人工濕地研究進展、分類、技術(shù)特點課件

1、人工濕地&小微濕地基礎知識培訓【01】 人工濕地簡介1第1頁，共23頁。目錄CONTENTS人工濕地研究進展01020304人工濕地的分類及結(jié)構(gòu)人工濕地的集配水人工濕地的技術(shù)特點05新型人工濕地介紹第2頁，共23頁。人工濕地研究進展 人工濕地的定義美國濕地專家博士Hammer等將人工濕地定義為：“一個為了人類利用和利益，通過模擬自然濕地，人為設計與建造的由飽和基質(zhì)、挺水與沉水植被、動物和水體組成的復合體”。狹義的人工濕地，即人工濕地污水處理系統(tǒng)。人工濕地污水處理系統(tǒng)是人工建造的、可控制的和人工化的濕地系統(tǒng)，其設計和建造是通過對濕地自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學和生物作用的優(yōu)化組合來進行污水處理。廣

2、義的人工濕地是指人類為滿足生產(chǎn)、生活、防災、污水處理等目的人工修的濕地（如塘壩、魚塘、水景、稻田、水庫、潛流濕地等）。它以人類利益為主要目標，以社會服務為主要功能，不僅可以用于污水處理，還可以用于營造景觀、恢復自然濕地等，因此可稱為“功能性人工濕地”。第3頁，共23頁。人工濕地研究進展 人工濕地的發(fā)展及應用根區(qū)理論示意：世界上第一個用于處理污水的人工濕地（1903-1992年）：英國約克郡Earby；1974年建于西德的Othfensen濕地是世界上第一個完整的人工濕地，到了1977年，Seidel與Kichuth提出根區(qū)法理論；1987 年天津環(huán)境保護研究所建成首例蘆葦濕地工程1990 年，

3、我國第1 座實用型人工濕地處理系統(tǒng)深圳白泥坑濕地；好氧區(qū)：植物根系輸氧作用使根系周圍形成好氧區(qū)；缺氧區(qū)：好氧生物膜對氧的利用使距離根系較遠區(qū)域呈缺氧狀態(tài)；厭氧區(qū)：更遠的區(qū)域呈厭氧狀態(tài)；使硝化反硝化得以實現(xiàn)第4頁，共23頁。人工濕地研究進展 人工濕地的組成及其作用人工濕地的基本組成由水生植物、基質(zhì)、微生物和水體等部分構(gòu)成。水生植物挺水植物浮水植物沉水植物作用：直接吸收污水中的氮磷等污染物質(zhì)；為微生物提供附著界面，處在濕地水中的莖葉以及地下的植物根系為微生物附著生長提供了巨大的介質(zhì)；起到布水和降低水流的作用，為攔截、沉淀顆粒物提供更好的水利條件， 增加了污水和植物根系的接觸時間；根系釋氧。植物根系

4、可以通過釋放氧氣改變根系周圍環(huán)境的氧化還原狀態(tài)，從而改變根系周圍的生物環(huán)境。提高濕地床體的水力傳導性。植物的生長可以松動基質(zhì)，改善了土壤的水力傳導性能，有助于緩解床體堵塞第5頁，共23頁。人工濕地研究進展 人工濕地的組成及作用基質(zhì)人工濕地基質(zhì)又稱為填料，在濕地中主要發(fā)揮以下作用：作為植物的生長載體；為微生物提供大量的附著界面；直接通過物理化學作用凈化污水，并保證一定的水利傳導性能。微生物微生物是對污染物進行吸附和降解的主要生力軍：微生物在生長繁殖過程中直接吸收利用有機物和無機營養(yǎng)鹽；好氧、兼氧和厭氧細菌降解去除有機物，硝化/反硝化細菌通過硝化/反硝化去除有機氮化物；吸附或富集重金屬等有毒物質(zhì)。

5、第6頁，共23頁。人工濕地的分類及結(jié)構(gòu) 按濕地植物種類分如按濕地植物種類可分為挺水植物人工濕地系統(tǒng)、浮生植物人工濕地系統(tǒng)和沉水植物人工濕地系統(tǒng)。第7頁，共23頁。若按濕地的功能定位和用途，可分為水質(zhì)處理型、生境支持型、景觀游憩型及雨洪調(diào)蓄型濕地。01 水質(zhì)處理型濕地水質(zhì)處理型小微濕地是適用于處理農(nóng)村生活污水、農(nóng)田退水和地表徑流等的人工濕地。選取特殊填料料作為基質(zhì)，采用針對性的結(jié)構(gòu)設計，種植水質(zhì)凈化效果好的植被，極大的發(fā)揮濕地的生物凈化功能；有效的吸附，降解污水的中有機物、氮、磷等污染物，實現(xiàn)污水生態(tài)化處理；其按照水流位置可分為表面流濕和潛流濕地兩種類型。02 生境支持型濕地生境支持型小微濕地處

6、于水陸系統(tǒng)的過渡地帶，使?jié)竦刂袆又参锏男再|(zhì)、結(jié)構(gòu)兼有兩種系統(tǒng)的部分特征，具有豐富的生物多樣性。通過對濕地中水源、地形、土壤、動植物因子的設計，以期為當?shù)氐膭又参锾峁┻m合的生境；不同深度的水位形成了濕地植物陸生濕生水生逐漸過渡的生態(tài)特征，從而具備豐富的生物多樣性；該型小微濕地適用于人為活動較少，生物多樣性較豐富的區(qū)域。人工濕地的分類及結(jié)構(gòu) 按濕地功能與用途分第8頁，共23頁。04 雨洪調(diào)蓄型濕地雨洪調(diào)蓄型小微濕地主要突出小微濕地吸收和存儲洪水、調(diào)節(jié)小環(huán)境水位的作用。該類型濕地的構(gòu)建可結(jié)合濕地景觀及濕地凈化功能，設計為多功能調(diào)蓄池；平時可發(fā)揮正常的水體凈化、休閑娛樂等功能，在暴雨發(fā)生是發(fā)揮調(diào)蓄功能

7、，實現(xiàn)土地的資源的多功能利用。景觀游憩型小微濕地的建設側(cè)重于為當?shù)鼐用裉峁┯瓮骀覒虻膱鏊m用于人口較為集中、景觀需求較高的區(qū)域。一般需要根據(jù)地形條件布設棧道、小橋、亭臺軒榭等人文景觀，實現(xiàn)人工設施與自然景觀的有機結(jié)合；相比其他類型的濕地，該類型在植被選擇上更注重景觀植物的配置，營造良好的景觀效果；03 景觀游憩型濕地人工濕地的分類及結(jié)構(gòu) 按濕地功能與用途分第9頁，共23頁。按照系統(tǒng)布水方式及污水在系統(tǒng)中的流動方式，也可將人工濕地分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地三種類型。表面流人工濕地結(jié)構(gòu)特點：其與自然濕地相類似，采用表面布水的設計方式，水面暴露于大氣，水位通常較淺（一般

8、為0.1 m0.6 m）；運行特點：污水經(jīng)布水渠進入濕地床體，污水在整個人工濕地的表層水平推流式流動，通過濕地植物、基質(zhì)及內(nèi)部微生物間物理、化學、生物的綜合作用得到凈化；技術(shù)特點：與大氣的接觸面積大，表面流濕地系統(tǒng)氧氣供應充足，對懸浮物、有機物的去除效果較好；但對氮、憐的去除率相對較低。人工濕地的分類及結(jié)構(gòu) 按水的流動狀態(tài)分第10頁，共23頁。水平潛流濕地結(jié)構(gòu)特點：一般由土壤和各種填料組成的基質(zhì)層、表層種植的濕地植物及其深入基質(zhì)層的發(fā)達根系構(gòu)成的根區(qū)微生物組成；運行特點：污水一般由沿濕地床構(gòu)建的布水溝或布水管進入濕地系統(tǒng)內(nèi)，沿基質(zhì)層下部形成潛流并呈水平滲濾推進，通過基質(zhì)表層的生物膜、豐富的植物

9、根系及基質(zhì)的截留等作用得到凈化，然后，從系統(tǒng)末端集水管流出；技術(shù)特點： 常水位在濕地表面以下約100 mm處，衛(wèi)生條件較好，系統(tǒng)處于底部厭氧、中部兼氧和上部好氧的狀態(tài)， 適宜濕地系統(tǒng)內(nèi)微生物的好氧和厭氧代謝，對COD、BOD、有機污染的處理效果相對較好。人工濕地的分類及結(jié)構(gòu) 按水的流動狀態(tài)分第11頁，共23頁。垂直潛流濕地結(jié)構(gòu)特點：與水平潛流結(jié)構(gòu)較為類似，一般由土壤和各種填料組成的基質(zhì)層、表層種植的濕地植物及其深入基質(zhì)層的發(fā)達根系構(gòu)成的根區(qū)微生物組成；運行特點：污水經(jīng)布水裝置，垂直下行滲流入床體底部，或者垂直上行滲流入床體頂部，通過系統(tǒng)地表與地下滲濾過程中發(fā)生的物理、化學和生物反應得到凈化，最

10、后經(jīng)集水管或集水溝流出；技術(shù)特點：垂直潛流濕地通常采用間歇進水，氧通過空氣自由擴散與植物根莖運輸進入濕地內(nèi)部，使整個系統(tǒng)處于不飽和狀態(tài)或半飽和狀態(tài)，故該系統(tǒng)硝化能力強，氮去除效果較好。下行垂直潛流濕地上行垂直潛流濕地人工濕地的分類及結(jié)構(gòu) 按水的流動狀態(tài)分第12頁，共23頁。類型表面流人工濕地水平潛流人工濕地垂直潛流人工濕地特點污水在濕地的表面流動，水位較淺，多在0.10.6 m，與自然濕地最為接近污水在濕地床的內(nèi)部流動，從一端水平流過填料床污水在濕地床的內(nèi)部流動，從濕地表面縱向流向填料床的底部，或者從底部流向頂部。優(yōu)點對懸浮物及有機物有很好的去除效果；工程投資低，運行成本最低水力負荷較高，對污

11、染物去除效果好；很少有臭味和蚊蠅現(xiàn)象；運行成本較低硝化能力高，可用于處理氨氮含量較高的廢水。運行成本較低缺點占地面積大，夏季滋生蚊蠅產(chǎn)生臭味，衛(wèi)生條件較差，冬季或北方地區(qū)則易發(fā)生表面結(jié)冰現(xiàn)象控制相對復雜；脫氮、除磷的效果不如垂直流人工濕地；造價較高控制相對復雜；工程造價較高; 易發(fā)生堵塞及蚊蠅滋生等問題人工濕地的分類及結(jié)構(gòu) 按水的流動狀態(tài)分第13頁，共23頁。人工濕地的集配水 人工濕地的集配水方式人工濕地配水人工濕地的一般進水方式可分為單點布水、多點布水和溢流進水等，若人工濕地進水區(qū)較狹窄或濕地呈狹長形（長寬比很大），可采用單點進水，如果進水區(qū)較寬，則宜采用多點進水。單點進水多點進水溢流進水人

12、工濕地集水單一出水口多出水口溢流出水第14頁，共23頁。人工濕地的集配水 表面流人工濕地的集配水方式配水方式表面流人工濕地應確保配水均勻，配水方式可采用穿孔管、穿孔墻或三角堰穿孔管穿孔墻三角堰穿孔管相鄰孔距宜按人工濕地寬度的10%計算，不宜大于1 m，孔徑宜為2-3 cm。長度應與人工濕地寬度相同、高度宜為50 cm，開孔比例宜為30%。三角堰堰口為90角、堰口高0.1m、堰口寬0.2m，水面宜位于堰口高的1/2處。集水方式固定水坪堰可調(diào)節(jié)V字形槽口出水口裝置的重要功能之一提供濕地水位的控制功能，濕地水位要求是根據(jù)植物生長需要、水力停留時間和單元維護等確定的。此外，集水的設計應當在滿足正常運行

13、的基礎上考慮其他極端情況，如暴雨過程造成的水量增加。第15頁，共23頁。人工濕地的集配水 水平潛流人工濕地的集配水方式配水方式水平潛流人工濕地宜采用多點配水方式，可采用穿孔管或穿孔墻。穿孔管穿孔墻穿孔管相鄰孔距宜按人工濕地寬度的10%計算，不宜大于1 m，孔徑宜為2-3 cm。長度宜與人工濕地寬度相同，穿孔墻的開孔率可為30%，孔徑為55mm 115mm。集水方式水平潛流人工濕集水方式宜采用穿孔管或穿孔墻.穿孔管穿孔墻出水渠宜設置可旋轉(zhuǎn)彎頭或其他水位調(diào)節(jié)裝置。出水渠宜設置可旋轉(zhuǎn)彎頭或其他水位調(diào)節(jié)裝置。第16頁，共23頁。人工濕地的集配水 垂直潛流人工濕地的集配水方式配水方式配水支管長不宜大于6

14、 m、間距不宜大于2 m，孔口間距宜按人工濕地寬度的10%計，不宜大于1 m。垂直流人工濕地配水和集水系統(tǒng)均宜采用穿孔管。集水方式集水支管和配水支管宜間隔、交錯布置，集水支管進水孔徑宜為2 cm3 cm，且不應大于排水層材料的最大粒徑。第17頁，共23頁。人工濕地的技術(shù)特點人工濕地優(yōu)勢處理效果顯著：人工濕地系統(tǒng)對污染物有較強的降解能力，它對污水中的COD、BOD、SS、N、P都有很好的去除效果；此外，對污染物負荷的變化有著極強的適應力。投資少，運行維護成本低廉：濕地系統(tǒng)的基建和運行費用一般僅為傳統(tǒng)二級處理廠的l/10至l/2；無機電設備，能耗極低，維護方便，不需專業(yè)的技術(shù)人才進行管理，節(jié)約了運

15、行費用和人工費用。景觀效果好：人工濕地作為一種“自然”的處理技術(shù)，在其具有顯著的生態(tài)環(huán)境效益的同時，也有著較強的觀賞性；與都市風景園林建設相結(jié)合，建設集觀賞、娛樂和污水處理廠于一體的旅游景點。人工濕地劣勢受氣候條件限制：人工濕地由于其開敞的環(huán)境，以及依靠生物活性去除污染物，因此，受外界環(huán)境尤其是氣候影響大。占地面積相對較大：人工濕地凈污的效果與污水在濕地中流動的時間和空間充足與否有著很大的關(guān)系，所以與傳統(tǒng)的污水處理廠相比，濕地污水處理系統(tǒng)需要較大的占地面積，一般認為大約是傳統(tǒng)污水處理廠的2-3倍左右。容易產(chǎn)生淤積、飽和現(xiàn)象：隨著時間的推移，部分營養(yǎng)物質(zhì)會逐漸地積累，微生物相應大量繁殖，如果維護

16、不當，容易產(chǎn)生淤積、阻塞現(xiàn)象，使水力傳導性、濕地處理效果和運行壽命降低。第18頁，共23頁。新型人工濕地介紹 呼吸型人工濕地呼吸型人工濕地顛覆了傳統(tǒng)的人工濕地采用植物根系輸氧、植物吸收氮磷的理論，濕地采用間歇進水連續(xù)出水的配水方式，形成高浸潤面的缺氧狀態(tài)，低浸潤面的好氧狀態(tài)，使生物填料過濾層孔隙具有“呼吸”效果，增強基質(zhì)表面及孔隙復氧能力，可徹底實現(xiàn)無動力運行；當污水進水量較大時，浸潤面自然上升后逐步下降，此過程中液面降低的呼吸作用使大氣向下擴散，使生物填料過濾層間隙復氧；當污水進水量較小時，布水裝置通過配水系統(tǒng)將污水均勻的分布在生物填料過濾層上，污水下滲過程中與空氣中的氧氣、微生物及植物根系

17、充分接觸而得到復氧、除碳、硝化及反硝化；通過層流布水裝置使布水均勻，不外溢異味，其上部的覆蓋可有效避免蚊蠅滋生；濕地運行一段時間后（1-2年后），堵塞層一般由2-3mm厚的泥膜所組成，覆蓋在濕地主濾料的表層，經(jīng)過落干、清理，輕易恢復通量，可確保濕地長期穩(wěn)定運行；第19頁，共23頁。新型人工濕地介紹 呼吸型人工濕地浙江省麗水市壺鎮(zhèn)鎮(zhèn)某村處理站 項目位置：浙江省麗水市壺鎮(zhèn)鎮(zhèn)處理規(guī)模：30 m3/d呼吸型人工濕地面積：90平方米呼吸型人工濕地水力負荷：0.33處理站投資：27萬工 藝：厭氧預處理+呼吸型人工濕地進出水水質(zhì)：污染物COD（mg/l）NH-N（mg/l）SS（mg/l）進水182.659

18、.38118.0110出水49.341.25.366工藝流程項目建成效果第20頁，共23頁。新型人工濕地介紹 電解人工濕地耦合技術(shù)技術(shù)特點：通過在水平潛流人工濕地中添加鐵陽極和鐵陰極，構(gòu)建電化學與人工濕地耦合水質(zhì)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)硝態(tài)氮在鐵陰極的強化電化學還原；通過犧牲鐵陽極產(chǎn)生鐵離子，進而實現(xiàn)磷酸鹽磷的原位絮凝沉淀作用；凈化機理：硝態(tài)氮在鐵陰極的表面被電化學還原成氮氣、氨氮、亞硝態(tài)氮等物質(zhì)；其次，電解過程中產(chǎn)生一定量的氫氣，氫氣的生成有利于促進基質(zhì)表面氫自養(yǎng)反硝化微生物的生長。氫自養(yǎng)反硝化微生物將氫氣作為電子供體，有利于低碳源水體中硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的去除；通過鐵陽極在電解過程中產(chǎn)生二價鐵離子，二價鐵離子進一步氧化后生成三價鐵