人工湿地处理系统

1、前言目前，我国污水处理工艺几乎全部采用化学工艺，这样处理有一定的弊端，如：原料成本大，容易造成二次污染；污染废弃物还要经过深度处理等。近年来，环境科学研究在迅速发展，各种水污染处理的方法层出不穷，其中生态处理技术人工湿地技术由于基建投资低、运行费用省(仅为传统二级污水处理厂的1/10-1/2)，出水水质好，抗冲击力强，氨氮去除率高，操作简单，维护方便，同时可使污水处理与环境生态建设有机结合，在处理污水同时创造城市生态景观等特点逐步被越来越多的国家接受，并广泛应用。目前，在美国约有600多座人工湿地系统用于处理市政、工业和农业废水；在丹麦、德国、英国每个国家也都至少有200个地下潜流湿地系在运行；新西兰也有80多个人工湿地系统被投入使用。2、人工湿地的定义用人工湿地（constructed wetland,CW）来处理城市污水是20世纪7080年代发展起来的生态处理法，是由人工建造的具有自然湿地系统综合降解和净化功能且可人为控制的集物理、化学、生化反应于一体的废水处理系统。人工湿地的工艺原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的共同作用来实现对污水的净化。这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合组成填料床，污染水可以在床体的填料缝隙中曲折流动，或在床体表面流动。在不同材质、不同粒径配比的基质填料上种植特定的处理性能好、成活率高的净水植物，形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理，从而成为人工建造的、可控制的、工程化的湿地生态系统。当污水通过湿地系统时，其中的污染物质通过沉积、过滤、吸附和分解等作用得到净化。同时，人工湿地中的植物除了增加湿地基质的透水性，还能与周围环境的原生动物、微生物等形成各种小环境，通过氧的传递，形成特殊的根际微生态环境，这一微生态环境具有很强的净化废水的能力。研究表明，城市污水在35 h 内流过200 hm2 以上的沼泽湿地后，硝酸盐即可减少63%，磷减少57%。3、人工湿地的构成人工湿地是由人工介质以及生长在人工介质上的水生植物、微生物和微型动物组成。人工介质又称填料或滤料，一般由土壤、细沙、粗砂、砾石、碎瓦片或灰渣构成，其作用是为水生植物的根提供物理固定和支持、同时也为各种复杂离子、化合物提供反应界面、位微生物提供附着载体。填料要求具有良好的透气性和透水性。水生植物在人工湿地系统中气固定床体表面、提供良好过滤条件、防止湿地被淤泥淤塞、为微生物提供良好的根区环境以及冬季运行支持冰面的作用。水生生物还具有显著增加微生物的附着、将大气氧传输到底部、增加或稳定土壤的透水性等作用。微生物和微型动物以有机污染物质作为营养物质，将其转化为细胞质或分解获得能量，从而去除湿地中的水溶性有机物。4、人工湿地的分类根据湿地中主要植物形式人工湿地可分为：浮游植物系统;、挺水植物系统、沉水植物系统。其中沉水植物系统主要应用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塘效率。目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。根据废水流经的方式，可分为表面流湿地(surface flow wetland,SFW)、潜流湿地(subsurface flow wetland,SSFW)、立式流湿地(vertical flow wetland,VFW)。表面流湿地和立式流湿地因环境条件差(易孳生蚊虫)，处理效果受气温影响较大以及对基建要求较高，现多不再采用。故人工湿地大部分采用潜流式湿地系统。潜流式湿地的污水在填料层表面下潜流，它由一个或多个填料床组成，床体填充人工介质，床底设有防渗层，防止污染地下水。潜流式湿地能充分利用整个系统的协同作用，水力负荷大，占地小，对BOD、COD、SS、重金属等污染指标的去除效果好，卫生条件也较好，但控制相对复杂，脱氮除磷效果较差。5、人工湿地的净化作用 (1)人工湿地中的氮的去除。 人工湿地系统对氮的去除作用包括介质的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生物的硝化、反硝化等。氮是植物生长的必需元素，废水中的有机氮、NH3-N和NO3-N，均可被人工湿地中的植物吸收，合成植物蛋白质，最后通过植物的收割加以去除。另一部分NH3-N还可以挥发到大气中去。微生物的硝化和反硝化作用对氮的去除具有重要作用。（2）人工湿地中磷的去除。与去除氮元素相似，磷元素的去除主要也是通过填料、植物以及微生物的共同作用来完成的。人工基质密实的结构可通过吸附、过滤、沉淀和离子交换作用将不可溶的大分子磷去除；可溶性的磷化物在污水中与一些金属离子如铝、镁等发生离子交换反应，从而生成不溶性磷化物。不溶性磷化物将被人工基质吸附、沉淀，后以污泥的方式排出。水生植物对磷元素的去除主要是通过自身的吸附作用，依据经验芦苇、茭白的去除能力较其他品种的植物强。水中的磷元素还可以通过水中聚磷菌的作用去除。（3）人工湿地中有机物的去除。人工湿地对有机物有较强的降解能力。对不溶性有机物的去除主要依靠人工湿地中填料的吸附、过滤作用和自身的沉淀功能。有资料表明：不溶性的SS，可在进水的10m内去除90%。但对于浓度过高的污水，需要通过一定的停留时间来进行过滤和沉淀。可溶性有机物则主要依靠湿地中植物的吸收作用。湿地植物的根系通过动力将可溶性有机物运送并固定，也可利用根系生物膜的吸附作用达到吸收净化效果。同时湿地中的微生物则利用分解代谢作用除去污染物。（4）人工湿地中的金属离子的去除。人工湿地中的金属离子主要通过植物的吸收和生物富集作用、土壤颗粒的吸附、硫化物沉淀等途径去除。6、人工湿地技术在我国的应用和发展（1）复合垂直流人工湿地技术近年来，我国不断地对人工湿地处理技术加以深入研究和实践，中国科学院水生生物研究所的专利复合垂直流人工湿地技术在海南推广使用，并取得良好的社会效益和经济效益，其突出优点是系统净化功能强，劣类的地表水经过处理后出水指标可达到类标准，原生活污水经过处理可达污水综合排放标准GB/T8978-1996 一级排放标准。这一技术不仅可对污水进行集中处理，而且可因地制宜进行分散处理，这一系统常年运行比较稳定，即使在冬季也有较好的净化效果。工程建设运行费用较低也是人工湿地技术的重要特点。采用复合垂直流人工湿地技术的单位投资成本约1100元/t，大约为一般二级污水处理厂的1/3；运行成本低于0.1 元/t，仅为一般二级污水处理厂的1/6。同时，这一系统日常运行管理维护只需1 名兼职管理人员。（2）组合式人工湿地处理生活污水技术 “物理生物人工湿地”组合的生活污水处理技术工艺流程为：污水格栅井隔油池调节沉淀池厌氧消化池生物滤池填料池人工湿地排灌沟渠。这项工艺不需建设居住区外的排水管道，投资省；“物理生物人工湿地”可以分建或合建，利用河塘边坡、绿化地，不占或少占田地；人工湿地可与小区绿化有机结合，栽种观赏植物，成为小区的一个景观，可谓一举多得。人工湿地净化出水水质优于城镇污水处理厂污染物排放控制标准的级标准，可直接排入环境水体中，也可作小区景观水体的补充水，或用作农灌，在缺水地区是水资源循环利用的有效措施。污水处理过程中如地形允许，可利用水位差，无须动力提升，故无运行能耗，只需少量定期维护管理的人工费。在鄂州市百里长港示范区磨刀矶村等地，人工湿地已经成为农村新景观。通过对生活污水进行处理，农村脏、乱、差现象大为改观，农村居民的生产、生活环境质量得到改善和提高。广大术、好氧技术等综合处理，再利用土地自然净化或人工湿地净化处理或农田灌溉等技术同时也可以查看中国污水处理工程网更多人工湿地处理技术处理生活污水的技术。7、结语 总得来说, 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。参考文献：（1）白晓慧，王宝贞等.人工湿地污水处理技术及其应用发展哈尔滨工业大学学报第32卷第6期（2）沈耀良等.新型废水处理技