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废水处理设备
人工湿地
作者:中瑞环保 浏览次数: 日期:2014年10月21日 05:03


概念
人工湿地生态处理
人工湿地是一个综合的生态系统,它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理,结构与功能协调原则,在促进废水中污染物质良性循环的前提下,充分发挥资源的生产潜力,防止环境的再污染,获得污水处理与资源化的最佳效益。
特点
人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点,非常适合中、小城镇的污水处理。人工湿地处理系统可以分为以下几种类型:(1)自由水面人工湿地处理系统;(2)人工潜流湿地处理系统。(3)垂直水型人工湿地处理系统。人工合成湿地类型地表流人工湿地表面流湿地与地表漫流土地处理系统非常相似,不同的是:(1)在表面流湿地系统中,四周筑有一定高度的围墙,维持一定的水层厚度(一般为10~30cm);(2)湿地中种植挺水型植物(如芦苇等)。向湿地表面布水,水流在湿地表面呈推流式前进,在流动过程中,与土壤、植物及植物根部的生物膜接触,通过物理化学以及生物反应,污水得到净化,并在终端流出。潜流式人工合成湿地
人工湿地的核心技术是潜流式湿地。一般由两级湿地串联,处理单元并联组成。湿地中
根据处理污染物的不同而填有不同介质,种植不同种类的净化植物。水通过基质、植物和微
生物的物理、化学和生物的途径共同完成系统的净化,对BOD、COD、TSS、TP、TN、藻
类、石油类等有显著的去除效率;此外该工艺独有的流态和结构形成的良好的硝化与反硝化
功能区对TN、TP、石油类的去除明显优于其他处理方式。主要包括内部构造系统、活性酶
体介质系统、植物的培植与搭配系统、
布水与集水系统、防堵塞技术、冬季运行技术。
潜流式人工合成湿地的形式分为垂直流潜流式人工湿地和水平流潜流式人工湿地。利用
湿地中不同流态特点净化进水。经过潜流式湿地净化后的河水可达到地表水Ⅲ类标准,再通
过排水系统排放。
垂直流潜流式人工湿地:
在垂直潜流系统中,污水由表面纵向流至床底,在纵向流的过程中污水依次经过不同的
专利介质层,达到净化的目的。垂直流潜流式湿地具有完整的布水系统和集水系统,其优点
是占地面积较其它形式湿地小,处理效率高,整个系统可以完全建在地下,地上可以建成绿
地和配合景观规划使用。
水平流潜流式人工湿地:
是潜流式湿地的另一种形式,污水由进水口一端沿水平方向流动的过程中依次通过砂石、
介质、植物根系,流向出水口一端,以达到净化目的。
沟渠型人工湿地:
沟渠型湿地床包括植物系统、介质系统、收集系统。主要对雨水等面源污染进行收集处理,
通过过滤、吸附、生化达到净化雨水及污水的目的。是小流域水质治理、?;さ挠行侄?。
人工湿地净化生活污水
费用
人工湿地与传统污水处理厂相比具有投资少、运行成本低等明显优势,在农村地区,由
于人工密度相对较小,人工湿地同传统污水处理厂相比,一般投资可节省1/3—1/2。在处理
过程中,人工湿地基本上采用重力自流的方式,处理过程中基本无能耗,运行费用低,污水
处理厂处理每吨废水的价格在1 元左右,而人工湿地平均不到2 毛。
因此,在人口密度较低的农村地区,建设人工湿地比传统污水处理厂更加经济。
使用效果
人工湿地在农村地区的使用效果也优于传统污水处理厂,首先人工湿地使用纯生物技术
进行水质净化,而污水处理厂则使用化学方法,因此污水处理厂在处理过程中会产生大量富
含有害化学成分的淤泥、废渣影响环境,而人工湿地则不存在二次污染。其次人工湿地以水
生植物水生花卉为主要处理植物,在处理污水的同时还具有良好的景观效果,有利于改造农
村环境。另外,人工湿地还拥有可持续的经济效益,在人工湿地上可选种一些具备净化效果
和一定经济价值较高的水生植物,在污水处理的同时产生经济效益。
运行管理
人工湿地的运行管理也比污水处理厂简单、便捷,因为人工湿地完全采取生物方法自行
运转因此基本不需专人负责,只需定期清理格栅池、隔油池、每年收割一次水生植物即可。
人工湿地中起主要处理作用的还是微生物,不是土壤的过滤作用,所以湿地设计中应包括防
止湿地填料堵塞问题、植物死亡问题和过冬问题。人工湿地服务年限一般按照10-15 年计算,
也就是说设计比较完善的湿地系统15 年以后才需要清理填料床,达到服务年限的人工湿地
系统在清理填料床后,即可重新投入使用。另外,人工湿地的建设周期短,建设一座传统污
水处理厂和完成相关管道的铺设往往需要一年以上,而人工湿地的平均建设周期在3 个月以
内,因此建设人工湿地见效更快。
结论:在人口密度较低、污染排放较少的农村地区,“人工湿地”生活污水处理设施有很多优
点,该处理设施充分利用农户住房周边的地形特点,因地制宜、实施简单,可造在住宅旁的
空地上,也可利用水塘以及公园的景观池改造;规??纱罂尚?,可以二三十户家庭共用一块,
也可以一户人家造一块;投资少,维护方便,且占地面积小,配合种植水生植物,还可达到
美化景观的效果。
污染物去除机理
SS 的去除主要靠物理沉淀、过滤作用,BOD 的去除主要靠微生物吸附和代谢作用,代
谢产物均为无害的稳定物质,因此可以使处理后水中残余的BOD 浓度很低。污水中COD
去除的原理与BOD 基本相同。
N、P 去除人工湿地主要利用生物脱氮及植物吸收方法。
作用机理:对污染物的去除与影响物理沉淀可沉淀固体在湿地中重力沉降去除、过滤,
通过颗粒间相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固体被阻截而去除;化学
微生物代谢:利用悬浮的底泥和寄生于植物上的细菌的代谢作用将悬浮物、胶体、可溶性固
体分解成无机物;通过生物硝化-反硝化作用去除氮;部分微量元素被微生物、植物利用氧
化并经阻截或结合而被去除。自然死亡:细菌和病毒处于不适宜环境中会引起自然衰败及死
亡,植物植物代谢利用植物对有机物的吸收而去除,植物根系分泌物对大肠杆菌和病原体有
灭活作用植物吸收相当数量的氮和磷能被植物吸收而去除,多年生沼泽生植物,每年收割一
次,可将氮、磷吸收、合成后分移出人工湿地系统。
1.湿地基质的过滤吸附作用
污水进入湿地系统,污水中的固体颗粒与基质颗粒之间会发生作用,水流中的固体颗粒
直接碰到基质颗粒表面被拦截。水中颗粒迁移到基质颗粒表面时,在范德华力和静电力作用
下以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下,被粘附与基质颗粒上,也可能因为存在
絮凝颗粒的架桥作用而被吸附。
此外,由于湿地床体长时间处于浸水状态,床体很多区域内基质形成土壤胶体,土壤胶
体本身具有极大的吸附性能,也能够截留和吸附进水中的悬浮颗粒。
物理过滤和吸附作用是湿地系统对污水中的污染物进行拦截从而达到净化污水的目的
的重要途径之一。
2. 湿地植物的作用
植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地根据主要植物优势种的不同,被分为浮水植
物人工湿地,浮叶植物人工湿地,挺水植物人工湿地,沉水植物人工湿地等不同类型。湿地
中的植物对于湿地净化污水的作用能起到极重要的影响。
首先,湿地植物和所有进行光合自养的有机体一样,具有分解和转化有机物和其他物质
的能力。植物通过吸收同化作用,能直接从污水中吸收可利用的营养物质,如水体中的氮和
磷等。水中的铵盐、硝酸盐以及磷酸盐都能通过这种作用被植物体吸收,最后通过被收割而
离开水体。
其次,植物的根系能吸附和富集重金属和有毒有害物质。植物的根茎叶都有吸收富集重
金属的作用,其中根部的吸收能力最强。在不同的植物种类中,沉水植物的吸附能力较强。
根系密集发达交织在一起的植物亦能对固体颗粒起到拦截吸附作用。
再次,植物为微生物的吸附生长提供了更大的表面积。植物的根系是微生物重要的栖息、
附着和繁殖的场所。相关文献表明,植物根际的微生物数量比非根际微生物数量多得多,而
微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。
最后,植物还能够为水体输送氧气,增加水体的活性。
由此可见,湿地植物在控制水质污染,降解有害物质上也起到了重要的作用。
3. 微生物的消解作用
湿地系统中的微生物是降解水体中污染物的主力军。好氧微生物通过呼吸作用,将废水
中的大部分有机物分解成为二氧化碳和水,厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷,硝
化细菌将铵盐硝化,反硝化细菌将硝态氮还原成氮气,等等。通过这一系列的作用,污水中
的主要有机污染物都能得到降解同化,成为微生物细胞的一部分,其余的变成对环境无害的
无机物质回归到自然界中。
此外,湿地生态系统中还存在某些原生动物及后生动物,甚至一些湿地昆虫和鸟类也能
参与吞食湿地系统中沉积的有机颗粒,然后进行同化作用,将有机颗粒作为营养物质吸收,
从而在某种程度上去除污水中的颗粒物。
人工湿地的优缺点
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:
①建造和运行费用便宜
②易于维护,技术含量低
③可进行有效可靠的废水处理
④可缓冲对水力和污染负荷的冲击
⑤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
①占地面积大
②易受病虫害影响
③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2~3 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。
总的来说, 人工湿地污水处理系统是一种较好的废水处理方式,特别是它充分发挥资源
的生产潜力,防止环境的再污染,获得污水处理与资源化的最佳效益,因此具有较高的环境效
益、经济效益及社会效益,比较适合于处理水量不大、水质变化不很大、管理水平不很高的
城镇污水,如我国农村中、小城镇的污水处理。人工湿地作为一种处理污水的新技术有待于
进一步改良,有必要更细致地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。

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