss小于8mg/l。
我国大多数的二级污水处理厂出水中n、p的含量较高，湿地对n、p有很高去除率,可分别达到80%、90%以上。而传统的污水回用工艺对n、p的去除率仅能达到20%—40%。污水中的氮、磷可直接被湿地中的植物吸收,通过对植物的收割而从污水和湿地中去除,另外,氮还可通过湿地中微生物的硝化和反硝化作用去除,磷则通过微生物的积累和填料床的理化作用协同完成去除。此外，人工湿地对微量元素和病原体也有相当高的去除率。
2、低成本
据国外统计,一般湿地系统在污水处理方面的投资和运行费用仅为传统的二级污水厂的1/10—1/2。在污水处理方面，由于人工湿地工艺无需曝气、投加药剂和回流污泥,也没有剩余污泥产生,因而可大大节省运行费用,通常只消耗少量电能,用于提高进水水位(如果水位无需提升则无此项费用),处理费用一般仅为传统工艺的1/5到1/6左右。
由于人工湿地基本上不需要机电设备,故维护上只是清理渠道及管理作物,一般农民完全可以承担,只需个别专业人员定期检查。高昂的运行费用常常是我国开展污水回用的限制条件,而人工湿地则避免了这些缺点。
3、低能耗
水处理工艺的能耗不仅是经济问题,同时也是环境问题,因为耗能过程中产生的co2、so2等气体,还会污染大气环境。人工湿地基本上不耗能,运行成本低廉。
4、处理灵活
人工湿地可根据污水处理厂的规模，可大可小、就地利用；建设施工方便，需要的构筑物、处理设备少。
5、处理效果好
出水水质可以因植物池内填料的不同达到《地面水环境质量标准》(gb3838-88)ⅱ类至ⅴ类标准,处理后的水可用作饮用水水源和景观用水的湖泊、水库或河流中,亦可用作冲厕、洗车、灌溉、绿化及工业回用等。
6、美化环境
由于植物池内种植的是湿地植物,如果选择合适的植物品种如水竹、睡莲、美人蕉等，可以美化环境,改善地面景观。
缺点：
（1）占用土地面积相对其它传统工艺为大。
人工湿地“净水厂” 第3篇塔特兰地区水务局湿地项目经理Chris Zachry看着经过湿地净化后的水流入里奇兰德·钱伯斯水库。一棵死栎树矗立在费尔菲尔德市的湿地中，树上有几只水鸟。当人们通过三一河引水流入2000亩平原后，这些荒原就变为了人造湿地。
鹈鹕栖息在乔治·香农人造湿地中，这片湿地不但每天为当地水库提供6.5万加仑的净水，而且为野生动物提供了新的栖息地。
经过20多年的建设，美国得克萨斯州乔治·香农人造湿地终于在近日首次造福区域居民，每天数万加仑的工业或生活污水流入这片2000英亩的人造湿地，经过微生物和植物一周的过滤后，清澈、干净得可以作为饮用水取水水源的净水从湿地中流出，这不但解决了当地的持续干旱问题，而且为各种野生动物提供了新的栖息地。
廉价高效可复制的成功模式
当浑浊的污水缓缓流经位于美国得州拉达斯和休斯敦之间的“乔治·香农人造湿地”之时，湿地浅水塘中茂盛的植被细细地过滤出污水中的磷和硝酸盐，当这股污水在湿地中经过了一个星期的流淌和过滤后，它变成了一条清澈的溪流，注入当地饮用水取水区。
这块面积2000英亩的湿地位于美国得克萨斯州弗里斯通县费尔菲尔德市（Fairfield），如果没有它，那么每天将有6.5万加仑的污水流入墨西哥湾，而有了这个“污水净化厂”，这6.5万加仑经过处理的废水变成了干净的水，源源不断注入里奇兰德·钱伯斯水库（Richland-Chambers Reservoir）—一个为得州持续抗旱做出卓越贡献的工程。
这块湿地系统耗资仅7500万美元，其成本远低于建造一座传统的过滤型净水厂。《乔治·香农湿地水资源再利用计划》分阶段施工，今年夏天首次为区域用户带来实惠。若将湿地某些区域的植物梳理后，预计流量可增加到每天9万加仑。根据当地官员表示，通过该计划取得的水，每1000加仑的成本仅为传统净水方法的一半左右。这个湿地水源再利用计划可以被复制，第二个兴建计划预定在10年内完工。
乔治·香农人造湿地的良好效果已经引起各个城市决策者的兴趣，甚至是远在墨西哥城和巴格达的决策者。在巴格达，炸弹摧毁当地的水利基础设施。
此外，世界各地的气候学家都预测未来人类要面临更频繁且持续时间更长的干旱，而湿地系统能够大大降低水利公共事业的压力和人们对降水的依赖程度。
塔特兰地区水务局负责人、乔治·香农湿地的管理者大卫·马歇尔（David Marshall）指出：“对降水的依赖性终于开始回调，随着潜在的气候变化和长期干旱，我们的状况非常危险，而这些湿地能够为我们稳定而持续地提供大量的水。”
虽然《乔治·香农湿地水资源再利用计划》中所用到的技术早在几十年前就已经存在了，但直到最近才被证明是可靠且经济高效的。因此，这一创新实验项目进行了超过20年，才于最近终于获得成功，使得奇兰德·钱伯斯水库获得了之前没有的额外水源。
塔特兰地区水务局环保主任达雷尔·安德鲁斯（Darrel Andrews）指出，该计划首先是改造了三一河（Trinity River）水道—到今年7月份，终于使得大部分处理后的废水流入河流上游100英里的水道—那是一个大水池，使得污水中的泥沙等固体物沉淀。然后，这些水流经过去泛滥的2000亩平原中，平原变为了湿地，植被变得茂盛，长满了豚草、朴树等植物，湿地也成为了野生动物的新栖息地，白色的鹈鹕、木鹳随处可见，偶尔还有鳄鱼出没。沿途的微生物和植物过滤出水中的磷和硝酸盐，最终，净化后的水注入水库。
你能够想象吗？乔治·香农的湿地是建造在一片废弃的油田上的。该油田此前属于美国大型石油公司德士古公司。现在，它为当地水库提供了占其容量30%的供水—这造福了得州北部150万居民。
一旦建成将几乎无成本运营
虽然费尔菲尔德市建造这片人工湿地是为了应对气候变化和更频繁的干旱冲击，但在美国别的地方，人们正逐渐倾向于利用湿地解决其他问题。
例如，在美国伊利诺斯州布卢明顿市，人们利用人造湿地来解决水的质量问题而非数量问题。当地社区长期以来一直致力于降低其公共饮用水源的硝酸盐含量。因此，他们转去与农场主合作，因为农业用化肥正是硝酸盐问题的根源。
约翰·富兰克林一家自1848年起就一直经营着位于莱克星顿的一个面积约1200亩的小型农业社区，那里距离芝加哥南部大约两小时车程，富兰克林家的耕地就坐落在布卢明顿市的水库上游。
那片土地原本都是沼泽和湿地，不太适宜耕种。而富兰克林家的祖先和当地其他居民发现，要想开发利用土地，唯一途径就是迅速排出多余的水分。
曾经的沼泽和湿地变为了可种植玉米和大豆等作物的农田，经过超过一个世纪的耕种，当地的土壤和溪水中，硝酸盐含量极高，成为了没有生物可生存的死区。布卢明顿市也在市政饮用水供应中检测出了硝酸盐。而硝酸盐含量高到一定程度将导致婴儿供氧不足。
于是，布卢明顿市水净化项目的管理者里克·维特（Rick Twait）决定把工作重点放在7.2万英亩的水库上游流域上。该流域的水源源不断注入布卢明顿市现在的两个饮用水取水库。市政府与大自然保护协会、伊利诺斯州州立大学以及其他机构携手在上游农业区域建造多个面积不同的人工湿地。
而负责研究这项水利工程的生态学家玛丽亚·莱姆克（Maria Lemke）指出，当前的目标是减少50%的硝酸盐含量。而到了10年后，这个数字将变得鼓舞人心，整片农业区只有约2.6%到3%的面积需要湿地实施有效过滤了。
富兰克林家目前已经获得了来自联邦政府的资金，用以把农场的一部分变为人工湿地。
“我必须这么做，我们都在同一片流域上，我们在上游所做的一切都将影响到下游的每一个人。”约翰·富兰克林说道。
随着玉米和大豆价格创纪录地下跌，已经很难有人愿意拿出更多的土地来种植这两种农作物了。但里克·维特指出，这恰好是个机会，可趁机建立足够多的湿地，那么布卢明顿市就将拥有全天然的净水厂了，而且不需要额外的电力来维持运行，只需要少数人手管理即可。
浅谈人工湿地 第4篇关键词：人工湿地,污染物,去除机理,温度
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。南水北调工程是解决我国北方地区水资源严重短缺问题的特大基础设施项目,其中东线第一期工程入山东南四湖,该工程已于2002年经国务院批准开工建设。东线工程存在的主要问题是水质污染,主要影响区域为山东省济宁、枣庄、菏泽等9个地级市。
为了保证调水水质,山东省在治污方面采取了以下措施:1)加大污染源的治理力度;2)开展小流域控制,实施截污导流,逐步实现污水资源化;3)采取生态修复与湿地净化措施,在南水北调途经的南四湖、东平湖沿湖河口建设芦苇湿地系统,削减污染负荷。为了既要满足南水北调水质,又要尽量节约资金,必须通过人工湿地的试验。经过考察研究,2003年山东省环保局与济宁市政府联合在济宁市污水处理厂建立了人工湿地试验基地,用现场试验的方法探讨芦苇湿地对COD、氮、磷等污染物的降解作用。
1 人工湿地的定义及分类
1.1 人工湿地的定义
用人工湿地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,它是为污水处理而人为的在一定长宽比河底面坡度的洼地上用土壤和填料混合组成填料床,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。
1.2 人工湿地的分类
根据湿地中主要植物形式湿地可分为: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试验室研究阶段,其主要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效率。挺水植物系统根据废水流经的方式,可分为表面湿地(SFW)、潜流湿地(SS-FW)、立式湿地(VFW)。
2 各种污染物的去除机理
2.1 有机物的去除
生物代谢是湿地系统去除有机物的基本过程。水体中的各种微生物将消耗掉可溶性有机废物。在土壤和沉积物(有机物)层,有机物被土壤吸附,然后被微生物氧化为稳定的终产物,有CO2,H2O,NH3,NO3-,NO2-,N2等小分子和离子。降解后的CO2,N2释放到空气中,NH3,NO3--N,NO2--N能被湿地植物(芦苇、香蒲)吸收,湿地对有机物具有很高的去除效率。芦苇的地下茎长有须根,地面以上(水中)也长有须根,这些须根可吸收营养物质。
2.2 氮的去除
人工湿地对氮的去除主要靠氨化、硝化和反硝化作用。污水中的氮分为有机氮和无机氮,有机氮在微生物作用下被分解为氨氮,无机氮又分为氨氮和硝酸盐氮、亚硝酸盐氮。氮去除的基本机制是微生物所进行的硝化和反硝化过程。氮的去除率与硝化菌和反硝化菌的数量有极显著的相关性,说明氮的去除主要是硝化菌和反硝化菌的作用。硝化作用是在好氧菌的作用下先由亚硝酸菌将氨氮氧化成NO2-,再由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为NO3-。反硝化是在无氧条件下进行,由反硝化菌利用硝酸盐中的氧进行呼吸,氧化分解有机物,将硝酸氮还原为N2和N2O,逸出系统。但在某些系统中,由于被填料截留的含氮有机物在湿地床的厌氧环境下发生分解,也可能使出水的氨氮浓度不降反增。
2.3 磷的去除
人工湿地对磷的吸收一般是通过植物的吸收、底泥的吸附、微生物的固定以及在升高的pH条件下磷酸盐的沉淀析出等。但是研究表明植物的吸收只占很少一部分,主要是微生物的吸收。
3 系统设计
本试验既要能在一定程度上反映大面积湿地对污水的净化效果,又要考虑试验资金的节约。确定湿地试验占地面积约为1 500 m2。湿地进水使用污水厂二级出水,属于深度处理,分为1号、2号两个系统,两个系统并联构成人工湿地两段处理工艺运行方式。
4 试验结果
4.1 试验数据
需监测的项目有:COD,BOD,TP,NH4+-N。取样点为:进水、1号出水、2号出水(见表1～表4)。
4.2 试验结论
1)温度在人工湿地系统中对去除污染物有重要影响。5月～9月份这个阶段水温较高,是植物生长最为旺盛的时期,湿地系统对污染物的降解作用最为明显,去除率最高。其中,6,7月份正处于雨季,影响污水处理效果,处理效率略低。2)冬季人工湿地处理污水的效能大大减弱,处理效果明显低于植物生长时期的处理效果,特别是氨氮的释放,导致出水指标高于进水指标。
5 投资效益
采用人工湿地,既能改善水环境,带来社会效益,所种植的植物也能带来经济效益,还能改善环境,带来环境效益。所以采用人工湿地的方法是比较可行的。
参考文献
[1]刘萍莲,高富丽,杨云龙.城市污水脱氮除磷技术与展望[J].山西建筑,2007,33(6):179-180.
芦苇人工湿地处理污水 第5篇摘要: 本文叙述了芦苇人工湿地污水处理技术的分类、特点及其在国内外的研究与应用进展。介绍了复合式芦苇湿地、新型芦苇床填料等相关的新技术，具体讲述了利用芦苇人工湿地处理城镇和农村生活污水。
关 键 词：
芦苇；人工湿地；城镇污水处理；农村污水处理
一、芦苇人工湿地的起源与发展
1953 年，德国的Dr.Kathe Seidel 在其研究工作中发现芦苇能去除大量有机和无机物。Dr.Seidel 通过进一步实验发现一些污水中的细菌在通过种植的芦苇时消失(大肠菌、肠球菌、沙门氏菌)，实验还表明芦苇能从水中去除重金属和碳水化合物。1974 年德国建成了第一个芦苇人工湿地。上个世纪八、九十年代芦苇人工湿地在世界上许多国家得到快速发展，已有数百座芦苇人工湿地系统投入使用。芦苇已是国际上公认的人工湿地处理污水的首选植物。目前世界各国正投入大量人力和物力研究、应用芦苇湿地，并不断改进芦苇人工湿地技术。
二、芦苇人工湿地组成
（一）、主要成分
1、具有各种透水性的基质(如土壤、砂、砾石)，基质为植物提供物理支持，为各种复杂离子、化合物提供反应界面，为微生物提供附着。
2、适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物芦苇，对污水中污染物质的吸收利用、吸附和富集作用。
3、生物种群，对污水中污染物质的吸收利用、吸附和富集作用。
（二）主要植物形式
人工湿地根据湿地中主要植物形式可分为：浮生植物系统；挺水植物系统；沉水植物系统。浮水植物主要用于N、P 去除和提高传统稳定塘效率。沉水植物系统还处于实验室阶段，其主要应用领域为初级处理和二级处理后的精处理。目前一般所指的人工湿地系统都是指挺水植物系统，挺水植物中芦苇应用最为广泛。
（三）主要工艺流程形式
芦苇人工湿地系统一般作为二级生物处理工艺应用，工艺流程有多种形式，其中常用的有4种(见图1)：推流式、阶梯进水式、回流式和综合式。
可向地下部分输氧，根和根状茎向基质中输氧,因此可向根际中好氧和兼氧微生物提供良好环境。芦苇的根可松动土壤，死后可留下相互连通的孔道和有机物。无论土壤最初的孔隙率如何，芦苇可稳定根际的导水性相当于粗砂2～5 年。
四、人工芦苇湿地处理城市生活污水
（一）芦苇生长未受不良的影响
由于城市污水含有芦苇生长的氮磷等营养物质,为芦苇的生长提供了良好的肥源，使芦苇增产10.4 %，同时第2 年的后效观察芦苇仍然生长良好，比对照增产14.3 %。
（二）芦苇具有较强的净化作用
由于芦苇湿地系统对污水中的有害物质有较强的去除作用，处理后的水质分别达到GB8978 —1996 第二类污染物最高允许排放浓度的Ⅰ、Ⅱ、Ⅰ级标准。并且各物质的去除效果随芦苇生育期、负荷量和温度的变化而变化，但BOD5 未受影响。这主要是由于污水在芦苇湿地系统中通过物理沉淀、过滤、吸附、芦苇根系的吸收和土壤微生物的综合作用而去除。
（三）灌溉城市污水对土壤未造成不良的影响
污水处理后，土壤营养成分的增加起到了培肥土壤和促进芦苇生长的作用，说明城市污水是一种良好的富营养的淡水资源，同时通过芦苇的吸收作用，使土壤中盐离子减少，降低了土壤的碱化度。
（四）栽培芦苇净化污水具有广泛的应用前景 城市污水是一种肥水，可为芦苇的生长提供水肥资源,促进芦苇的生长发育，提高芦苇产量，为造纸工业提供原材料产生经济效益。同时又使污水得以最佳的综合利用，缓解因淡水不足对芦苇生长的影响，彻底消除了水污染，达到环境效益和社会效益的统一，为经济的发展创造了新的增长点。因此，推广芦苇湿地生态系统处理城市污水，开发水资源，是实现污水处理无害化、资源化的重要途径，是解决水资源短缺的重要技术措施。
五、人工芦苇湿地处理农村生活污水
（一）农村生活污水来源
农村生活污水是广大村镇地区面源污染的重要来源。农村地区的生活污水量少、分散、远离排污管网，污水一般不经任何处理直接排入河流湖泊。由于农村地区水环境容量小，长期使用化肥使生活污水中氮磷含量高，加剧了水环境的污染，引起了严重的水体富营养化现象。农村生活污水的处理已经成为控制面源污染急待解决的问题。目前，对化肥废水的处理是控制水体富营养化的重要手段，芦苇人工湿地对化肥废水的处理效果较好，而且投资小，并具有显著的生态环境效益，尤其适合于农村面源污染控制的特点，适合我国国情和广大农村地区水环境污染状况。
由于大量农药化肥的使用和农村生活污水的无序排放，目前农村很多河流和湖泊都出现了不同程度的水质恶化，有些水体已出现明显的富营养化。解决好面源污染为主的农村污水处理问题是当前建设新农村的一项重要任务，寻找一种经济可行的农村污水处理工艺是急待解决的问题。0
八、芦苇人工湿地应用前景
（一）国外现状
在欧洲等发达国家，每个国家都有几百个人工湿地系统在运行，美国在1988 年至1993 年间就建起了几百个人工湿地系统，绝大多数系统种植有芦苇，发展速度比较快。
（二）我国现状
从1987 年天津环保所建成我国第一个占地6hm2，处理规模为1 400 m3/ d 芦苇人工湿地起，迄今在我国北京、南京、深圳、成都、沈阳、杭州等地从南到北，已有不少城市建立了芦苇人工湿地污水处理系统。这些系统运行以来，产生了良好的经济和社会效益，为我国环境保护做出了贡献。相比国外而言，芦苇人工湿地在我国的发展速度比较慢。
芦苇人工湿地投资少，出水水质好，操作简单，维护和运行费用低廉、有很好的经济价值，芦苇在我国又普遍适应生长。在我们这样地域辽阔、经济、技术发展水平不高、能源短缺的国家，研究并大力推广芦苇人工湿地污水处理技术具有非常重要的意义。芦苇人工湿地污水处理技术使人们向污水处理的终极追求目标逼近，芦苇人工湿地污水处理技术在我国必然有极其广阔的应用前景。
人工湿地及其影响因素简述 第6篇湿地指天然或人工形成的沼泽地等带有静止或流动水体的成片浅水区, 还包括在低潮时水深不超过6米的水域。人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面, 将污水有控制的投配到人工湿地上, 污水在沿一定方向流动的过程中, 通过土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用, 可以实现对污水进行处理的目的。
人工湿地处理系统不仅运行管理方便、脱氮除磷效果好、出水水质好, 而且具有一定的景观效应, 在农村污水处理中具有广阔的前景。
1 人工湿地处理系统的构成
填料、植物、微生物 (细菌、真菌) 和动物是构成人工湿地系统的主要组成部分。
填料也成基质, 一般由土壤、细沙、粗沙、砾石、碎瓦片或灰渣等构成。填料不仅是植物和微生物的生长介质, 还可以通过吸附、过滤和沉淀作用直接去除污染物。
湿地中生长的植物包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。植物的存在可以固定床体表面、提供良好的过滤条件、防治湿地被淤泥阻塞、为微生物提供良好根区环境[1]。
微生物是人工湿地净化污水不可或缺的重要组成部分。人工湿地中的微生物主要去除污水中的有机物质和氨氮, 某些难降解的有机物质和有毒物质可以通过微生物自身的变异, 达到吸收和分解这些有机物质和有毒物质的目的。
2 人工湿地的类型
按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式的不同, 一般可将人工湿地分为4种类型:自由表面流、水平潜流、垂直潜流和潮汐潜流湿地[2]。
3 人工湿地影响因素
3.1 植物对湿地系统的影响
人工湿地系统中常用的植物有芦苇、灯芯草、香蒲、香根草等。不同植物种类和植物量对湿地系统的处理效果有较大影响。王永秀等[3]的研究表明芦苇、象草、风车草、再力花、香根草对COD、TP的综合去除能力逐渐减弱。陈俊宏等[4]的研究表明美人蕉对总磷和氨氮的去除率明显高于其他实验植物。暨南大学石磊等人对湿地系统植物量对水质的净化效果进行了研究, 发现各种植物的处理效果与植物量呈现明显的正相关。不同种类的植物, 对COD、BOD5、TN、NH4-N的去除率与生物量年产率呈明显的正相关。芦苇分布广泛, 我国大部分地区都可种植, 植株高大, 生物量和生物量年产率高, 对COD、BOD5、TN、NH4-N去除率高, 强大的根系可以防治湿地水土流水。成片的芦苇荡开花季节有较高的欣赏价值, 收割的芦苇是优良的造纸原料, 是一种优良的人工湿地植物。
3.2 基质对湿地系统的影响
基质是人工湿地系统中重要组成部分, 不仅为植物的生长提供依托, 还是微生物生长繁殖的重要载体。基质的空隙还是氧气存在的空间, 为微生物和植物的根系呼吸提供氧气。Vacca等的研究表明, 人工湿地对有机物起去除作用的主要是基质中的微生物, 而基质中硝化菌、反硝化菌的代谢作用是人工湿地去除氮的主要途径。不同基质对污水的处理效果具有显著影响。目前常用的基质材料有煤渣、沸石、草炭、蛭石、页岩、砂和各种土壤等以及不同基质的组合, 各种常用的基质及其对污水的处理效果比较见表1。
土壤, 是由一层层厚度各异的矿物质成分所组成大自然主体, 广泛存在于地壳上。土壤中富含的有机质和植物所需矿物元素, 可以为植物的生长提供充足的营养。疏松的土壤微粒组合起来, 形成充满间隙的土壤的形式, 空隙间充满水和空气, 为植物和微生物的呼吸提供氧气。根据土壤颗粒的大小和土壤的疏松程度, 土壤表现出不同的形态, 对植物和微生物的生长的影响也不尽相同。当土壤基质Eh=-200 m V, 湿地对NH4+-N和TN去除效果较好;Eh=200m V, 有利于TP和COD的去除。粉砂质土壤对NH4+-N和COD有较好的去除效果;黏土对TN和TP去除率更高。
从表1中可以看出, 不同的基质对于污水的处理效果影响较大, NH4+-N和TP的去除率在30%~90%之间变动。同一基质对所有污染物的去除效率不能同时达到最大值。
3.3 蚯蚓对湿地系统的影响
蚯蚓是对环节动物门寡毛纲类动物的通称。蚯蚓的运动和排泄物对改善土壤的质量非常有益, 可使土壤的透气性保持良好, 增加土壤有机质并改善结构, 还能促进酸性或碱性土壤变为中性土壤, 增加磷等速效成分, 使土壤保持健康状态。一只健康的蚯蚓每年能翻转一英亩中的20~40t泥土。蚯蚓作为分解者引入人工湿地系统, 可以丰富湿地食物网, 延长食物链, 提高人工湿地的净化能力。
徐德福等的研究表明蚯蚓的引入对植物的净光合和蒸腾作用有较大影响, 对芦苇的影响尤为明显, 净光合作用提高了81.4%, 蒸发、蒸腾量增加了92.1%。蚯蚓加入后对COD的去除效果影响最为明显, 最高达79.6%, 对NH4+-N、TN、TP的去除效率也有所提高, 分别为6.6%、6.8%、4.6%[9]。
蚯蚓通过对有机质的消化分解, 改善了微生物的生活环境, 增加了微生物的数量。蚯蚓人工湿地细菌数量比对照组高出1.4~2.1倍, 氨化细菌高出1.2~2.7倍[10]。蚯蚓通过对植物根系生长的促进和细菌数量增加, 也增加了基质中脲酶的数量。有研究表明, 脲酶活性和氮的去除率有较明显的正相关性。
3.4 温度对湿地系统的影响
温度对湿地系统的影响主要有两方面, 一是对植物的影响, 一是对微生物的影响。
温度对植物的影响不仅表现在对植物总量的影响, 还能决定湿地的优势物种。湿地系统氮的去除主要依靠硝化细菌和反硝化细菌的作用。温度对硝化细菌和反硝化细菌的生长繁殖和活性都有较大影响。硝化反应在10℃以下就会受抑制, 在6℃以下速率急剧下降[11], 在4℃以下基本停止[12]。反硝化反应速率在15℃以下急剧下降[13]。当温度低于4℃时, 生物处理废水的效率接近于零[14]。对于我国北方地区, 冬季气温可以达到零度以下, 植物地上部分死亡, 微生物活动基本停止, 污水处理效率急剧下降。需采取措施才能保证湿地系统正常运行。
3.5 负荷对湿地系统的影响
负荷是影响人工湿地系统处理能力的首要因素, 是集中反映人工湿地工作性能的重要参数。负荷分为水利负荷和污染负荷。
污水中的各种污染物质是污水处理中要去除的对象, 也是湿地中植物和微生物的营养来源。一般来说, 适当的污染负荷才能保证人工湿地系统的正常运行, 进水中过高或过低的污染负荷均会降低其处理效率。过高的污染负荷还可能造成基质的堵塞和影响植物的生长。研究发现一定范围内, TN、NH4-N及TP的去除率一般随着进水浓度的增加而增加;而COD、BOD及SS去除率随着进水浓度的下降而逐渐下降。
水力负荷是影响人工湿地系统处理效率的另一个重要因素。过低的水力负荷, 人工湿地系统的处理能力得不到充分利用, 造成资源的浪费;过高的水力负荷则会对湿地造成冲击, 降低湿地的处理效率, 造成污水排放超标, 严重的还会造成湿地系统的崩溃。
4 展望
人工湿地植物研究现状与展望 第7篇人工湿地之所以成为当前研究的热点,一方面是由于它具有低能耗,低成本,运行费用少和操作简便等优势;另一方面是由于它具有独特的净化机理和功能;再者它的实用性非常广,现已被广泛地用于处理生活污水、城乡景观水、养殖废水、农业径流、工业废水、垃圾渗滤液等[1]。实践证明它是一种简便有效的生态工程型污水处理技术,具有广阔的应用前景。植物是人工湿地系统的重要组成部分[2],在其中起着非常重要的作用。本文在大量检索国内外相关文献的基础上,对人工湿地植物的去污机理、去污作用、影响因素和国内外的研究现状等作了综述,并对人工湿地植物研究的方向作了展望。
1 人工湿地植物的研究
1.1 人工湿地植物的选择
湿地中存在众多种类的水生植物,通常称之为湿地植物,按照其形态和生活习性可分为:挺水植物(emergent plant);漂浮植物(free-drifting plant);浮叶植物(floatingleaved plant);沉水植物(submergent plant)。国外最常用的植物种类是芦苇(Phragmites conmunis)、香蒲(Typha angustifolia)和灯心草(Juncus effusus)[4,5,10],此外凤眼莲(Eichomia crassipes)、黑三棱(Sparganium stoloniferum)、水葱(Scirpus validu)等植物也比较常用。国内湿地植物种类的应用主要借鉴了国外的经验,最常用的植物种类与国外基本一致,同时国内还采用的植物有香根草(Vetiveria zizanioaes)、菱白(Zizania latifolia)、苔草(Carex tristachya)、大米草(Spartina anglica Hubb.)、小叶浮萍(Lemna minor Linn.)、菹草(Potamogeton crispus)、池杉(Taxodium ascendens. Brongn)、美人蕉(Canna generalis)、水仙(Narcissus tazetta L.var.chinensis Roem.)、慈姑(Sagittaria trifolia)等[5]。目前,国内外选用的人工湿地植物均是以水生植物类型为主,尤其是挺水植物。
一般在选择人工湿地植物时要遵循以下原则[4,5]:①耐污净化能力强;②抗逆性强(抗冻、抗热、抗病虫害能力强);③根系发达适应性强;④经济和观赏综合利用价值高;⑤利于物种间的合理搭配;⑥易于管理。
1.2 人工湿地植物的除污机理和作用
湿地植物作为人工湿地系统主要组分之一,其净化机理主要表现在如下3个方面:①直接吸收利用污水中的营养物质,富集污水中的重金属等有毒有害物质;②输送氧气到根区,提供根区微生物生长、繁殖和降解反应对氧的需求;③增强和维持介质的水力传输能力。
1.2.1 吸收、吸附和富集作用
湿地植物在生长发育的过程中,所必需的N、P等营养元素都是从水中直接吸收的,经过一系列同化和异化作用而被转化成植物体内的组分,最后通过植物的收割而从人工湿地系统中去除。成水平等研究了种有香蒲和灯心草的人工湿地对城镇污水和人工污染物的净化效果,发现种有香蒲和灯心草的基质中的N、P含量比无植物的对照组中的含量低18%～28%和20%～31%,可见植物吸收了水中部分的氮、磷物质[6,7]。蒋跃平等研究了湿地植物对观赏水中N、P去除的贡献,发现植物的N、P积累量分别为2.10～24.48 g/m2和0.23～1.95 g/m2,植物吸收对N、P去除的贡献率分别为46.8%和51.0%,说明植物对N、P有明显的吸收作用[8]。张雨葵等发现植物对TN和NH+4-N有较好的去除效果,其平均去除率分别为12.7%和5.2%,并且去除能力还有很大的提升空间[9]。
水生植物还能吸附、富集一些有毒害的物质(主要是通过质体流作用和扩散作用向植物根部迁移而被吸收),如重金属铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)等,一般认为其吸收能力为沉水植物>漂浮植物>挺水植物,不同植物以及同一植物的不同部位浓缩作用也不同,一般为根>茎>叶,各器官的累积系数随污染水浓度的上升而下降[10]。但研究表明植物积累重金属的量是有限的,主要通过基质积累和清基被去除。P.A. Mays等认为植物能去除Mn、Zn、Cu、Ni、B和Cr等重金属,但积聚的量在人工湿地每年去除的总量中所占的比例很小[11]。Wolfgang G rosse等发现重金属主要累积在风车草(Cyperus alternifolius)的侧根部位,大约1/3的Cu和Mn被吸收,而Zn、Cd、Al和Pb分别为5%、6%、13%和14%,并且表层土壤中重金属含量最高 [12]。
1.2.2 为微生物生长繁殖和降解反应供氧
人工湿地植物能将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区,在植物根区的还原态介质中形成氧态的微环境,这种有氧和缺氧区域的共同作用为根区的好氧、缺氧和厌氧微生物提供了各自适宜的小环境,使不同的微生物各得其所,发挥相辅相成的作用[13,14]。Angela等证明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地球化学循环过程[15]。氨氮去除率的差异主要受系统中硝化和溶解氧的限制,氧气充足的条件下有利于硝化菌群的生长繁殖,进而促进氨氮的去除,而缺氧和厌氧条件下硝化细菌的生长受到限制[16]。崔玉波等研究表明由于植物根系的输氧性,在根系附近可形成微氧环境,同时靠近表层,可能受到大气复氧的影响,从而刺激了好氧微生物的生长[17]。植物根区周围存在的好氧条件,能够富集生长硝化细菌等微生物,发生硝化反应,把NH3-N转化为NO3-N[18]。植物为微生物的生长、繁殖和降解反应输送氧气,并且能够为微生物提供栖息地,这些作用都有利于污染物的降解。
1.2.3 增强和维持水体的水力传输
植物根系是影响水力特征的主要因素,根系对介质的穿透作用、根系横向和纵向的扩张作用,在介质中形成许多微小的间隙,增强了介质的疏松度,使介质的水力传输作用得到增强[5]。张雨葵研究表明潜流和垂直流湿地植物都对水流流态有明显影响,增大了水流传输路径,延长了水力停留时间[19],在一定程度上增强了净化效果。成水平等对香蒲、灯心草人工湿地作了试验研究,发现经污水处理4个多月以后,无植物的对照组土壤板结,发生淤积,而种有灯心草和香蒲的人工湿地,尽管香蒲地上部分已经死亡,但由于根的存在,水力传输好,渗透性能好,污水能很快地渗入介质,处理效果十分明显[6]。即使较板结的土壤,在种植植物2～5年后,经过植物根系的穿透作用,其水传输能力可与沙石、碎石相当[5]。另外,植物的根系腐烂后,剩下许多的空隙和通道,增强了土壤的通透性,也有利于土壤水力传输。
此外,人工湿地系统中植物的作用还包括:维持系统的稳定[20];释放促进生物化学反应的酶和影响酶的分布[21];湿地植物的抑藻作用[10];湿地植物的景观效应[10];经济和生态价值[5]等。
1.3 植物去污作用的影响因素
人工湿地中植物的去污作用受到各种因素的影响,归纳为如下几个方面:①进水浓度。笔者认为进口污水浓度的大小将直接关系到湿地植物的去污作用,浓度过大、过小都将对去污作用产生负面影响,浓度过大会使植物死亡,浓度小将不利于植物摄取养分的需求。②水力负荷。水分的适量供给,即水力负荷的及时调整是保证湿地植物正常发挥作用的重要因素[22]。③水力停留时间(HRT)。HRT的长短将直接影响着植物的去污效果,詹德昊等研究表明水力停留时间延长,极易造成严重滞水,阻碍空气进入基质层,造成好氧微生物活性下降,影响污水处理效果[24]。④温度。气候主要影响植物的生长,在适宜的温度条件下,湿地植物生长良好,对污染物的去除效率高[22]。⑤湿地水体pH。主要影响植物的生长,长期偏离可以忍受的pH时植物的生长会受到抑制甚至枯萎死亡。而许多微生物在4.0<pH<9.5的范围之外就无法生存,反硝化细菌一般适于的pH为6.5～7.5,硝化细菌则喜欢pH≥7.2的环境[23]。⑥植物种类。不同湿地植物的净化能力有一定的差异,主要原因在于不同的植物根系发达水平不同[22]。其他如水位变化、季节等因素都能影响湿地植物的去污作用,但有关报道很少。
2 国内外研究进展
2.1 国外研究现状
国外对人工湿地的研究起步较早,可以追溯到1903年英国约克郡建造的世界上第一个用于处理污水的人工湿地——Earby。而对人工湿地植物专项的报道多见于20世纪90年代,Chris C. Tanner对人工湿地中种植的8种植物的生长状况和养分摄取能力作了对比,有大水莞(Schoenoplectus supinus),芦苇(Phragmites australis),水甜茅(Glyceria maxima),灯心草(Juncus effusus)等8种植物,研究发现种有不同植物的人工湿地试验单元对TSS、COD、TP和TN的去除率不同,平均去除率分别为76%～88%、 77%～91%、79%～93%、65%～92%。另外对比了生产能力、养分摄取、根区通气潜能和生活特性等[25]。D.T. Hill等研究了氨对人工湿地中5种植物慈姑(arrowhead)、芦苇(common-reed)、藨草(Scirpus acutus)、香蒲(cattail)、普通灯心草(common rush)生物量产量的影响,结果表明只有藨草(Scirpus acutus)受影响,其他植物不受氨浓度的影响,并且不同植物的生物量产量有显著性差异[26]。D.T. Hill等还研究了植物覆盖率对人工湿地水温的影响,发现无植被验单元里的的水温显然要高于有植被的,气温的变化量也要比有植被的大[27]。进入21世纪,有关人工湿地植物的专项报道越来越多。U. Stottmeister等研究了人工湿地在处理废水时植物和微生物的作用,对根部氧气的摄入、养分摄取和直接降解污染物时植物和微生物所扮演的角色作了深入的研究[28]。Ann-Karina等通过研究发现人工湿地中输出的氮有很大一部分(40%)与来自已衰老的植物群落里的有机和无机氮有关联[29]。Pantip Klomjek等研究了在含盐环境下生长的8种人工湿地植物,有香蒲(cattail)、管茅(sedge)、水草(water grass)、亚洲杂草(Asia crabgrass)、盐碱地网茅(salt meadow cordgrass)、格勒力草(kaller grass)、香根草(Vetiver grass)、亚马逊草(Amazon),发现香蒲长势不好,但它是去除营养物质的最佳植物,而亚洲杂草对BOD5的去除率最好[30]。Cristina等研究了人工湿地5种植物在不同水力负荷条件下对皮革厂废水的净化作用,入口处有机负荷的变化范围在332～1 602 kg/(hm2·d)时COD的去除率范围为41%～73%,有机负荷在218～780 kg/(hm2·d)时BOD5的去除率为41%～58%,对营养物的去除效果不好,试验结果表明只有芦苇(Phragmites australis)和宽叶香蒲(Typha latifolia)是处理皮革厂废水的适宜植物[31]。Antonio等对西亚2个不同人工湿地里的不同植物的长势和生物量作了研究,发现横向潜流型人工湿地(H-SSF)和垂直潜流型人工湿地(V-SSF)中同种植物的长势和生物量也不相同,但是从去除污水的总体效益来看,人工湿地具有替代传统污水处理技术的潜力[32]。总之,国外对人工湿地植物的研究主要集中在去除机理[28,34,35]、去污效果[36]、影响因素[27,33,37]和植物类型[25,26,30,35]等几个方面。
2.2 国内研究现状
我国自“七五”时开始了人工湿地的研究,但对人工湿地植物的专项报道多见于上世纪90年代后期,主要是去污机理、去污效果、影响因素、植物筛选等几个方面的内容。徐大勇[38]、张媛洪[39]、剑明[21]等进一步研究了人工湿地植物的去污机理,突出了微生物在其中的作用。黄娟[40]、王玉彬[41]、祝宇慧[42]等研究了植物对不同类型污水的去污效果,其中黄娟在试验中发现芦苇、美人蕉脱氮效果最佳。近期对人工湿地植物的筛选研究最多,其代表有祝宇慧[42]、杨苛[43]、马安娜[44]、王磊[45]、王庆海[46]等,这时期人工湿地植物不再简单地通过外观和经验来判断选取,而是通过实验来确定,把人工湿地植物的筛选方法上升到一个科学的高度,不仅说服力增强,而且使得筛选出来的植物更能适应实际的需要。而王磊、王庆海等开创性地开展了北方地区人工湿地植物筛选的研究,北方地区气候特殊,决定了植物要有很强的抗寒性能,该研究对人工湿地在北方地区的推广应用有重要的现实意义。国内对人工湿地植物影响因素的研究较少,徐光来等总结了水力负荷、温度和植物种类3个影响因素[22],还有待进一步完善。另外,王雷等对人工湿地植物的群落结构作了初步研究[47],王磊等对人工湿地植物的合理配置技术作了初步研究[48]。宋英伟等通过对人工湿地中基质与植物对污染物去除效率影响的研究,验证了植物在人工湿地去除污染物中的重要作用,并且发现茭白单一植物与鸢尾(Iris pseudacorus)+菖蒲(Acorus calamus)联合植物对污染物去除率的差异不大[49]。时应征等通过研究表明,石龙芮(Ranunculus sceleratus Linn.)和酸模(Rumex acetosa Linn.)2种非夏季植物作为人工湿地植物具有可行性,拓宽了湿地植物的范围,并且发现植物联合使用对污水有更高的去除率[50]。
3 展 望
综上所述,国内外对人工湿地系统中的植物开展了较为广泛的专项研究,但由于各种因素的作用使得人工湿地植物的整体净化效果受到影响,还有很多问题有待进一步深入,特别是在我国人工湿地的研究起步较晚,因此有关湿地植物的研究还需不断深入和探索,今后应开展以下几方面的研究:
(1)进一步深入开展人工湿地植物去污机理的研究。特别是要继续加大对人工湿地生境条件下植物的生理生态研究,尤其在不同水质条件下植物对逆境的影响机制、植物的抗逆性方面的研究[38]。
(2)有关人工湿地植物的研究还存在许多争议和不规范的地方。如名称规范、种植密度、种植季节、规格标注、种植土、常水位和水深适应性等,要加大研究力度以使各参数规范,为人工湿地的实际应用提供数据支持。
(3)湿地植物的联用比单一植物对污染物有更好的去除率,但也有一些组合不明显[49],所以要进一步开展对植物联用的实验研究,筛选出不同植物的最佳组合;应进一步开展不同地区适生物种的研究,特别要注意筛选出北方寒冷地区的适生植物类型。
(4)植物根系在人工湿地系统中起到非常重要的作用,能够改善土壤微环境,主要是由于根系对根际微生物、酶系统产生影响,从而影响人工湿地污水处理的效果。但很多时候植物根系的生长发育受到限制,常出现烂根的情况,应开展有利于根系进一步向深处扩展的条件的研究。
(5)人工湿地中植物-基质-微生物是一个相互作用的整体,虽然各组分起到不同的作用,但又互相关联,相互影响,应加大对这3部分除污机理相关性的研究,鉴于研究微生物去污机理的较少,应加大研究的力度。
(6)不同植物的根际土壤细菌群落组成具有很高的相似性[51],但影响其组成的因素不太清楚,有待进一步深入研究。
(7)同类型湿地植物的净化机理很类似[52],但研究多局限于同种类型植物间的对比,少有针对不同类型植物处理同种类型水体的研究,应开展这方面的研究。
(8)目前对人工湿地植物的研究多局限在实验室的小试规模,工程实践应用的实例少,缺乏理论与实际工程的结合,应开展这方面的研究。
人工湿地处理生活污水研究 第8篇与传统的污水处理技术相比较,人工湿地污水处理技术具有投资少、能耗低、操作维护简单、具有景观价值等优势。然而,我国人工湿地技术研究还处在初级阶段,污水处理技术还存在诸多问题有待进一步深入研究,如污染物去除机理的研究、去除效果的改善和运行管理、植物在人工湿地中的生长及净化效果以及人工湿地基质的选择等。本研究针对人工湿地自身特点,研究其生活污水中有机物、BOD、氮素、磷素等的去除机理,并通过人工湿地基质种类和植物的不同来探索提高复合人工湿地对污染物的去除效果,进而推广该类型湿地的应用,具有重要的现实意义。
1 实验材料与方法
1. 1 湿地装置
人工湿地试验装置分为2 套,一套为全湿人工湿地,另一套为半湿人工湿地。全湿人工湿地采用防渗板作为材料,长180 cm,宽40 cm,高40 cm,等分为六格,每格用隔板隔开( 图1) 。在装置底部填充直径为3 ~ 5 cm的改良人工基质,中部放基质包,上部再填充直径为1 ~ 2 cm的改良人工基质( 图2) 。半湿人工湿地采用塑料袋作为基质包材料,塑料袋下部填充直径为1 ~ 2 cm的粘土和改良人工基质,上部填充改良人工基质,每隔30 cm放置一个基质包,共放置7 个。
1. 2 基质和植物的选择
基质是湿地的载体,当污水流经人工湿地时,基质通过一些物理和化学作用( 如吸收、吸附、过滤、离子交换、络合反应等) 去除污水中的污染物质。各种基质根据一定的粒径比例按照一定的顺序填充到湿地床中,在保证污染物高效降解和水流通畅的情况下应根据当地实际条件选用低廉、易得的填料作为基质。目前应用较多的有土壤填料、卵石填料、塑料填料、炉渣填料、陶瓷填料、活性炭填料、自然岩石与矿物材料等。各填料因其物理特性不同而具有不同特点,为了综合利用各填料的优势,湿地床通常由多种填料组成［3］。基质的选择主要是要孔隙度大、比表面积高。本研究采用改良人工基质,并用粘土、沙砾、煤灰渣等基质按一定比例做成基质包。
选取合适的植物对提高湿地的处理效果非常重要,人工湿地植物的选择主要遵循高耗肥水、季节搭配、生物多样性等原则。本研究根据待处理生活污水的水质情况、当地的气候和植物的特点,选取了美人蕉( Canna indica) 、杂交酸模( R. acetosa L. ) 和黑麦草( Lolium perenne) 三种植物。
1. 3 生活污水来源
实验用水为模拟的生活污水,即采用牛粪稀释( 约1∶10) 。牛粪取自贵阳市三联乳业公司。经过稀释后的牛粪的各指标的含量与生活污水的比较接近,因此,本研究采用经稀释后的牛粪水作为模拟的生活污水。
1. 4 污水浇灌与水样采集方法
湿地系统每2 天浇灌1 次,每次灌入污水约10 L。采样时间为每周1 次,具体方法为: 进水样直接采集模拟的生活污水,出水在出水口抽取( 注: 现场测定p H、EC指标) 。
1. 5 分析方法
p H、EC值: 用p H - EC - TDS - T测试笔进行测量; 浊度: 浊度仪测定( GB 13200—91) ; TP: 钼酸铵分光光度法( GB 11893—89) ; NH3- N: 钠氏试剂光度法( GB 7479—87) ; COD: 重铬酸盐法( GB 11914—89) ; SS: 重量法( GB 11901—89) 。
2 结果与分析
通过对复合人工湿地系统的进出口水质进行监测,分别从其对p H的调节,电导率( EC) 和浊度的改善,TP、NH3- N、COD等的削减,来评价整个湿地系统的净化效果和处理效率。
2. 1 高效人工湿地对p H的调节作用
p H测量是一种相对测量。水溶液的自然变化、化学变化和生产过程均与p H值的变化有关。p H值表征了水环境中物质的迁移转化、溶解沉淀等现象。因此,对p H进行测试,可以反映水环境变化的情况。从图3 可见,进水与出水p H值差异较小,最大变化幅度为0. 58 个单位,出水p H值总体维持在7 ~ 8 的范围内,说明该指标比较稳定。分析原因可能是: 全湿人工湿地系统存在较强的缓冲能力; 溶质的溶出及其物理、化学、生物反应过程都不足以导致p H发生剧烈波动。
图4 显示了半湿人工湿地对p H的调节作用,可以看出,出水的p H值相对比较稳定,基本上维持在7 ~ 8,说明半湿人工湿地系统存在一定的缓冲能力,系统对p H起到了一定的调节作用。
2. 2 高效人工湿地对电导率变化的影响研究
电导率是以数字表示溶液传导电流的能力。电导率的高低受水中无机酸、碱、盐或有机带电胶体等的影响,而水溶液的电导率取决于带电荷物质的性质和浓度以及溶液的温度和黏度等。电导率常用于间接推测水中带电荷物质的总浓度。所以,通过电导率可以推测水中带电荷物质的浓度。
研究发现,进水和出水的电导率差异很大( 详见图5) ,出水EC比进水平均提高了2 ~ 3 倍,说明出水中的带电荷物质的浓度较进水有所增加。在前期由于基质的溶解导致水体中总溶解盐含量增加,经过一段时间的调试,后期EC的差异较小,电荷达到一定值之后缓慢恢复到一个比较稳定的值。
图6 显示了半湿人工湿地对EC的调节作用,从图6 可以看出,出水的电导率平均提高了1 ~ 2倍。说明出水中的带电荷物质有所增加。前期半湿人工湿地对EC的调节作用欠佳,因为基质的溶解导致水体中总溶解盐含量增加,但随着系统运行并不断进行调试,出水中的带电荷物质在慢慢的降低,最后达到一个比较稳定的值。
2. 3 高效人工湿地对浊度的改善能力
浊度是水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水的浊度不仅与水中悬浮物质的含量有关,而且与它们的大小、形状及折射率有关。通过浊度可反映水中悬浮物的情况。从图7 可以看出,浊度的处理率最高可以达到95. 32% ,最低处理率为27. 30% ,总体水平维持在70% ~ 90% 之间。观察图7 发现,系统运行初期,对浊度的去除率较低,这可能与初始时段系统处于调试状态有关。但是随着基质- 植物- 微生物系统的作用不断增强,尤其是微生物的分解作用,使水的浊度有很大改善,说明出水悬浮物的含量较进水大幅度降低。
从图8 可以看出,半湿人工湿地对浊度有很大的改善,去除率可以达到90% 以上。该系统的调试时间比较长,经过调试,系统的调节作用不断增强,春季植物生长迅速,植物个体不断长大,以及微生物的种类和数量不断增多,基质- 植物- 微生物系统的作用不断增强,尤其是微生物的分解作用,大大削减了污水中的悬浮物质,达到较好的改善作用。
2. 4 高效人工湿地对总磷的削减作用
磷是水体富营养化的主要原因之一。磷含量超过0. 1 mg /L时,将会导致水体中藻类迅速繁殖,诱发水体富营养化,进而引起水质恶化,对水生生态系统构成威胁。图9 是湿地稳定运行期间的TP去除情况。人工湿地运行初期由于基质的吸附作用,除磷效果极佳; 中期基质的吸附相对较少,湿地中的植物个体小,微生物种类、数量不多,所以通过生物同化作用去除废水中的磷的程度有限,导致中期除磷效果欠佳; 后期,植物高大,对磷的吸收作用增强,但随着TP含量的逐渐下降,去除率较前期有所下降,整个系统对TP的削减作用呈U型。
图10 为半湿人工湿地对TP的去除状况。尽管进水的TP浓度增加,从原先的平均13. 95 mg /L上升到56. 24 mg /L,但出水的TP含量下降至12 mg /L以下。在运行初期,由于基质的吸附作用,除磷效果极佳,可以达到90% 以上; 随着植物的生长和微生物的繁殖,利用基质- 植物- 微生物系统的作用,对废水中的无机磷进行吸收同化、过量积累以及物理化学作用,大大削减废水中的磷,达到净化的效果。
2. 5 高效人工湿地对氨氮的净化效果
在人工湿地系统中,植物根系的输氧作用,使得湿地床体内部出现连续的好氧、缺氧和厌氧状态,使硝化作用和反硝化作用可以在湿地系统中同时进行。参考图11 可以看出,系统在调试阶段对氨氮的处理效果欠佳,由于基质的影响导致前期氨氮有所增加。中后期,随着植物的生长,植物不断摄取、基质的吸附以及微生物的硝化- 反硝化作用,氨氮的处理效果在不断的增强。氨氮的处理率在60% 以上,最高可达89. 14% 。
图12 显示了半湿人工湿地对氨氮的净化效果,尽管进水浓度有很大差异,但系统对氨氮的净化效果较好,净化效果在79% ~ 99% 之间。系统经过很长一段调试期,在前期表现出良好的净化效果; 由于气候与温度等原因导致后期半湿人工湿地对氨氮的处理效果有所下降,但从总体上看,半湿人工湿地对氨氮的净化效果表现良好。
2. 6 高效人工湿地对化学需氧量的控制效果
在人工湿地系统中,污水中的不溶性有机物吸附在可沉降颗粒上,通过沉降作用或过滤从污水中截流下来,被微生物加以利用,而可溶性有机物则可通过土壤中的生物膜的吸附及微生物的代谢过程被去除［12］。图13 表明全湿人工湿地对COD有较好的控制效果,其去除率在75% 以上,且稳定性比较好。分析原因可能有: 植物根系加速了对碳的吸收,降低了水体环境中的碳水平; 植物的光合作用过程改善了小气候,特别是氧气的交换; 基质具有较大的比表面积和较高的孔隙度,因而具有较好的吸附功能。
半湿人工湿地对COD的控制效果欠佳,虽然可以达到88% ,但是最低只有34% ( 详见图14) 。分析这一现象的原因可能是经过一段调试期之后,植物开始迅速生长,微生物繁殖,在基质- 植物- 微生物的共同作用下,湿地对COD的控制效果良好,但在后期,由于气候、温度以及一些不确定因素导致半湿人工湿地对COD的控制作用下降。
2. 7 高效人工湿地对悬浮物的净化作用
悬浮物指在水中的不溶解物质,包括不溶于水的无机物、有机物及泥沙、黏土、微生物等。水中悬浮物含量是衡量水污染的程度之一。悬浮物是造成水浑浊的主要原因。水体中的有机悬浮物沉积后易厌氧发酵,使水质恶化。
全湿人工湿地对悬浮物的去除率介于70% ~99. 23% 之间( 参见图15) ,说明处理效果较为理想。全湿人工湿地对悬浮物有较佳处理效果的原因有:微生物对悬浮物质的分解、降解和腐解等作用; 植物根系具有过滤、截留作用和基质的阻滞功能,可以防止悬浮物质进入水体。处理后的生活污水浑浊度降低,透明度提高,水质得到明显改善。
从图16 可以看出,半湿人工湿地对SS的净化效果良好,平均去除率在70% 以上,湿地中植物根系和饱和状态的基质,使固态悬浮物被根系和基质阻挡、截留、沉降和过滤而被分离去除。经过半湿人工湿地处理后水中SS大幅度降低,降低了污水的浑浊度,改善了水质。
3 结论
本研究以高效复合人工湿地对生活污水进行处理,通过对p H、EC、浊度、TP、NH3- N、COD、SS等指标的测定,综合评价整个湿地系统的对生活污水的净化效果,得出以下主要结论:
( 1) 高效人工湿地对生活污水中TP、NH3- N、COD和SS有较好的处理效果,TP的去除率为80% ,NH3- N的去除率在75% 左右,COD和SS的去除率都在70% 左右。
( 2) 高效人工湿地处理污水的效率受系统运行时间和季节等因素的影响,波动幅度在20% 左右,但总体表现出稳定的趋势。
( 3) 本研究采用改良人工基质和基质包作为人工湿地基质,避免了传统基质单一、氨氮去除率低等缺点,虽然在系统运行前期对系统有一定影响,但经系统调试后,对氨氮去除率可以达到75% 左右。
( 4) 本研究选用美人蕉、杂交酸模和黑麦草作为人工湿地植物,人工湿地可以一年四季运行,既延长了人工湿地的运行周期,又增加了人工湿地的污水净化效果,也增加了景观价值。
寇河人工湿地构建与应用 第9篇1湿地水面实现
有效水域面积的形成是构建人工湿地的第一步, 通常的人工湿地建设以自然和人工形成的水面为主, 主要位于河口、湖泊、水库等。本研究通过在河道上人工建立水工建筑物的形式,拦蓄河水形成水面。
本研究通过了对寇河实际地形的考察、实际水文资料的演算分析、可支配的资金投入及专家论证,最终选择橡胶坝作为拦水建筑物,实现湿地水面条件。
通过本橡胶坝的建设可蓄水58万m3,形成有效水面面积0. 86km2,可建设人工湿地面积约1. 05km2。
2人工湿地构建
本研究人工湿地的构建,以橡胶坝形成的水域为主要的湿地布设区域,根据汇水区的水深条件、景观需求等选择合适的水生植物和人工湿地类型进行寇河人工湿地的构建。
2.1湿地类型的选择
关于人工湿地的分类有多种方法,可以根据植物类型、建造用途和水体流动方式来划分。根据湿地中主要植物形式,一般可分为: 浮生植物湿地、沉水植物湿地和挺水植物湿地,大多湿地都是挺水植物类型; 根据建造目的的不同,一般可分为: 人工抗洪湿地、人工生境湿地、人工水产湿地和人工处理湿地,大多数人工湿地都适用于污染治理,即为人工处理湿地; 按污水在人工湿地中的运行方式,人工湿地一般可分为: 表面流湿地、 潜流湿地和垂直流湿地。这三种分类方法中,按水流运行方式划分的方法是最常用的,为大家普遍所认同。
本研究根据实际的地形条件、水面条件及河道行洪的需求,最终选择表面流湿地作为寇河人工湿地构建的湿地类型。
2.2表面流湿地构建
表面流人工湿地的英文全称是Surface Flow Wetlnad,SFW。表面流人工湿地湿地系统中,污水在湿地表面流动,水位较浅,多在0. 1 ~ 0. 6m之间,如图1所示。
本研究设计的湿地范围,左岸从黄河子提水站至上游的寇河“1050”管理路桥,右岸从寇河口至上游管理路桥。橡胶坝上游的湿地带宽215 ~ 245m,长约1. 5km; 坝下游湿地宽450 ~ 700m,长约1km。最终形成的河口湿地( 水质净化工程) 面积约1. 05km2,湿地水生的、净化水质的植物主要有香蒲、菖蒲、茭白、千屈菜、泽泻、水葱、红蓼等。
为确保拦河建筑物自身安全,稳定河势,拟对每座建筑物上游100m、下游200m河道两侧河槽进行必要的工程防护。此外,坝址上游辽河管理路跨寇河桥处河道右岸陡坎发育严重,不加防护会进一步冲刷桥基, 威胁桥梁的安全,此段需修建护岸270m。
2.3表面流湿地设计
2.3.1单元功能
河水从表面流人工湿地系统表面流过,土壤表层水中的微生物充分降解污水中的有机物质。表层土壤中的植物根系在与河水接触,充分吸收污水中营养物质的同时,也起到了交换、吸附和截留污染物质的作用,达到最终设计出水水质。水生植物对污染物的去除起着重要作用,除了自身吸收一部分营养物质外,还为湿地系统提供大量的DO,为微生物提供栖息地。
生态堰起到跌水坡的作用,当水流经过时能自然跌水,让河水曝气,提高水中DO的质量浓度,结合植物的作用对污染物进行厌氧与好氧降解,促进污染物的去除。
2.3.2设计参数
湿地处理规模为420000m3/ d; 湿地设计负荷选用12kg BOD5/ ( hm2·d) ; 需湿地面积105hm2; 湿地每日降解1260kg BOD5。
2.3.3湿地布置
河水从寇河橡胶坝两侧生态堰流向处理区,根据不同植物品种对水深的要求进行合理有序的栽植。湿地面积为105hm2,长宽比约为3∶ 1。在寇河河道两侧100m范围内,由于寇河左岸现状地面较设计水位低, 不能形成有效水深,因此,左岸近河槽边需修筑生物埂,拦蓄河水。右岸现状地面高程满足拦蓄功能,设计采用1∶ 10的缓坡与现状地面相结合。寇河入辽河口北侧形成的区域内形成湿地,根据现状地面高程设计, 对1号、2号、3号区域进行适当开挖,4号、5号区域地势较低,无需开挖,橡胶坝蓄水后可在现有树丛环绕区域内自行蓄水,并在51. 00 ~ 50. 50m的常水位区间内栽植水生植物,根据不同植物品种对水深的要求进行合理有序的栽植。形成集水生植物与陆生植物结合的湿地生态系统。此次设计的湿地面积为1. 05km2。水生植物以菖蒲、香蒲、茭白、泽泻、红廖、千屈菜、水葱等为主,主要优点为净化水质效果好、对水流阻力小。
在表现形式上,采用大片组团式栽植方式,如: 香蒲、菖蒲、茭白、千屈菜等都是各成一片,形状上仿佛 “叶子”的造型漂浮在河面上。清风微拂,蒲苇随风摇摆,形成一片片“碧波绿浪”的动态景观。
结合生态堰、橡胶坝等节点位置,设计上更加丰富水生植物品种,突出开花品种,如: 千屈菜、泽泻、红蓼等,用以烘托硬质景观,同时更加完美地展示生态自然景观。
在湿地范围内,除水面部分的水生植物外,原有陆生植被如垂柳等生长良好,是湿地的主要组成部分,本研究在设计时予以保留,不予破坏。湿地景观构建设计示意图如图2所示。
2.4蓄满分析
寇河橡胶坝蓄水量约为58万m3,湿地蓄水量为16万m3,形成水面面积0. 86km2,总蓄水量为74万m3。 供给此水量的为榛子岭水库水库放流及区间来水量。
查水面蒸发量等值线图( 20cm口径) 资料,折算成大水体后得到该橡胶坝多年 平均蒸发损失深度为387. 8mm,渗漏损失根据当地地质情况,按中等地质条件考虑,年渗漏深度为500mm,总损失深度为887. 8mm, 按0. 86km2的水面面积计算出总损失水量为76万m3。 因此,橡胶坝年总需水量应至少为150万m3。
2.5水生植物选择
2.5.1植物选择原则
本研究在进行人工湿地植物的选择中,主要遵循以下原则:
a. 适应能力强,或为本土优势品种。
b. 根系发达,生物量大,营养生长与生殖生长并存。
c. 具有较强的抗病虫害及耐寒能力。
d. 植物在生长过程中根系能从污水中吸收营养物质加以利用,同时吸附和富集重金属和一些有毒有害物质。
e. 植物要具有将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区,在植物根区的还原态介质中形成氧化态微环境的能力,为根区的好氧、兼性和厌氧微生物提供各自适宜的小生境。
2.5.2主选水生植物类型
a. 香蒲( Typha latifolia L. ) 。香蒲为香蒲科香蒲属,别名蒲草、蒲菜。为多年生宿根性沼泽草本植物, 植株高1. 4 ~ 2m,有的高达3m以上,广泛分布于全国各地。生于池塘、河滩、渠旁、潮湿多水处,常成丛、成片生长。香蒲对土壤要求不严,以含丰富有机质的塘泥最好,较耐寒。
b. 泽泻( Echinodorus bleheri) 。泽泻为泽泻科泽泻属,别名水泻、水泽。为多年生沼生或水生草本植物, 株高60 ~ 90cm。泽泻喜光喜温,耐寒耐湿,常自然分布在池塘、稻田、水沟、河边浅水区。
c. 菖蒲( Acorus calamus Linn. ) 。菖蒲为天南星科菖蒲属,别名臭菖蒲、水菖蒲、泥菖蒲、大叶菖蒲、白菖蒲。为多年挺水草本植物,有香气,根状茎横走,粗状, 稍扁,直径0. 5 ~ 2cm,有多数不定根( 须根) 。菖蒲分布与我国南北各地,广布世界温带、亚热带; 生于池塘、 湖泊岸边浅水涂,沼泽地或泡子中; 最适宜生长的温度为20 ~ 25℃ ,10℃ 以下停止生长,冬季以地下茎潜入泥中越冬。
d. 红蓼 ( Polygonum orientale Linn. ) 。 红蓼属蓼科,别名东方蓼,为多年生宿根草本。红蓼原为野生, 因其生产迅速、高大茂盛、叶绿且花密红艳,适于观赏, 故培养成为栽培植物; 对土壤要求不严,喜水又耐干旱,适应性很强; 没有病虫害,粗放管理即可。
e. 千屈菜 ( Halopeplis bunge ex ung. -sternb. ) 。千屈菜为千屈菜科千屈菜属,别名水柳、水枝柳、水枝锦。 千屈菜为多年生挺水宿根草本植物。株高40 ~ 120cm。 千屈菜原产欧洲和亚洲暖温带,因此喜温暖及光照充足、通风好的环境,喜水湿,我国南北各地均有野生。 千屈菜多生长在沼泽地、水旁湿地和河边、沟边,现各地广泛栽培; 比较耐寒,在我国南北各地均可露地越冬; 在浅水中栽培长势最好,也可旱地栽培; 对土壤要求不严,在土质肥沃的塘泥基质中花艳,长势强壮。
f. 茭白[Zizania latifolia ( Griseb) Stapf]。茭白为禾本科菰属,别名出隧、绿节、菰菜。其为多年生草本, 常有根茎; 秆直立,高90 ~ 180cm; 分布于我国南北各地。为湖沼水塘内的栽培作物。
g. 水葱( Typha angustifolia) 。水葱为莎草科藨草属,别名莞、莞蒲、莞草、水丈葱、冲天草。水葱为多年生宿根挺水草本植物。产于我国东北、内蒙古、山西、 陕西、甘肃、新疆、河北、江苏、贵州、四川、云南,生长在湖边、水边、浅水塘、沼泽地或湿地草丛中。
本研究构建的人工湿地所需植物类型和规格见下表。
2.5.3洪水对湿地植物的影响
本研究设计的表面流湿地水深在0. 3 ~ 0. 5m之间,选择的水生植物最适宜水深为30cm,如: 淹水深度超过60cm,对水生植物的正常生长均有抑制作用,淹水深度60cm以上超过一周,水生植物容易死亡。洪水造成的泥沙淤积对表面流湿地系统的影响较小,不会出现堵塞现象,只需行洪过后对系统表面稍作清理、平整,整个系统就能够恢复正常运行。因此: 如水生植物长时间受淹,应进行排涝措施,并在行洪过后及时修复湿地系统,清除死亡植株并重新进行栽植。
3人工湿地的应用
本研究按照试验设计,在寇河人工湿地建设完成后对湿地进水口和出水口的水质按照预定的采样监测时间进行定期观测,定量分析人工湿地建设后对寇河污染水体的净化效果。
对寇河人工湿地构建后运行一年监测数据的综合分析表明,人工湿地对于污染水体营养物质的净化是很显著的。人工湿地对于污染水体中TN、NH3-N、TP、 CODCr、BOD5、SS的去除率也是很显著的,是净化污染水体营养物质的良好途径。根据《地表水环境质量标准》 ( GB 3838—2002) ,出水水质达到Ⅲ类水标准,证明人工湿地对于污染水体中污染物质的净化效果很显著。
4结语
本研究通过对寇河实际水文、地质、气象等资料的综合分析,利用橡胶坝进行拦河蓄水,实现湿地水面条件。根据实际的勘测设计结果,在寇河2 + 000处修建水橡胶坝,可蓄水58万m3,形成有效 水面面积0. 86km2,可建设人工湿地面积约1. 05km2。选择表面流湿地作为本文人工湿地建设类型,像胶坝上游的湿地带宽215 ~ 245m,长约1. 5km; 坝下游湿地宽450 ~ 700m,长约1km。为充分发挥原有河道树木的景观效果,本研究保留了河道原有柳树等乔木,结合水葱、茭白、千屈菜、红蓼、菖蒲、泽泻、香蒲水生植物的搭配形成立体的人湿地水质净化体系。
从本研究成果来看,橡胶坝与人工湿地的结合是污染河流水质净化的优良组合,在净化水体的同时,可营造良好的河道景观,可作为区域的旅游开发和生态建设示范基地。本研究设计的人工湿地和选择的水生植物类型,可很好地起到水质净化的作用,对污染水体中主要污染物的去除效果明显。
参考文献
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[2]沈耀良,杨铨大.新型废水处理技术——人工湿地[J].污染防治技术,1996,9(12).
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人工湿地技术的应用及展望 第10篇1 人工湿地的发展历史
人类有意识地利用湿地系统进行污水处理, 始于20世纪70年代。人工湿地作为一个新发明, 最早出现于1904年澳大利亚Brian Mackney发表的一篇文章中。但在其发展历史中, 德国是这一工程的先驱者。1953年, 德国的Seidel发现芦苇能去除大量的有机物和无机物。60年代中期, Seidel与Kickuth合作并由Kickuth开发了“根区法”, 该方法的出现, 推动了70年代人工湿地污水处理技术的研究与发展。人工湿地污水处理技术的发展包括两个阶段:第一阶段是在20世纪70年代, 这一阶段保持了天然湿地的原有结构并已泥沼的形式存在, 而且常将湿地系统与氧化塘处理结合起来以提高氧化塘系统的处理效果;第二阶段是20世纪80年代以后, 湿地系统发展为由人工建造的、以不同粒径的砾石和豆石为填料基质的、并种植有一定去污能力的植物处理系统。从此进入了规模性的应用阶段。美国、德国、英国、法国、丹麦、奥地利、比利时、卢森堡及荷兰等国家都建立了人工湿地污水处理系统, 主要用于小城镇的污水处理。90年代以来, 国外人工湿地污水处理得到极快的发展[4], 已应用于农业污水、家畜与家禽的粪水、垃圾渗滤液、城市暴雨径流或生活污水、富营养化湖水、矿区重金属污水、炼油厂废水以及其他工业活动产生的污水的处理。由此可以看出, 湿地技术将会越来越受到人们的重视, 并得到越来越多的应用。
2 人工湿地研究进展
自从1903年英国约克郡Earby建造世界上第一个人工湿地处理污水之后, 人们对湿地的污水净化机理展开了广泛研究, 逐渐从“黑箱理论”深入到包括污染物去除机理、影响因素、工艺结构等方面的研究。
2.1 人工湿地污染物去除机理研究
有机污染物在人工湿地系统中的去除主要通过三种途径:一是污水中的可溶性有机物可被植物根系与填料表面上的生物膜吸附、吸收和代谢作用;二是较大的不溶性有机颗粒团经沉降过滤被填料与植物截留, 并可部分被微生物降解;三是通过对填料的定期更换和植物收割将新的有机体从湿地中去除[5]。
2.2 人工湿地去除效果影响因素研究
在对人工湿地去除机制的研究基础上, 人们开始对影响人工湿地的因素进行研究。主要包括基质、植物、微生物和温度等。
研究表明:填料对磷的去除影响较大。袁东海等[6]研究发现, 基质吸附的磷素转化为Ca-P、Fe-P和Al-P得含量同基质Ca、Fe和Al的含量呈极显著的幂函数关系, 并和基质中钙、铁和铝的形态有关, 表现为基质全钙、氧化钙、水溶性钙、游离氧化铁、铝和胶体氧化铁、铝的含量越高, 其固定形式的磷酸钙盐、磷酸铁盐、磷酸铝盐越多, 基质净化磷酸的能力越强。因此成分不同的填料, 对磷吸附能力也不同[7~9]。
Kadlec等[10]的研究表明, 在美国, 多数除磷填料湿地在运行初期磷去除率达90%以上, 但运行4~5年后, 由于磷在系统内的积累使磷去除率急剧下降, 甚至会发生磷的解吸。通过添加化学絮凝剂、沉淀剂能显著提高基质净化磷素的能力[11,12]。另外, 根据污水中污染物的种类、特征采取几种基质的组合或开发复合基质成为趋势。
许多研究显示, 人工湿地植物对氮磷和有机物的去除有一定的增强作用。微生物的活动是污水中有机物降解的主要机制或净化污水的“主力军”。另外, 温度直接影响N的氨化、硝化和反硝化过程, 从而影响人工湿地对N的去除, 低温下微生物基质酶的活性将受到抑制, 导致酶促反应速度很慢, 进而影响到硝化和含氮有机物的降解。反之, 在较高温度下植物叶面和根部的代谢活动得到了加强, 局部微生物的代谢活动也增强, 进而提高对氮的去除率。
2.3 人工湿地组合工艺研究
为了深化人工湿地处理效果, 扩大人工湿地技术的应用范围, 人工湿地的工艺也在不断更新中。或者人工湿地与各种前处理工艺相结合, 或者几种不同形式的湿地结合组成新工艺, 扬长避短, 使处理系统具有更好的稳定性和处理结果。
表面流人工湿地与潜流人工湿地组成新的工艺后, 可以结合两者的优点, 使得污水处理系统具有处理效果稳定、水力负荷大的特点, Lin等和大港油田污水处理工程分别采用该工艺处理虾养殖场废水和生活污水均取得了较好的环境经济效益。
籍国东等利用隔油池+气浮单元和砂滤池+厌氧塘+冬贮兼性塘+人工芦苇湿地的组合工艺处理可生化性极差的稠油采出水, 出水达到二级排放标准, 获得了可观的经济效益和环境效益。
3 问题与展望
人工湿地污水处理系统是一种集环境效益、经济效益和社会效益于一体的污水处理方式, 具有建造成本低、运行成本低、出水水质好、操作简单等优点, 同时如果选择合适的植物品种还有美好环境的作用, 是一种适合我国国情的一项污水处理新兴工艺, 尤其适用于解决广大农村地区、中小城镇地区的水质问题, 因而有着广阔的应用前景。但是, 湿地处理污水技术并非十分完善, 还有很多问题尚未完全弄清或有待进一步研究。为了更好地利用人工湿地处理技术, 今后需要开展以下工作:
(1) 对污染物去除的影响因素作更深入的分析, 如酶、氧化还原点位、电子受体、光照、气流、水位、温度等因素。
(2) 对人工湿地机理进行更加深入研究, 特别是基质磷素吸附后的磷素形态转换和释放特征的研究较少, 缺乏其使用安全性能的评价。
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