（环境科学专业论文）红树植物人工湿地处理生活污水的净化效应及其机理研究.pdf

巾l b 夫学确 隆文：瓤辑植耪人工灞照照矮生活污衣的净纯效赢及其謇i 壤辑究 毵浓爱处理除投载本援、掇笾姆和无瓣海桑3 秘红秘缝魏大王滋邀系统中 污染物去隙的途径足以基腻的物理化学作用为主，植物的吸收作用的影响程度 较低。磊浓凄链理除段，入上瀑戆楚子戳麓葳黪纛化学作箱为主，季蠢耱佟蠲逐 步增强的阶段。 3 种红树植物淡水种植1 年，植物生态指标监测结果证明3 种红树植物适 应新的牛长环境。植株个体彤态指标与种植初期相比均有显著增长，植株的平 均基径月变化、平均茎高月变化和叶片数甲均量之问均呈增长趋势，3 种植物 牛物量增长量比较，无瓣海桑，桐花树，木榄。相对生长速率也是海桑，桐花树) 木榄。3 种红树植物凋落物生物量：无瓣海桑 桐花树，木榄。捌落物生物量、 植株的平均茎高、基径、生物量之间存在极硅著相关关系。 总之，污水实验对木榄、桐花树和无瓣海桑植株没有明显的不利影响，反 而对3 种植物的生长有一定的促进作用。温地系统的去除效果良好，但目前湿 地仍未成熟，仍处于基质作用逐渐减弱，植物作用逐渐增强的过程，植物处理 池与未种植物的对照池之间净化效果差异不显著，随着植物的生长，红树植物 的作用会进一步增强， 对人1 = 湿地污染物去除的作用更大。 关键词： 红树植物人工湿地生活污水无瓣海桑桐花树木榄淡水 i i 皇生奎登缝主笙奎：墼壁堇望盎三望些整矍竺鎏鎏窭篷登堡整壅墨茎璺篓塑窒 s t u d y o nt h ep u f i f y i n ge f f e c t sa n dm e c h a n i s mo fd o m e s t i c w a s t e w a t e ri nm a n g r o v e sp l a n t sc o n s t r u c t e dw e t l a n d m a j o r ：e n v i r o n m e t a ts c i e n c e n a m e ：l u os u ih u a s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rc h e ng n i z h u a b s t r a c t t h r e es p e c i e so fm a n g r o v e sp l a n t sb r u g r i e r af y m n o r r h i z a 但jp o i l ，a g e i c e r a s c o n i c u l a t u m 陋) b l a n c o , s o n n e r a t i aa p e t a l ab u c h h a m ，c o n s t r u c t e dw e t l a n ds y s t e m w a sb u i l du pi nt h ef i e l d t h ee f f e c t sf o rp u r i f y i n go ft h ed o m e s t i cf r e s hw a s t e w a t e r a n dt h eg r o w t ho ft h em a n g r o v e si n t h i sf r e s h w a t e ra r t i f i c i a lw e t l a n ds y s t e ma r e s t u d i e d t h em a i nr e s u l t sw e r ed e s c r i b e da sf o l l o w s ： i nt h ep r o c e s ss t a g eo fl o wc o n c e n t r a t i o n ，t h er e m o v i n gr a t ew a s ：b o d 5 8 5 9 5 ，t pk e e p i n gt om o r et h a n6 0 a n dt nk e e p i n gt om o r et h a n5 0 e x c e p t n 0 2 。n ，s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e o ft h eo u t c o m i n gc o n c e n t r a t i o nc a n n o tb ef o u n d b e t w e e nt h ec o n t r o la n dt h et h r e es p e c i e so fm a n g r o v e st r e a t m e n tg r o u p s i nt h ep r o c e s ss t a g eo fo r i g i n a lc o n c e n t r a t i o n ，t h er e m o v i n gr a t eo fb o d 5i s h i g ha n ds t e a d y , k e e p i n gm o r et h a n9 2 ，a n dt pi sk e e p i n gm o r et h a n5 0 ，t ni s k e e p i n gm o r et h a n3 5 e x c e p tn 0 2 一na n dn 0 3 一- n s i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo ft h e o u t c o m i n gc o n c e n t r a t i o nc a n n o tb ef o u n db e t w e e nt h ec o n t r o la n dt h et h r e es p e c i e s o fm a n g r o v e st r e a t m e n tg r o u p s i nt h es i n g l ec y c l eo ft h el o wc o n c e n t r a t i o np r o c e s ss t a g e ，i tc a nb ef o u n dt h a t t h ec u r v i l i n e a rt r e n do ft h ef i v ed i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o no fw a t e rq u a l i t y i n d e x e sb o d 5 ，t p , t n ，n h 4 + 一na n dn 0 3 。ni so b v i o u s l yi d e n t i c a l a n ds i g n i f i c a n t d i f f e r e n c eo ft h er e m o v i n ge f f e c t so ft h e s ef i v ei n d e x e sb o d s ，t p , t n , n i 4 4 - - na n d n 0 3 - - nc a nn o tb ef o u n db e t w e e nt h ec o n t r o la n dt h et h r e e s p e c i e so fm a n g r o v e s t r e a t m e n tg r o u p s t h ec u r v i l i n e a rt r e n do ft h ec o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o no fw a t e r q u a l i t y i n d e xn 0 2 。ni sc o m p l i c a t e d ，b u ts i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo ft h er e m o v i n g e f f e c t so ft h ei n d e xn 0 2 - - nc a nn o tb ef o a n db e t w e e nt h ec o n t r o la n dt h et h r e ek i n d s o fm a n g r o v e st r e a t m e n tg r o u p s i nt h es i n g l ec y c l eo ft h eo r i g i n a lc o n c e n t r a t i o np r o c e s ss t a g e ，i tc a nb ef o u n dt h a t t h ec o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o no fw a t e rq u a l i t yi n d e x e sb o d s ，t p , t na n dn i 4 + ni s s i m i l a rt ot h el o wc o n c e n t r a t i o n a n ds i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo ft h er e m o v i n ge f f e c t s p l h 夫学赣主埝文；红糖植秘a 工灌建箍璀篷惩污承瓣净纯蕺穗及羹辘理研究 o ft h e s ef i v ei n d e x e sb o d s ，t 冀t n ，n 珏4 + 一na n dn 0 3 乙nc a nn o tb ef o u n db e t w e e n t h ec o n t r o la n dt h et h r e es p e c i e so fm a n g r o v e st r e a t m e n tg r o u p s t h ec o n c e n t r a t i o n f l u c t u a t i o no ft h ei n d e x e sn 0 2 - na n dn 0 3 - ni sr e l a t i v e l yl a r g ei no n e p r o c e s sc y c l e 。 t h eo u t c o m i n gc o n c e n t r a t i o no ft h et h r e es p e c e i so fm a n g r o v e st r e a t m e n tg r o u p si s l o w e rt h a nt h ec o n t r o la n ds i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo ft h eo u t c o m i n g c o n c e n t r a t i o no f n 0 2 - na n dn 0 3 - _ nc a nb ef o u n db e t w e e nt h ec o n t r a s tp o n da n dt h et h r e es p e c i e so f m a n g r o v e st r e a t m e n tg r o u p s t h ep u r i f i c a t o r yw a yo fc o n t a m i n a t i o ni sm a i n l yp l a y e db yt h ep h y s i c a la n d c h e m i s t r yw a yi nt h es t a g eo fl o wc o n c e n t r a t i o n t h ef u n c t i o no fp l a n ti sl e s st h a n t h eg r a v e lb e da n di ti so b v i o u so n l yi nt h e c o n c e n t r a t i o no fn 0 2 一n t h ep u r i f i c a t o r y w a yo fc o n t a m i n a t i o ni sa l s om a i n l yp l a y e db yt h ep h y s i c a la n dc h e m i s t r yw a yi nt h e s t a g eo fo r i g i n a lc o n c e n t r a t i o n t h ef u n c t i o no fp l a n tb e c o m e sm o r eo b v i o u si nt h e c o n c e n t r a t i o no fn 0 2 - na n di nt h ec o n c e n t r a t i o no fn 0 2 一一ni nt h el a t e rs t a g e a f t e rt h em a n g r o v e sp l a n t sp l a n t i n gi nt h ec o n d i t i o no ff r e s hw a t e rf o ro n e y e a r , t h ei n d i v i d u a lc o n f i g u r a t i o ni n d e x e sh a ds i g n i f i c a n tr i s i n gc o m p a r et ot h ei n i t i a l s t a g e s t h ep l a n t sc a l la d a p tf o rt h ef r e s h w a t e rc o n s t r u c t e dw e t l a n ds y s t e m t h e a v e r a g es t e mh e i g h t ，a v e r a g es t e md i a m e t e ra n dt h ea v e r a g el e a fn u m b e rw e r ea l lo n t h et r e n do fr i s eu p c o m p a r i n gt h eb i o m a s so ft h et h r e es p e c i e so fm a n g r o v ep l a n t s ， s o n n e r a t i aa p e t a l ab h c h h a m a g e i c e r a sc o n i c u l a t u m ( l 1b l a n c o b r u g r i e r a f y m n o r r h i z a 亿) p o i l t h el i t t e rb i o m a s sc o m p a r i n g ：s o n n e r a t i aa p e t a l ab u c h h a m a g e i c e r a sc o n i c u l a t u m 仁jb l a n c o b r u g r i e r af y m n o r r h i z a 阻jp o i l e x t r e m e l y s i g n i f i c a n tr e l a t i o n s h i pc a nb ef o u n db e t w e e nl i t t e rb i o m a s s ，a v e r a g es t e mh e i g h ta n d a v e r a g es t e md i a m e t e r , a n dt o t a lb i o m a s s a sac o n c l u s i o n ，d o m e s t i cf l e s hw a s t e w a t e rd i s c h a r g en o to n l yd i dn o tc a u s e a p p a r e n ti m p a c to ns o n n e r a t i aa p e t a l ab u c h - h a m , a g e i c e r a sc o n i c u l a t u m 仁j b l a n c o , b r u g r i e r af y m n o r r h i z a 仁jp o i l s e e d l i n g s ，b u ts t i m u l a t e dt h ep l a n t sg r o w t h t h ec o n s t r u c t e dw e t l a n dd i ds i g n i f i c a n tp u r i f y i n gt ot h ed o m e s t i cf l e s hw a s t e w a t e r b u tt h ec o n s t r u c t e dw e t l a n dw a ss t i l lj u v e n i l i t y , a n dw a so nt h ec o u r s eo ft h eg r a v e l e f f e c t d e c r e a s i n ga n dt h ep l a n t se f f e c ti n c r e a s i n g t h ep u r i f y i n ge f f e c td i f f e r e n c e b e t w e e nm a n g r o v ep l a n t st r e a t m e n ta n dt h ec o n t r o lp o n dw i t h o u t p l a n t s i s n t s i g n i f i c a n t d u r i n gt h ec o u r s eo fm a n g r o v e sp l a n t sg r o w i n g ，t h ep u r i f ye f f e c to f m a n g r o v e sp l a n t sw o u l db ee n h a n c i n g ，a n dw o u l dt a k eam o r ei m p o r t a n tp a r to f ft h e r e m o v a lo fp o l l u t i o n s k e yw o r d ：m a n g r o v e sp l a n t sc o n s t r u c t e dw e t l a n d ，d o m e s t i cw a s t e w a t e l s o n n e r a t i aa p e t a l a8 h c h h a m , a g e i c e r a sc o n i c u l a t u mm ) b l a n c o , b r u g r i e r a f y m n o r r h i z a 阻，p o i l ，f l e s hw a t e r t 扣出丈学磺士论文：红辫植犍 豫基地齄璞生活污东的净化簸赢及其撬理姘究 1 1 水资源现状 前言 水是生命之源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。地球l 海洋、河 流、冰川融化水、地f 水、湖泊、大气含水、土壤水和生物水，在地球周围形 成了一个紧密联系、相互作用，又相互交换的水圈。全球总贮水量估计为1 3 9 亿立方f 米，但其中淡水总量仅为0 3 6 亿立方千米，仅占全球总贮水量的 2 5 9 。除冰川、冰帽和地下水外，可利用的淡水总量不足全球总贮水量的1 。 “水资源”通常是指水圈中逐年可以得到更替、在较长时间内又可以保持动态 平衡的水量【j 1 。 1 1 1 世界水资源现状 人类在早期对水资源的开发利用、主要是在农业、航运、水产养殖和水能 利用等方面，而用于工业和城市生活的水量很少，直到本世纪初，工业和城市 生活用水仍只占总用水量的1 2 左右。2 0 世纪5 0 年代以后，全球人口急剧 增长，工业发展迅速。人类对水资源的需求急剧增长的同时，日益严重的水污 染蚕食大量可供消费的水资源。据联合国水资源世界评估报告显示，全世界每 天约有2 0 0 吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8 升淡水：所有流 经亚洲城市的河流均被污染；美国4 0 的水资源流域被加工食品废料、金属、 肥料和杀虫剂污染；欧洲5 5 条河流中仅有5 条水质差强人意。2 0 世纪，世界 人n 增加了两倍，而人类用水增加了5 倍。世界一e 许多国家正面临水资源危机： j 2 亿人用水短缺，3 0 亿人缺乏用水卫生设旖，每年有3 0 0 _ 万到4 0 0 万人死于和 水有关的疾病。到2 0 2 5 年，水危机将蔓延到4 8 个国家，3 5 亿人为水所困。水 资源危机带来的生态系统恶化和生物多样性破坏，也将严重威胁人类生存。水 资源危机既阻碍世界可持续发展，也威胁着世界和平。过去5 0 年中，由水引发 的冲突共5 0 7 起，其中3 7 起有暴力性质，2 l 起演变为军事冲突。专家警告说， 随着水资源日益紧缺，水的争夺战将愈演愈烈”1 。 巾由大学磺十论文：红秘植梅a t 滢地娃壤生活污东静净纯效赢及萁橇理骈究 1 。1 ，2 我毽承资源褒获 我国是个水资源贫乏的国家，淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿i n 3 ，占全球水资 源总量的6 ，居世界第四位。目前人均水资源量为2 3 0 0m 3 ，仅为世界人均占 有量的1 4 ，位居全世界的1 2 1 位，是全球1 3 个水资源最贫乏的国家之一，而 且水资源的时空分布极为不均，全国6 6 8 座城市中有4 0 0 多座城市缺水【3 4 】。我国 水环境恶化的趋坍也没有得到有效的遏制。目前仍面临三大难题：一、主要污 染物排放量远远超过水环境容量。二、江河湖泊普遍遭受污染。仝幽七大江河 水系7 4 1 个监测断面中，4 1 的嗡测断面水质劣于五类标准；全国7 5 的湖泊 出现不同程度的富营养化。三、生态用水缺乏，水环境恶化加剧【5 i 。 尽管通过经济结构调整，依法关闭、淘汰了一批技术落后、浪费资源、污 染严重的小企业，积极推行清洁生产，深化工业废水处理等措施，工业废水污 染得到一定程度的控制，但是随着城市化的发展和人民生活水平的提高，城镇 ，活污水排放量呈逐年增长趋势，根据2 0 0 2 年的环境公报中的数据显示，从 1 9 9 9 年j 1 ：始，我国的生活污水从总量到c o d 排放量都已经超过工业废水( 见 表1 - 1 ) 1 5 1 。 表1 - 1 废水及主要污染物排放统计 t a b l e i 一1w a s t e w a t e ra n dk e yp o l l u t i o n d i s c h a r g ea c c o n t i n g ! 竺二互二至二j 二二 二互i 1 9 9 8 3 9 5 3 2 0 0 5 1 9 4 81 4 9 6 6 8 0 0 66 9 5 0 1 9 9 94 0 1 11 9 7 ，3 2 0 3 81 3 8 8 9 6 9 1 7 6 9 7 2 2 0 0 0 4 1 5 2 1 9 4 2 2 2 0 91 4 5 5 0 7 0 4 57 4 0 5 2 0 0 14 3 2 92 0 2 3 2 3 0 ，31 4 0 4 8 6 0 7 57 9 7 3 2 0 0 2 4 3 9 ，5 2 0 7 2 2 3 2 31 3 6 6 9 5 8 4 07 8 2 9 增减率( ) 1 52 3 0 92 7 3 9。1 8 日前我国七大水系主要污染指标前四位分布是石油类、生化需氧量、氨氮、 高锰酸盐指数，这表明水质污染已从过去的工业污染转向以生活有机污染为主， 生活污水成了水环境污染的主要来源。治理污水的重点便落在治理生活污水 1 2 中出大学臻卡论文；毵搪裢镑夫。瀑避箍壤生话污承蕊净纯簸域及其撬理鞭究 1 。2 生活污承治理辚究进鼹 2 。l ，耋活污承黪危害 生活污水是居民在日常工作和生活中产生的各种污水的总称，其中主要是 粪便和洗涤污水。生活污水的主要污染物是有机物和氮、磷等营养物质，不同 生活污水的水质指标及主要污染物相差不是很大，差别主要在污染物浓度【8 i 。 大蕈的生活污水未经处理直接排入江河湖海，导致河流的水质下降，饮用水源 受污染，生活用水安全受到威胁【6 i ，河流湖泊水体富营养化；以及引起浅海 环境严重污染，赤潮时有发生。 对太湖流域水污染的研究显示，生活污水对流域水环境污染的贡献率十分 l i 丁观，尤其是对t p 指标，生活污水贡献率达6 0 以上n 近年来，广东海域水质恶化，目前全省生态功能较好的海湾、河门、海岸 带已不足2 0 ，部分海域赤潮频发，珠江口海域已出现“荒漠化”现象，并有向 全省近海扩展的趋势1 1 0 l 。生活污水是造成广东省近海环境污染的重要因素。由 于市政污水处理设施不足，大量的生活污水源源不断地通过江河进入大海。据 统计，2 0 0 3 年仅珠江携带入海的c o d 、氨氮、磷酸盐等污染物就达到1 9 0 多万 吨这些污染物导致海水营养化程度大大增加，成了诱发赤潮的“元凶”。其中， 磷的主要来源就是人们使用的各种含磷洗涤剂所产生的污水，这些污水的排入 导致海水的富营养化，是引发海洋赤潮的重要条件。大量污染物日积月累，致 使珠江口海域水质普遍超出i i i 类海水水质标准，渔业瓷源受到严重的影响f 1 0 “2 1 。据统计，自1 9 9 8 年以来，广东省海域发生的赤潮事件5 9 宗，主要分布 在珠江口、大鹏湾、大亚湾和柘林湾海域1 1 3 1 。赤潮的发生不仅对渔业有严重的 危害，有些赤潮藻会产生毒素，毒素在贝类和鱼体内累积，人食用时中毒，严 重的能导致死亡1 1 4 1 。淡水水体富营养化时，蓝藻的过度繁殖，会造成水味腥臭、 透明度下降、消耗水体溶解氧，其中的微囊藻属、颤藻属、鱼腥藻属、念珠藻 属等藻类自身及其代谢产物有毒性和致癌作用，危害人体健康。研究发现，蓝 绿藻水华中的微囊藻毒素与人群中的肝癌有密切的关系。因此加强生活污水 的治理，减轻生活污水对河流、湖泊、海洋等水体及其周边环境的污染，已经 是刻不容缓。 中垂大学硕士论文：鲢褥穰耪a 王= 薅遗链壤生活污承瓣净纯效礴及箕极臻辑究 1 2 2 缓枣生嚣污零生烧楚理鬻嫂技术 城枣污承事物处理技术近年寒缛到了迅速发展，出现缀多瓤型豹生物处理 技术，如s b r 法、m s b r 法等，这些新技术有的已经在实际工程中得到很好的 应爝，翼翦我围童滔污隶始理普遍袋嚣j 茨王艺包搀：营运涎搜污滠法、氧纯沟 法、s b r 法、a b 法、生物接触氧化法等8 、1 6 ”、1 8 1 。 1 2 2 1 普通活性污泥法 普通活性污泥法利用活性污泥在水中的凝聚、吸附、氧化分解和沉淀作用 等，去除污水中的有机污染物的水处理过程1 6 l 。该方法起源于二十世纪初，是 目日口应用最为广泛的生物处理技术。普通活性污泥法的处理系统主要山曝气池、 - 次沉淀池、曝气系统以及污泥回流系统等组成。 普通活性污泥法历经几 年的研究和应用，产生出多种各具特色的运行方 式。日前普通活性污泥法及其改良型a o 、a z o 法在我国的城市生活污水处理 中也有较多的应用。其缺点是处理过程巾需要充入空气，动力消耗比较大，而 且有剩余污混排放。 1 - 2 2 2 氧化沟法( o x i d a t i o nd i t c h 缩写为o d ) 氧化沟也叫氧化渠，也称为循环曝气池，是一种改良的活性污泥法。几种 典型的构造形式包括卡罗塞式( c a r r o u s e l ) 氧化沟、奥贝尔( o r b a l ) 型氧化沟、 交替工作式氧化沟、曝气一沉淀一体化氧化沟等 氧化沟的特点为：( 1 ) 一般不设仞沉池和污泥消化池，结构简单，i ：艺稳 定，管理方便；( 2 ) 有机物去除率较高，具有脱氮功能；( 3 ) 基建投资、运行 费用较低，适用十中小规模的低负荷污水处理。其缺点：必须采用良好的曝气 装置才能保证处理效率，动力消耗较大，且有剩余污泥产生。 1 2 2 3 序批式活性污泥法( s b r 法) 序批式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ，缩写为s b r ) ，是近年来在 曰内倍受重视，研究日趋增多的一种污水生物处理新技术。s b r 是在将初沉池、 反应池和二沉池放在同一的反应器内，按时间顺序进水、反应( 曝气) 、沉淀、 出水、待机( 闲置) 等基本操作，从污水的流入开始到待机时间结束为一个周 4 f l 由大学礤卡论文：红辫穰耪a 工湿遣始理生活污承鹣净佳簸斑覆其辊理辫究 臻操作。 s b r 法的优点是工艺流程简单，占地丽积小，造价较普通活性污泥法低； 单池溺歇运行，可戳实现好氧、缺筏和厌裁狡态交酱鹃环壤条舞，鸯桩锈去豫 率岗，脱氮除磷效果好；远行方式挺活，可根据污水情况进行调节，抗冲击负 荷强，出承水质稳定；污混沉降性能好，污湄量较少；各操作阶段及各项运行 接挺鄂能够通过 十算机加以控制，易于维护管理。英缺点是对自动化要求较赢。 1 2 2 4 a b 法 a b ( a d s o r p t i o nb i o d e g r a d a t i o n ) 法污水处理工艺是吸附一生物降解工艺的 简称。a b 法是两段活性污泥法，分为a 段和b 段，a 段为吸附段，b 段为氧 化段。以a 段为一级处理系统。a 段和b 段拥有各自独立的污泥回流系统，各 自独特的微生物种群，有利于系统功能的稳定。 与传统生物处理工艺相比，去除b o d 和c o d 效果更好；具有很强的抗冲 击负荷能力，运行稳定性好；投资和运转费用较低， 。般来说，比传统。段法 处理工艺节省运行费用2 0 o 2 5 。 1 2 2 5 生物接触氧化法 生物接触氧化法是利用固定在填料上的生物膜，吸附和网捕水中的有 机污染物，并加以氧化分解，使污水净化。其主要构筑物包括池体、填料、布 水装置和曝气系统等，填料是生物接触法的核心，是微生物的载体，其特性对 接触氧化池中的生物固体量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触情 况等起着重要的作用，必须根据废水性质、有机负荷等方面选择适当的填料： 布水系统使进水均匀分布；曝气装置通过充氧维持微生物正常活动，防止填料 堵塞，促进生物膜更新。 生物接触氧化法的特点是兼有活性污泥法与生物膜法的特点，体积负荷高， 处理时间短，出水水质好而稳定，污泥产量低。其缺点是：构造较复杂，增加 了没计、施工的工作量和难度。 综合以e 各种生物污水处理方法的特点，可以看出，这些生物污水处理系 统均需要建造较多的构筑物，且有剩余污泥排出，部分需要曝气充氧，动力消 耗大，自动化程度要求高。因此建设、运行费用较高。 t 出大学礁士论文；疑瓣燕耪a 灞逸姓矮生活污术瓣净纯簸建菠其规理耩宠 1 。2 3 强翦我国生疆污承处理溃况 据国家环保总局提供的数据，目前全国荚建设城市污水处理厂4 5 2 座，其 q u - - 、三级污水处理厂3 0 7 座，城市排水管道约1 5 8 力公里，城市污水处理率 达到3 6 5 ，按照“十五”计划要求，到2 0 0 5 年，全国城市污水处理率要达到4 5 ， 5 0 万以上人口城市的污水处理率达到6 0 以上。按照这一要求，大量城市生活 污水有待处理【5 1 。现阶段我国小城镇污水处理率还不到1 0 o ，农村地区生活污 水的处理率更低，绝大部分生活污水未经处理商接排放【8 埔。”。 目前，我国城市污水处理厂普遍采用的丁艺美困、德国等发达幽家所采用 的技术与_ 艺几乎处于同一水平，这砦工艺对于可用土地短缺、地价昂贵、能 够通过管网进行集中处理的大城市是町行的。但是，我国的国民生产总值远远 低于上述圈家，污水厂建设、运行投资的费用就显得十分高昂，而且存在能源 短缺以及管理人员缺乏等问题，无法完全采用大型污水处理厂的方法处理生活 污水。对于经济尚不够发达而污染亟待治理的地区，尤其是绝人多数没有污水 处理设施的1 7 0 0 0 多个建制镇和农村，迫切需要满足排放要求，处理效果好， 基建和运行费用低的污水处理新技术和工艺。寻找有效的污水净化途径以实现 水资源的可持续利用成了关注的热点。【1 7 ”枷。 1 3 人工湿地污水处理系统研究进展 1 3 1 人工湿地污水处理系统的概述 1 3 1 1 定义 国际湿地公约将湿地定义为：不问其为天然或人_ _ 【_ ：、长久或暂时性的 沼泽地、泥炭地或水域地带、静止或者流动、淡水、半戚水、成水体，包括低 潮时不超过6 米的水域 2 1 1 。人工湿地( c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ) 是将污水有控 制地投配到经人工构造的湿地上，主要利用土壤、植物和微生物等作用处理污 水的种污水处理系统【2 ”。 1 3 1 2 人1 = 湿地的分类 从上程设计的角度出发，按照布水方式或水在系统中的流动方式不同，可 分为表面流人工湿地( s u r f a c ef l o w w e t l a n d s ，s f w ) ，潜流人工湿地( s u b s u r f a c e f 1 0 nw e t l a n d ，s s f w ) ，垂直流人工湿地( v e r t i c a lf 1 0 ww e t l a n d ，v f w ) 1 2 3 1 。 根据湿地中种植的丰要植物类型可分为浮水植物系统、挺水植物系统和沉 中出丈学碟士埝交：红谤榷物入王灞墙砼理生活污隶躺净纯效戍及其视莲耕究 承穗镑系绕。 表1 - 2 人工温地分类及其主要特点1 ”1 1 h b l e1 - 2c l a s s i f ya n dm a i n l yc h a r a c t e r i s t i c so fc o n s t r u c t e dw e t l a n d 一一一 分类方式人l ：湿地类型 主要特点 与自然湿地最接近，污水缓慢从湿地表面流过，优点是投资少、 操作简单、运行费州低，但i i l 地人，水力负衍小，有机物的上除 表面流人i ：湿地t 耍山植物生艮在水f 书、杆上的生物膜米完成，净化能力有限 湿地中的0 ：来源于水面扩散与植物根系传输，系统运行受气候影 响人夏季易孳生蚊虫等。 污水在填料表面f 渗流，充分利h j 填料表面及植物根系上生物膜 黼啦地篡篓麓瓣溅麟瓣 污水从湿地表面纵向流入填料床底，床体处丁不饱和状态，02 垂直趴嚣奎薹麓莱絮雾嚣淼嫠紧嚣竺黧 控制复杂，落干腌水时间氏，夏季易孳生蚊蝇 以浮水植物为主，植物繁殖能力强，可通过光合作t 【 j 由根系向水 浮水植物系统体放氧可通过植物吸收有效去除n 、p 及重金属等污染物；浮 水植物目前主要用于n 和p 的太除和提高稳定塘的效率 主要植物以挺水植物为主，植物根系发达，可通过根系向基质送氧，使基 种类挺水植物系统质中形成多个好氧、兼性厌氧、厌氧小区利丁二多种微生物繁殖， 便丁污染物的多途径降解：目前人i 湿地主要指挺水植物系统 沉水植物系统 兰蒌塞篓害翁毒k 萎系统还处r 试验阶段主要丁初级处理与 i 3 i 3 人工湿地的结构组成 绝大多数自然和人工湿地由五部分组成：具有各种透水性的基质，如士 壤、砂、砾石：适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物，如芦苇；水体( 在 基质表面下或上流动的水) ；无脊椎或脊椎动物；好氧或厌氧微生物种群 z 3 1 。其中基质一植物微生物复合生态系统是人工湿地处理污水的核心。 t 、基质 人 湿地中的基质( 或称为填料、滤料) ，般包括土壤、细沙、粗砂、砾 7 中由太学觏士论文；蛙擗箍物夫t 淫建她璇生活污承辩净耗效斑及英瓿臻薪究 最、磅夏筠+ 葳荻渣簿秘残。基覆旋为植物秘微生物提供生长戆分震；还戆透过 沉淀、过滤和吸附等作用商接去除污染物i 。 人工湿地的基质，从最初的单一的十壤为主，发展到根据特征污染物的特 点及人工湿地的类型选择适当的基质，一般而言，表面流人工湿地多数仍采用 十壤基质，潜流及垂直流人工湿地则会选用上壤、细沙、砾石、碎瓦片的一种 或几种混合而成。近年来对于新型人工湿地填料的研究日益增多，尹连庆等利 用粉煤灰作为基质构建人工湿地，实验匹明其对，l 活污水中的c o d 、s s 、n h t n 、 。i p 均有良好的去除效果。崔理华等人利用煤渣一草炭混合基质构建垂直流人 工湿地，处理化粪池出水，浚系统不但具有较高的水力负荷率，而且对有机物 和n 、p 有较高的去除效果，其对化粪池h 水巾的c o d 、b o d j 、n h 。一n 和总p 的去 除率分别为7 6 8 7 ，8 8 9 2 ，7 5 8 5 和7 7 9 1 。【2 7 】。 i i 、植物 湿地中生长的植物包括了挺水植物、沉水植物和浮水植物。在人工湿地净 化污水过程中，植物作用可以归纳为三个重要的方面：1 ) 直接吸收利用污水中可 利用态的营养物质、吸附和富集重金属和一些有毒有害物质；2 ) 为根区好氧微 生物输送氧气；3 ) 增强和维持基质的水力传输：植物还可作为基质所受污染程 度的指示物f 2 8 1 。人工湿地所选择的植物一般应具有适应湿地环境生长，对污染 物有一定的抗性或耐受能力，净化能力强，抗病虫害能力强，易管理，综合利 用价值高以及有一定的美化景观的作用等特性。目前人工湿地研究和实践中常 用的湿地植物多数是挺水植物，如芦苇，香蒲、茭自、菖蒲、风车草、香根草 等。浮水植物如浮萍、风眼莲等也曾被作为人工湿地处理植物。由于草木植物 的地上部分普遍存在冬季需要收割或者去除，增加了人工湿地管理及植物后续 处理上的困难。木本植物作为多年生植物，如能在人工湿地中种植，可简化人 ：湿地运行过程，并减少二次污染的可能性。目前人工湿地植物的研究中木本 植物远少于草本植物，b o l t o n 等利用白t 层属植物( m e l a l e u c aq u i n q u e n e r v i a 和m e l a le u c aa l t e r n i f o l i a ) 用于人工湿地污水处理，刘污染物的去除作用也 较好【2 9 3 ”。 胡焕斌等采用木本植物池杉作为人工湿地的主要植物处理铁矿炸药车间含 氨废水，效果良好【3 2 l 。靖元孝等研究了水翁( c l e i s t o c a l y xo p e f c u l a t u s ) 在 中出大学硬士论文：瓤辫植物 下湿地静琏生活污承抟挣纯教砖及其耩理骈究 人互滠主氇懿生长穗毪及荬辩污承熬净 皂效聚，结栗表羁：生长在天工瀑遗黪承蕊 具有发达的侧根系，能保持正常的净光合速率，水翁人工湿地对t n 、t p 、c o d c ， 和b o d 。酶去除率分崩为5 5 6 舔，4 4 2 锩，7 5 7 辩和7 3 2 0 3 i 。 l i i 、微，e 物 微誓i 物是人工湿地净化废水的主要“执行者”，它们把有机质作为丰富的能 源，将其转化为营养物质和能量。随着污水的进入，人工湿地系统中的某些微 生物数量逐渐增加，并在一定的时间内达到最大值而趋于稳定。人工湿地床中 存在较明显的好氧、兼氧和厌氧区，为不同类型的微生物的生存提供条件。废 水中的有机物在好氧区被好氧微生物氧化分解，在还原区域则经厌氧细菌的发 酵作用而分解。细菌能使有机物、含氮、磷的化合物转化为可供植物和微生物 利用的简单化合物，真菌强大的酶系统，能够使纤维素、术质素、果胶等物质 分解，放线菌除了参与污染物的分解外，还能形成抗生物质，维持湿地生物群 落的动态平衡p 43 ”。 人工湿地中微生物的种类和数量是极其丰富的，这为人工湿地污水处理系 统提供了足够的分解者。李科德等的研究发现，芦苇床人工湿地系统的根表面 根际的细菌数量可达到1 0 8 个克干重，且趋于稳定，季节变化不大。人工芦苇 床系统与天然芦苇场中根区和根际土的细菌、真菌、放线苗等的数量的研究发 现，人工芦苇床系统中各类生物的数量明显高于天然芦苇场。研究同时发现， 微生物的数目和种类与污水净化效果也有一定的关系。芦苇系统内根际微生物 与污染物去除率之间有明显的相关性。污水中的b o d 。和c o d 的去除率与微生物 的数同都有较明显的相关关系；污水n i l 4 * - n 的去除率与根区的硝化细菌和反硝 化细菌数量的相关性极显著，磷7 i 素的去除率则与根际中的磷细菌数目呈j f 相 关f 3 63 ”。人工湿地中的优势菌属主要有假单胞卡t 茵属、产碱杆菌属和黄杆菌属 3 6 1 。这些优势菌属均为快速生长的微t 物，其体内大多含有降解质粒，是分解 有机污染物的主体微生物种群。人工湿地系统中的微生物主要去除污水中的有 机质和n ，某些难降解的有机物质和有毒物质需要运用微生物的诱发变异特性， 培育驯化适宜吸收和消化这些有机物质和有毒物质的优势细菌，进行降解【3 3 】。 9 中由太学碳士论文：鑫r 瓣罄秘a 了：瀑墙娃瑾生活污农羲净证羲瘦菠其辊毽磷究 t 。3 2 天j 【：邂蟪污承处理豹规理 戏熟的人工湿媳巾，填料表露和植物掇系中生长了大爨的微生物形成生物 膜，污水流缀时，s s 被填料及根系阻挡截醋，有机质通过生物膜的吸附及同纯、 异化终用丽褥以去除。湿地床层中豳植物根系呈现对氧的传递释放，使其周围 盼微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧的状态，傈证了污水中的氮、磷不仅 能被植物及微生物作为营养成分直接吸收，还可以通过硝化、反硝化作用及微 生物对磷的过量积累作用觚污求中去除，最后通过瀑地基餍的定期邋换或收誉 使污染物质最终从系统l 卜l 去除i z 4 1 。 3 3 人工温地污水处理的应用现状 1 9 5 3 年，德国的m a xp l a n c k 研究所首例采用人丁湿地净化污水，自1 9 7 2 年德国的k i c k u t h 博