濕地及濕地污水處理系統(tǒng)(第二部分).

1、1 人工濕地污水處理系統(tǒng)1.1 人工濕地的基本構(gòu)成基質(zhì)：提供植物與微生物生長，并對污染物起過濾、吸收作用的填充材料。 植物：高等維管束植物，包括浮水植物、挺水植物和沉水植物。 微生物、微型生物：植物根系周圍的區(qū)系微生物、基質(zhì)表面生物膜及周邊的微生物。人工濕地污水處理系統(tǒng)所針對的污染物（環(huán)境影響主力因子）主要為氮、磷、懸浮物（SS）、有機物（BOD COD）、重金屬等。1.2 人工濕地的種類人工濕地是近年來國內(nèi)外研究較多的新型污水處理技術(shù)， 它具有處理效果好、 氮磷去除能力 強、運轉(zhuǎn)維護管理方便、 工程基建費用低、對負荷變化適應性強等優(yōu)勢，極為符合我國目前 大多數(shù)中小城市的污水處理發(fā)展需要。人工

2、濕地污水處理系統(tǒng)以其獨有的優(yōu)越性越來越為人們所熟悉和重視投資建設成本小、 運行費用低、運行技術(shù)低、能夠結(jié)合景觀進行建設，具有景觀美的效果。隨著我國環(huán)境問題 的日益突出， 人工濕地亦越來越為更多的人接納。 然而人工濕地污水處理畢竟也是一門低齡 學科，從概念提出至今不過 40 年，引入我國不過 20 年，結(jié)合我國實際情況進行工程化研 究和應用亦不過 10 年光景。我國人工濕地開始進行課題實驗和規(guī)模化工程應用開始于 2003 年。人工濕地按照污水在濕地床中流動的方式分為三種， 表面流型人工濕地、 水平潛流型人工濕 地、垂直流型人工濕地。人工濕地的處理流程観凝和人工介巔液位控制器人工濕地生態(tài)處理1.2

3、.1表面流型人工濕地表面流濕地與地表漫流土地處理系統(tǒng)非常相似，不同的是：（1）在表面流濕地系統(tǒng)中，四周筑有一定高度的圍墻，維持一定的水層厚度（一般為1030cm）； （2）濕地中種植挺水型植物（如蘆葦?shù)龋?。土地處理系統(tǒng)(land processing system)是利用土地及其中微生物和植物根系對污水(廢水)車自流剖向Ap,I iOS出朮布水系統(tǒng)協(xié)物系統(tǒng)示意1.2.2垂直流型人工濕地進行處理，同時又利用其中水分和肥分促進農(nóng)作物、牧草或樹木生長的工程設施。 屬于常年性污水處理工程，常用于中小城市污水二級污水處理之后代替高級處理。表面流濕地的運作方式為：向濕地表面布水，水流在濕地表面呈推流式前進

4、，在流動過程中,與土壤、植物及植物根部的生物膜接觸，通過物理、化學以及生物反應，污水得到凈化，并在終端流出。系統(tǒng)優(yōu)缺點：與自然濕地極為類似，有較豐富的景觀特性；然其污水直接暴露在大氣中，易導致污水中的細菌等污染物散播到大氣中而造成二次污染，同時其處理負荷小，處理效果差,運行受氣候影響較大，在寒冷地區(qū)污水易結(jié)冰而影響處理效果，故一般不采用。褰流人工程地污水從濕地表面縱向流向填料床底部，床體處于不飽和狀態(tài)。02可通過大氣擴散和植物傳輸進入濕地系統(tǒng)。該系統(tǒng)硝化能力較高， 可用于處理氨氮含量較高的污水，但其處理有機物能力欠佳， 控制復雜，夏季易滋生蚊蠅，建造要求高，故使用較少。1.2.3水平潛流型人工

5、濕地杭物出zK.糸統(tǒng)右子1進水為地下水流濕地。廢水通過布水管道以水平滲透或垂直滲透形式通過填料，在水床最低位運行，床體表面種植處理性能好、成活率高的水生植物（蘆葦），凈化后的水體經(jīng)集水管道收集排放。床底鋪防滲膜，可防止污染地下水。BOD C0D等有機物和重金屬的去除率高，受氣候影響小，夏季無臭味、無蚊蟲滋生，在寒 冷地區(qū)也可以正常運行。1.2.4三種人工濕地系統(tǒng)比較表3種人工濕地系統(tǒng)比較（于少鵬等,2004）Fahle 1 （Comparison of three artificial wetland systems表面流濕地水平潛流濕地垂直流濕地特征 CharacterSurface flo

6、wSubsurface erttca! flowwetlandflow wetlandwetland水休流動 Water flowing表面漫流垂質(zhì)下水平流動表面向星質(zhì)底 部縱向流動水力負荷Hydraulic loading較低較高較高去污效果對130D COD等右機對X P去除Decontamination effect 一般物和重金屬去除效果好效果毎系統(tǒng)控制System control簡單，受季 節(jié)影響大和對復雜相對復雜環(huán)境狀況Environmental condition夏季有惡臭、 孳主蚊蠅現(xiàn)象良好夏季有惡臭、 事牛蚊蠅現(xiàn)象根據(jù)各類型人工濕地的特征，表面流濕地容易滋生蚊蠅，垂直流濕地造

7、價高，建設難度大，目前均已較少采用， 而潛流濕地優(yōu)點較多， 是現(xiàn)在人工濕地建設的主要選擇，但是潛流濕地在對氮磷的處理方面相對薄弱，與其他類型人工濕地相配合，處理效果會更理想。1.3人工濕地凈化污水的機理1.3.1懸浮物（SS的去除污水中的懸浮物含有大量的污染物質(zhì)，如有機物、 氮磷、重金屬和病原菌等，因此去除懸浮物可以提高污水的凈化效率。懸浮物（ss的去除主要通過基質(zhì)的過濾、污泥沉淀及根系附著來完成。為防止在進水口附近發(fā)生堵塞，進水前應設置預處理以降低總固體濃度，一般設置沉淀池即可。1.3.2 有機物的去除微生物在具有巨大比表面積的土壤顆粒表面形成一層生物膜，當污水流經(jīng)土壤顆粒表面時， 不溶性的

8、有機物通過基質(zhì)的沉淀、 過濾和吸附作用被截留， 然后被微小生物利用； 可溶性有 機物則通過植物根系生物膜的吸附、吸收及微生物的代謝過程而被分解去除。污水中的大部分有機物最終被異養(yǎng)微生物轉(zhuǎn)化為微生物體、CC2、甲烷和水、無機氮、無機磷。1.3.3 氮、磷的去除污水中的氮包括無機氮和有機氮。無機氮包括氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽；有機氮包括尿素、 氨基酸、嘌呤和嘧啶。其去除途徑包括基質(zhì)的吸附、過濾、沉淀、揮發(fā)、植物的吸收和微生 物硝化、反硝化作用。污水中的磷包括有機磷和無機磷。 其去除途徑主要包括微生物同化、 基質(zhì)吸附、 植物吸收及 污泥沉淀。工程實際及理論研究均表明，污水中磷的去除是以基質(zhì)吸附及污泥沉

9、淀為主。1.3.4 重金屬的去除金屬離子去除機理主要有： 植物的吸收和富集作用、 土壤膠體顆粒的吸附、 懸浮顆粒的過濾 和沉淀， 人工濕地對污水中重金屬去除是通過植物、 微生物、 土壤基質(zhì)等組成成分共同起作 用的。1.4 人工濕地污水處理系統(tǒng)工藝流程按工程接納的污水類型，基本工藝流程如下：1. 當工程接納城鎮(zhèn)生活污水及與生活污水性質(zhì)相近的其它污水時，基本工藝流程為淋T他理i f 人工就 f 后處理僦處理2. 當工程接納城鎮(zhèn)污水處理廠出水時，基本工藝流程為 ：淋 _ 人工觥 _ 兩 - 排贓回用預處理的程度和方式應綜合考慮污水水質(zhì)、人工濕地類型及出水水質(zhì)要求等因素?？蛇x擇格柵、沉砂、初沉、均質(zhì)等

10、一級處理工藝，物化強化法、AB法前段、水解酸化、浮動生物床等一級強化處理工藝，以及SBR氧化溝、A/0、生物接觸氧化等二級處理工藝。后處理工藝也叫末端處理工藝。通常起到殺菌消毒、強化出水水質(zhì)、改善景觀效果等的作用。 常用的工藝主要包括表流濕地和好氧生物塘（水景塘）造景、沙濾池過濾、紫外線消毒或配藥消毒等。1.5人工濕地的啟動與運行1.5.1啟動運營人工濕地污水處理系統(tǒng)的啟動一般要經(jīng)歷5個階段：1. 系統(tǒng)調(diào)試階段2. 植物復活階段3. 根系發(fā)展不穩(wěn)定階段4. 植物生長成熟階段25mm左右處。按5. 處理效果良好的穩(wěn)定成熟階段在啟動階段，蘆葦?shù)戎参镌苑N后即須充水。初期可將水位控制在地面下 設計流量

11、運行3個月后，將水位降低至距床底 0.2m處，以促進蘆葦?shù)戎参锔迪蛏畈堪l(fā)展。 待根系深入到床底后，再將水位調(diào)節(jié)至地表下0.2m 處開始正常運行。進入穩(wěn)定成熟階段后， 系統(tǒng)處于動態(tài)平衡， 植物的生長僅隨季節(jié)發(fā)生周期性變化， 而年際間 則處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，此時系統(tǒng)的處理效果充分發(fā)揮，運行穩(wěn)定。人工濕地系統(tǒng)從啟動到成熟一般需 2 年時間。 對設計合理的人工濕地系統(tǒng)，在進水水質(zhì)及 水量變化不大時，一旦進入穩(wěn)定成熟期， 系統(tǒng)可自流運行，無須任何動力設備，也無須更多 的維護。濕地中的植物一般可于冬季干枯時定期收割。1.5.2 問題及措施溫度問題低溫時生物活性下降和植物的死亡。 對于表面流和垂直流濕地，

12、 低溫時表面會結(jié)冰， 化水平降低， 而且冰層的存在減少了有效水深， 影響。因此， 低溫會導致處理效果的顯著降低。 保溫措施以及加強前處理單元效能。冰層覆蓋不僅阻礙了大氣的復氧過程， 使生從而縮短了停留時間， 進而對處理效果產(chǎn)生處理措施可 改用潛流人工濕地、采用適當?shù)恼嫉孛娣e問題 人工濕地凈化的機理與特點使其與傳統(tǒng)的污水處理工藝相比較需要較大的占地面積， 一般認 為大約是傳統(tǒng)污水處理工藝的 23倍左右。目前沒有更好的解決辦法，選址應盡量避開高密度的城市建設區(qū)域， 或與城市功能性生態(tài)用地相結(jié)合， 再有就是在工藝上采用組合工藝人 工濕地， 以減少占地面積。出水污染物濃度回升問題 水生植物生長周期較短

13、和補給水源水質(zhì)等環(huán)境的變化會引起植株的衰竭和腐爛，腐爛的莖、 葉容易消耗水體中的溶解氧使河床上升、 底泥增多， 其中釋放出的有機物、 氨氮等導致水體 污染物回升，容易造成水體的二次污染。解決辦法： 及時收割調(diào)控，并將莖和葉移出水體， 以便有效削減氮、磷并培育維護良好生態(tài)系統(tǒng)和促進健康水體的形成。堵塞問題 隨著時間推移， 濕地中的微生物也相應繁殖， 再加上植物的腐敗， 若維護不當，很容易產(chǎn)生 淤積、 阻塞現(xiàn)象。這種現(xiàn)象不僅會影響水的流速， 而且會影響水的復氧，從而影響到微生物 的活性進而影響到處理效果。解決辦法為 : 選擇適當?shù)奶盍?，最好是多孔、質(zhì)輕、不易板結(jié) 的材質(zhì) , 采用合適的操作工藝 ,

14、 可以通過一定的間歇進水來恢復濕地的滲透速率 , 選擇適當 的植物密度并及時維護。1.6 人工濕地基質(zhì)的選擇目前廣泛應用的人工濕地基質(zhì)以沙粒、沙土、 土壤、 石塊為主， 基質(zhì)的選擇以其水力傳導能 力、吸附能力和化學特性原則進行。有研究認為沸石有利于 N 的分解而礫石有利于 P 的吸 附，因為后者有大量的 Ca2+和P結(jié)合，也有研究者用煤灰或煤渣。研究發(fā)現(xiàn)加入人工濕地 系統(tǒng)中的磷70%80%通過沉淀或吸附作用存留在基質(zhì)中， 基質(zhì)對無機磷的去除作用因填料 不同而存在差異 ,若土壤中含有較多的鐵、鋁氧化物 ,有利于生成溶解度很低的磷酸鐵或磷酸 鋁,使土壤固磷作用大大增加；若以礫石為填料的濕地,礫石中

15、的鈣可以生成不溶性磷酸鈣而在廢水中沉淀?；◢徥驼承酝寥罏橹饕橘|(zhì)的人工濕地對污水中磷的去除率達90%以上。如何選擇合適的基質(zhì)類型對去除污水中的磷顯得十分重要。另外,基質(zhì)內(nèi)孔隙直徑大小也影響污染物的吸附和去除。潛流人工濕地基質(zhì)層的初始孔隙率宜控制在 35%40%。1.7 人工濕地的植物選擇1.7.1 基本原則人工濕地植物篩選和配置的一般原則：（1）首先考慮選擇在污水中生長或經(jīng)污水馴化過的植物，它們比在其他環(huán)境中生長的植物 對人工濕地環(huán)境更有適應性；（2）盡量避免選擇一些莖葉匍匐于基質(zhì)表面的植物，以免在運行過程中因人為控制原因?qū)?致植株死亡；（3）植物配置前，必須首先了解各植物的生長規(guī)律及其生態(tài)

16、學特征，使不同層次、不同功 能的植物能充分搭配并合理利用各種資源，避免不同植物之間的競爭；（4）作植物配置時，在保證植物生物量和覆蓋度的前提下，將不同層次植物搭配起來，增 強人工濕地的景觀效果。1.7.2 植物配置推薦不同生長型植物人工濕地特點大型浮水植物： 系統(tǒng)以浮水植物為主， 植物繁殖能力強， 可通過光合作用由根系向水體釋放 氧氣，可通過植物吸收有效去除N、P及重金屬等污染物，浮水植物目前主要用于N和P的去除和提高穩(wěn)定塘的效率；大型挺水植物： 系統(tǒng)以挺水植物為主，植物根系發(fā)達，可通過根系向基質(zhì)送氧，使基質(zhì)中形 成多個好癢、兼性厭氧、厭氧小區(qū)，利于多種微生物繁殖，便于污染物的多途徑降解，目前

17、 人工濕地主要指挺水植物系統(tǒng)；沉水植物： 系統(tǒng)以沉水植物為主， 該系統(tǒng)還處于試驗階段， 主要用于初級處理和二級處理后 的精處理。表面流型人工濕地有相關(guān)試驗表明， 混合分段種植不同生長型植物的人工濕地在污水綜合處理效率方面要遠高 于單一生長型植物配置的人工濕地。 表流人工濕地可選擇菖蒲、 燈芯草等挺水植物； 鳳眼蓮、 浮萍、睡蓮等浮水植物；伊樂藻、茨藻、金魚藻、黑藻等沉水植物。挺水植物的種植密度宜為9株/m225株/m2，浮水植物和沉水植物的種植密度均宜為3株/m29株/m2。垂直流型人工濕地下行植物床： 象草、艾蒿、血莧、水芋、海芋、野芋、薏苡、石芒草、白姜花、寬葉香蒲、 黃苞蝎尾蕉、水鬼蕉、

18、芒草、疊穗莎草、黃花藺、輪葉狐尾藻、水芹、水蓼等；上行植物床： 水芋、海芋、野芋、薏苡、象草、白姜花、寬葉香蒲、黃苞蝎尾蕉、水鬼蕉、 疊穗莎草、黃花藺、輪葉狐尾藻、水芹、水蓼等； 在這些植物中，象草、水芋、海芋、野芋、薏苡、石芒草、白姜花、寬葉香蒲、黃苞蝎尾蕉、 水鬼蕉、 芒草、 疊穗莎草等都生物量大、 根系發(fā)達， 是人工濕地的首選植物。 相對的， 艾蒿、 血莧、黃花藺、輪葉狐尾藻、水芹、水蓼等植物生物量小、根系淺，但具有較好的景觀效果或具有植物芳香味，適宜用作人工濕地搭配植物。垂直流水平潛流復合人工濕地 系統(tǒng)中水平潛流濕地池種植下述植物的任意一種或幾種組合：蘆葦、美人焦、 桃金娘、蜈蚣草、商

19、陸、李氏禾、風車草、印度芥菜； 垂直流濕地池種植下述植物的任意一種或幾種組合：燈芯草、千屈菜、東南景天、天藍遏藍菜、黑麥草、桃金娘、蜈蚣草、商陸、李氏禾、風車草、印度芥菜；所述垂直流濕地池與水平潛流濕地池中種植植物的數(shù)量比例為1：1.52; 待蓄水后，在垂直流濕地池的水面上種植浮水植物睡蓮和或鳳眼蓮。 本植物配置所用成本低、處理效率高、易生長、景觀效果好。2 人工濕地場地設計2.1 人工濕地規(guī)模按照設計污水處理能力將人工濕地分為小型、中型、大型三類。小型人工濕地污水處理工程的日處理能力v3000m3/d;中型人工濕地污水處理工程的日處理能力3000m3/d 10000m3/d;大型人工濕地污水

20、處理工程的日處理能力10000m 3/d。注：下限值含該值，上限值不含該值。2.2 人工濕地的處理效力當工程接納城鎮(zhèn)生活污水時，其設計水質(zhì)可參照 GB50014 中的有關(guān)規(guī)定;接納與生活污 水性質(zhì)相近的其它污水時，其設計水質(zhì)可通過調(diào)查確定;當工程接納城鎮(zhèn)污水處理廠出水時，其設計水質(zhì)應按 GB18918 中的規(guī)定取值;其進水水質(zhì)應滿足下表要求：表：人工濕地系統(tǒng)進水水質(zhì)要求（單位:mg/L)人工濕地類型B0D5CODCrSSNH3-NTP表面流人工濕地 50 125 100 10 3水平潛流人工濕地 80 200 60 25 5垂直潛流人工濕地 80 200 80 25 5處理效率如下:人工濕地系

21、統(tǒng)污染物去除效率（單位：%人工濕地類型BOD5CODCrSSNH3-NT-P表面流人工濕地40 7050 6050 6020 5035 70水平潛流人工濕地45 8555 7550 8040 7070 80垂直潛流人工濕地50 9060 8050 8050 7560 80通常情況下，人工濕地污水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)在地面水環(huán)境質(zhì)量標準 （GB3838）所述llIV類水之間。鏈接：依據(jù)地面水水域使用目的和保護目標將其劃分為五類：I類主要適用于源頭水、國家自然保護區(qū)。II類 主要適用于集中式生活飲用水水源地一級保護區(qū)、珍貴魚類保護區(qū)、魚蝦產(chǎn)卵場等。Ill類主要適用于式生活飲用水水源地二級保護區(qū)、一般魚

22、類保護區(qū)及游泳區(qū)。IV類 主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)。V類主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。2.3人工濕地工程項目構(gòu)成工程項目主要包括：污水處理構(gòu)（建）筑物與設備、輔助工程和配套設施等。污水處理構(gòu)（建）筑物與設備包括：預處理、人工濕地、后處理、污泥處理、惡臭處理等 系統(tǒng)。預處理裝置的設置要求：污水的B0D5/C0Dcr小于0.3時，宜采用水解酸化處理工藝。污水的SS含量大于100mg/L時，宜設沉淀池。污水中含油量大于50mg/L，宜設除油設備。污水的DO小于1.0mg/L時，宜設曝氣裝置。輔助工程包括：廠區(qū)道路、圍墻、綠化、電氣系統(tǒng)、給排水、消防、暖通與空調(diào)、

23、建筑與 結(jié)構(gòu)等工程。配套設施包括：辦公室、休息室、浴室、食堂、衛(wèi)生間等生活設施。人工濕地系統(tǒng)可由一個或多個人工濕地單元組成，人工濕地單元包括配水裝置、集水裝置、 基質(zhì)、防滲層、水生植物及通氣裝置等。2.4人工濕地的選址應符合當?shù)乜傮w發(fā)展規(guī)劃和環(huán)保規(guī)劃的要求，以及綜合考慮交通、土地權(quán)屬、土地利用現(xiàn) 狀、發(fā)展擴建、再生水回用等因素。應考慮自然背景條件，包括土地面積、地形、氣象、水文以及動植物生態(tài)因素等，并進行 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等方面的勘察。應不受洪水、潮水或內(nèi)澇的威脅，且不影響行洪安全。宜選擇自然坡度為0%3%的洼地或塘，以及未利用土地。2.5人工濕地的面積人工濕地的主要設計參數(shù)人工濕地類型BO

24、D5負荷(kg/hm2.d )水力負荷（m3/m2.d）水力停留時間（d）表面流人工濕地15 50v 0.148水平潛流人工濕80 120v 0.513地垂直潛流人工濕地80 120v 1.0 （建議值：北方：0.20.5 ;南方：0.4 0.8 ）13根據(jù)水力負荷設計濕地的面積，計算公式如下：A=Q/ qhs式中A人工濕地的面積，m2;3Q人工濕地設計水量，m /d;qhs水力負荷，m3/（m2.d）設計水量Q的確定根據(jù)水體的水力停留時間（指污水在人工濕地內(nèi)的平均駐留時間）設計每天需要處理的水量，計算公式如下：Q=V/T式中Q設計水量，m3/d ； V景觀水體中的水量，m3 ; T循環(huán)周期，

25、d。當水溫25C時，人工濕地水體的循環(huán)周期不宜超過2 3d,當水溫25C時循環(huán)周期可以適當延長，溫度越低則循環(huán)周期越長。2.6人工濕地的平面布局261表面流人工濕地表面流人工濕地幾何尺寸設計，應符合下列要求：a）表面流人工濕地單元的長寬比宜控制在3:15:1，當區(qū)域受限，長寬比10:1時，需要計算死水曲線；b）表面流人工濕地的水深宜為0.3m0.5m ;c）表面流人工濕地的水力坡度宜小于0.5%。2.6.2 潛流人工濕地a) 水平潛流人工濕地單元的面積宜小于1500m2；b) 潛流人工濕地單元的長寬比宜控制在c) 規(guī)則的潛流人工濕地單元的長度宜為 考慮均勻布水和集水的問題；d) 潛流人工濕地水深宜為 0.4m1.6me) 潛流人工濕地的水力坡度宜為 0.5%潛流人工濕地幾何尺寸設計，應符合下列要求： 800m2,垂直潛流人工濕地單元的面積宜小于3:1 以下；20m50m。