人工濕地.ppt

人工濕地（constructed wetland）,環(huán)資學(xué)院：康軍利,內(nèi)容提綱：,人工濕地類(lèi)型及原理 人工濕地的設(shè)計(jì)參數(shù)及其設(shè)計(jì)要點(diǎn) 人工濕地的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì),1 人工濕地的類(lèi)型及原理,1.1 人工濕地的定義 用人工筑成水池或溝槽，底面鋪設(shè)防滲漏隔水層，填充一定深度的土壤或填料層，種植蘆葦一類(lèi)的維管束植物或根系發(fā)達(dá)的水生植物，污水由濕地的一端通過(guò)布水管渠進(jìn)入，以推流方式與布滿(mǎn)生物膜的介質(zhì)表面和溶解氧進(jìn)行充分的植物根區(qū)接觸而獲得凈化。人工濕地分為表面徑流人工濕地和人工潛流濕地。（選自室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50014-2006）,Constructed wetlands are artificial wastewater treatment systems consisting of shallow (usually less than 1 m deep) ponds or channels which have been planted with aquatic plants, and which rely upon natural microbial, biological, physical and chemical processes to treat wastewater. They typically have impervious clay or synthetic liners, and engineered structures to control the flow direction, liquid detention time and water level. Depending on the type of system, they may or may not contain an inert porous media such as rock, gravel or sand. （from EPA manual constructed wetlands treatment of municipal wastewaters1999）,1.2 人工濕地的類(lèi)型,（1）表面流濕地（Free Water Surface Wetlands）,（2）潛流濕地（Vegetated Submerged Beds 或 sub-surface Flow）,1.3 人工濕地的凈化機(jī)理,1.3.1 氮的去除,1.3.2 磷的去除,1.3.3 病原體的去除 1.3.4 重金屬的去除,2 人工濕地的設(shè)計(jì)參數(shù)及其設(shè)計(jì)要點(diǎn),2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) （1）水力停留時(shí)間 通常情況下，表面流濕地進(jìn)水在初始部分(沉降區(qū)) 發(fā)生大量的絮凝、沉降，大約可以去除80 %的總懸浮物，這一區(qū)域水力停留時(shí)間大概需要2 d 左右。 理論上講，最大流量下水力停留時(shí)間超過(guò)2 d 只能是浪費(fèi)，因?yàn)閼腋∥锶コ院?，進(jìn)水區(qū)域的厭氧環(huán)境條件，不會(huì)對(duì)溶解性物質(zhì)和沉降后的沉積物產(chǎn)生可觀的去除效果。 英國(guó)環(huán)境署對(duì)表面流濕地中間部分（好氧反應(yīng)區(qū)）的研究也顯示，水力停留時(shí)間達(dá)到2d 以上后，各種水生藻類(lèi)開(kāi)始生長(zhǎng)，引起pH 值變化，促進(jìn)沉水植物的生長(zhǎng)，可以促進(jìn)氨氮揮發(fā)，磷的沉降，不過(guò)為了避免藻華， 水力停留時(shí)間限制在23 d 左右。Kadlec則認(rèn)為，在濕地處理系統(tǒng)末尾部分（植被凈化區(qū)）中，12d 的停留時(shí)間就可以達(dá)到90 %的NO2-N 去除率。也就是說(shuō)，23d 的水力停留時(shí)間可保證客觀的反硝化作用效果。 Crites等在采用潛流系統(tǒng)處理城市污水的試驗(yàn)中證實(shí)了這一觀點(diǎn)，他們指出，潛流濕地本身的厭氧條件正適于系統(tǒng)反硝化作用脫氮，當(dāng)水力停留時(shí)間達(dá)到24d 時(shí)，即發(fā)生強(qiáng)烈的反硝化脫氮作用。 綜合各方面的資料，可以認(rèn)為，表面流濕地的總水力停留時(shí)間以48 d 左右為佳。,（2）水力坡度,為了施工和排水的方便，Chalk等建議，潛流濕地水力坡度取0.5 %1 %。 王久賢建議，潛流濕地水力坡度取1 % ，而表面流濕地水力坡度取0.5 %或者更小。 關(guān)鍵是水力坡度這一設(shè)計(jì)參數(shù)，需根據(jù)填料性質(zhì)及濕地尺寸加以校正，對(duì)以礫石為填料的濕地床一般要取2 %。對(duì)于潛流濕地系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，為了建設(shè)方便和運(yùn)行中的排空，比較實(shí)用的做法是從進(jìn)水到出水沿統(tǒng)一的底部坡度設(shè)計(jì)；另外，為了防治產(chǎn)生死水或發(fā)生短流現(xiàn)象，可以采用分級(jí)坡度以消除低點(diǎn)、溝槽和側(cè)面坡度。,（3）孔隙度,人工濕地污水處理系統(tǒng)的孔隙度() 系指濕地土壤中孔隙占濕地總?cè)莘e的比。 實(shí)踐表明，人工濕地污水處理系統(tǒng)的孔隙度很難測(cè)定，各種文獻(xiàn)報(bào)道的孔隙度也有很大出入。 美國(guó)國(guó)家環(huán)保局建議，表面流濕地密集植被區(qū)域設(shè)計(jì)采用的孔隙度為0.65 0.75 ，開(kāi)闊自由水域采用的孔隙度為0.8；對(duì)于潛流濕地基質(zhì)的材料及粒徑不同，其差別較大，一般情況下，對(duì)于砂石基質(zhì)，其孔隙率在0.4左右。,（4）表面負(fù)荷率,各種污染物濃度和負(fù)荷的確定，對(duì)于濕地處理類(lèi)型和尺寸的確定非常關(guān)鍵。 濕地處理系統(tǒng)通?？梢愿鶕?jù)某種污染物的每日負(fù)荷來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)者必須準(zhǔn)確知道污水中污染物的種類(lèi)和濃度，日流量乘以某種污染物的濃度即可估計(jì)處理負(fù)荷，根據(jù)該負(fù)荷以及推薦的濕地特定污染物負(fù)荷率就可選擇相應(yīng)的處理面積。 據(jù)美國(guó)國(guó)家環(huán)保局資料，設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用表面負(fù)荷率ALR 可以計(jì)算濕地處理工程的面積：,對(duì)于表面流濕地進(jìn)水區(qū)（植被密集區(qū)）BOD 負(fù)荷率可達(dá)100 kghm- 2d - 1。Eastlick推薦的潛流濕地設(shè)計(jì)BOD負(fù)荷率為80120 kghm-2d -1 。,（5）系統(tǒng)深度,有研究建議，潛流濕地系統(tǒng)深度應(yīng)為植物根系所能達(dá)到的最深處，不過(guò)實(shí)際上由于植物根系很少達(dá)到理論上的最深處，不同的學(xué)者建議的深度從4060 cm不等，太深了會(huì)導(dǎo)致根系無(wú)法輸氧到底部，同時(shí)也容易造成死區(qū)，降低工程效益。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局根據(jù)多年工程經(jīng)驗(yàn)，確定潛流濕地進(jìn)水區(qū)域水深為40 cm，基質(zhì)深度應(yīng)比水深深10 cm，即系統(tǒng)總體深度為50cm。Eastlick推薦的潛流濕地設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)中水深要求為3090 cm ，也在此深度范圍內(nèi)。 美國(guó)水污染控制委員會(huì)(WPCF) 要求，表面流濕地的水深在50 cm以?xún)?nèi)。不過(guò)，北美濕地水質(zhì)處理數(shù)據(jù)庫(kù)中推薦的表面流濕地的水深在10200 cm 之間，典型深度在1560 cm 之間，運(yùn)行深度隨植物種類(lèi)不同而不同，一般挺水植物區(qū)域水深60 cm ，沉水植物區(qū)域水深120 cm 左右。 經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于蘆葦濕地系統(tǒng)，處理城市或生活污水時(shí)，濕地單元深度一般取6070 cm;而用于較高濃度有機(jī)工業(yè)廢水的處理時(shí)，深度一般在3040 cm 之間。,（6）處理單元長(zhǎng)寬及其比例,對(duì)于長(zhǎng)寬比較高的濕地系統(tǒng)，必須考慮水頭損失及水力坡度等的影響，以防止進(jìn)水區(qū)域的水流溢出。 王薇等建議，濕地處理系統(tǒng)長(zhǎng)寬比應(yīng)控制在31 以下，常采用11；對(duì)于以土壤為主的系統(tǒng)，長(zhǎng)寬比應(yīng)小于11。 對(duì)于長(zhǎng)寬比小于11 的潛流濕地，必須慎重考慮在濕地整個(gè)寬度上均勻布水和集水的問(wèn)題。,2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn),2.2.1 廠址選擇 （1）地形 （2）土壤滲透性 （3）水文學(xué)因素 2.2.2 地基準(zhǔn)備 2.2.3 護(hù)堤 2.2.4 隔水層 2.2.5 基質(zhì)選擇 2.2.6 進(jìn)出水及流量分布調(diào)節(jié)設(shè)施 2.2.7 濕地植物的選擇,3 人工濕地的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì),3.1 人工濕地機(jī)理的研究 3.1.1 機(jī)理模型的研究 黑箱模型 一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型 Monod模型 生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型 3.1.2 各種污染物的去除機(jī)理的研究 3.1.3 濕地不同組成部分的去除機(jī)理研究 3.2 復(fù)合技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究 如：氧化塘+人工濕地、強(qiáng)化預(yù)處理+人工濕地、高效復(fù)合垂直流人工濕地、MSBR+人