人工湿地课程论文

人工湿地人工湿地 课程论文 姓姓 名名 xxx 专专 业业 环环境工程境工程 年年 级级 x 级级 教教 师师 xxx 二零一二年一月二零一二年一月 五五 日日 目录目录 摘要 3 引言 3 1 人工湿地的概念 4 2 人工湿地的分类 5 2 1 表面流湿地 5 2 2 潜流湿地 5 2 3 垂直流湿地 6 3 人工湿地处理系统工艺设计 6 3 1 人工湿地基质的构建 6 3 2 人工湿地植物的构建 8 3 3 人工湿地构造与工程参数 9 4 结论 10 人工湿地污水处理工艺设计 摘要摘要 本文阐述了人工湿地污水处理系统工艺设计的主要内容及存在 的若干问题 提出了开展人工湿地工艺设计研究的一些设想 人工 湿地工艺设计研究包括人工湿地基质构建 植物群落构建和人工湿 地构造与工程参数三个方面 目前 由于在污染物净化机理 系统 水力学和污染物降解动力学等方面认识不足 制约了人工湿地工艺 设计水平的提高 因此 深入研究污染物净化机理 开展人工湿地 基质与植物筛选与组合研究 创建适合植物生长的人工生境 优化 水力学模型和污染物降解动力学模型 将有利于提高人工湿地工艺 设计水平 引言引言 人工湿地是一种人工建造和监督控制的与自然湿地相类似的地 面 是人为地将石 砂 土壤等一种或几种介质按一定比例构成基 质 并有选择性地植入植物的污水处理生态系统 由于人工湿地具 有处理效果好 建设和运行费用低 易于维护管理等优点 因而受 到世界各国的普遍重视 成为近年来发展较快的一种污水处理新技 术 开展人工湿地工艺设计研究是构建人工湿地的前提和基础 一 直是人工湿地处理技术研究的重点 本文主要阐述人工湿地处理系 统工艺设计的研究进展及今后的研究设想 1 人工湿地的概念人工湿地的概念 湿地系指 不问其为天然或人工 长久或暂时性的沼泽 湿原 泥炭地或水域地带 带有或静止或流动 或为淡水 半咸水体者 包括低潮时不超过 6m 的水域 所有的湿地都有一个共同特点 它们 都至少偶尔被水覆盖或充满了水 这些 水资源 通常来自海洋 降水及河流 是重要的自然系统之一 有着很高的生态价值和经济 价值 是自然保护的主要对象 中国共有湿地自然保护区二百六十 处 人工湿地是一种人工建造和监督控制的与自然湿地相类似的地 面 是人为地将石 砂 土壤等一种或几种介质按一定比例构成基 质 并有选择性地植入植物的污水处理生态系统 人工湿地是一个综 合的生态系统 它应用生态系统中物种共生 物质循环再生原理 结构与功能协调原则 在促进废水中污染物质良性循环的前提下 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 由于人工湿地具有处理效果好 建设和运行费用 低 易于维护管理等优点 因而受到世界各国的普遍重视 成为近年 来发展较快的一种污处理新技术 开展人工湿地工艺设计研究是构建 人工湿地的前提和基础 一直是人工湿地处理技术研究的重点 2 人工湿地的分类人工湿地的分类 按照污水在湿地床中流动的方式不同可将人工湿地分为三种类 型 表面流湿地 SFW 潜流湿地 SS FW 和垂直流湿地 VFW 2 1 表面流湿地表面流湿地 SFW型湿地系统也称水面湿地系统 污水在湿地床体表面流动 水位较浅 多在0 1 0 6m之间 这种湿地不能充分利用植物根系的作用 而且发出难闻气 味 易滋生蚊虫及传播疾病 虽然造价在三种湿地中最低廉 且在 除P方面有其独特的作用 但除了北美应用较多外 我国及其他国家 较少采用 2 2 潜流湿地潜流湿地 SSFW型湿地系统也称渗滤型湿地系统 是在床体中充填一些填 料 如砾石 煤渣等 水在填料中流动 不直接暴露于空气 它不 仅充分利用了植物根系和微生物的作用 使得处理效果更好 而且 由于水体在地表以下流动 具有保温性好 处理效果受气候影响小 卫生条件好的特点 是目前研究和应用较多的种湿地处理系统 但 是这种湿地系统的投资要比表面流湿地高些 2 3 垂直流湿地垂直流湿地 VFW 型湿地综合了上述两种湿地的特点 出水效果最好 但基 建要求太高及较易滋生蚊虫 除了欧美有少数国家投入使用外 目 前我国还处于实验阶段 实际应用不多 3 人工湿地处理系统工艺设计人工湿地处理系统工艺设计 人工湿地污水处理工艺设计主要包括人工湿地基质的构建 植 物群落的构建和人工湿地构造与工程参数三个方面 人工湿地污水处理技术还处于开发阶段 尤其在我国还没有比 较成熟的设计参数 其工艺设计也还处于试验阶段 人工湿地系统的设计受很多因素的影响 主要是水力负荷 有 机负荷 湿地床的构造形式 工艺流程及其布置方式 进水系统和 出水系统的类型和湿地所种栽植物的种类等 由于不同国家及不同 地区的气候条件 植被类型以及地理情况各有差异 因而大多根据 各自的情况 经小试或中试取得有关数据后进行人工湿地的设计 3 1 人工湿地基质的构建人工湿地基质的构建 基质是植物生长的载体 是湿地内所有生物和非生物的储存库 它将发生在湿地内部的各种处理过程连接成一个整体 在污水净化 过程中起过滤 沉淀和吸附污染物的作用 在人工湿地的设计中 基质的构建需从基质的种类 粒径和厚度三方面加以考虑 不同基质的人工湿地其净化效果不同 朱夕珍等曾分别以石英 砂 煤灰渣和高炉渣为基质构建人工湿地 研究其对城市污水的净 化效果 结果表明 煤灰渣基质的人工湿地对有机污染物的处理效 果最好 COD 和 BOD5 的去除率分别达到 71 88 和 80 89 高炉渣人工湿地的除磷效果最好 总磷去除率高达 83 90 而 石英砂人工湿地处理效果较差 COD BOD5 和 TP 的去除率分别为 36 49 65 75 和 45 55 富含 Fe3 Al3 Ca2 等离子的基质容易通过配位体交换与污水中磷酸根离子发生吸附和 沉淀反应 因此 以 P 为特征的污水 最好选择飞灰和页岩为基质 其次是铝矾土 石灰石和膨润土等 泡沸石与油页岩对 P 的吸附能 力较差 不宜选用 而以有机污染物和悬浮物为特征的污水 常选用 土壤 细沙 砾石中的一种或多种作基质 即可达到良好的处理效 果 基质粒径的大小是影响湿地系统水力传导性的主要因素 直接 关系到污染物在湿地中的停留时间和系统的空隙度 粒径大的基质 空隙度大 所能容纳的污水量也大 污水能在湿地内部受到较长时 间的吸附与吸收 有利于污水净化 各种基质的粒径及其水力传导 性如下表所示 目前运行的人工湿地 基质粒径范围在 0 30mm 之 间 最常选用的粒径范围是 4 16mm 实践表明 粒径为 8 16mm 的基质 水力传导性好 适宜植物生长 处理效果好 但对于人工 湿地进水配水区和出水集水区的基质 一般采用粒径在 60 100mm 之间的砾石 基质的厚度是决定人工湿地过水断面面积和污水处理效果的重 要参数 一般须根据所栽种植物的种类及根系的生长深度确定 以 保证湿地床中必要的好氧条件 目前运行的人工湿地 其基质厚度 在 015 110m 之间 大多数人工湿地基质厚度在 016 018m 之间 通常垂直流湿地的基质层较厚 在 70 80cm 之间 潜流湿地的基 质厚度约 60 cm 左右 表面流湿地对基质厚度的要求不太严格 3 2 人工湿地植物的构建人工湿地植物的构建 人工湿地中常选用挺水植物 这是因为挺水植物根系发达 生 物量大 生长率高 在人工湿地中能起到固定床体表面 提供良好 过滤条件 防止淤泥堵塞等作用 人工湿地植物的构建包括植物的 选择 栽培和收割管理三个方面 常用于人工湿地的植物种类主要 有 芦苇 Phragmites 香蒲 Typha 菖蒲 Calamus 灯 芯草 J uncus1 草 Scri pus1 和苔草 Carex1 等 其中 芦苇和香蒲应用最多 不同植物对污水的净化效果不同 长苞香蒲 Typha angustata 和水烛 Typha angustif olia 等大型植物具 有粗壮的根系和许多发达的不定根 是较佳的净水植物 而小香蒲 Typha minima 根系发达程度无法与前者相比 其净水效果也差一 些 对含氨氮浓度较高的污水 氨氮浓度为 2417mg L 草 芦苇 的去除能力明显高于香蒲 对以有机污染物为主的污水 草的去除 能力优于芦苇和宽叶香蒲 因此 人工湿地植物的选择应考虑以下 方面 生态的可接受性 所选用的植物不是有害杂草 对周边自 然环境生态遗传的整体性不构成危害 能适应当地的气候条件 具有一定的抗病虫害能力 能忍耐污染物和水生的环境条件 容易繁殖和生长速度快 净化能力强 总之 人工湿地植物的选 择日益倾向于具有地区特色 耐污力强 净化率高的品种 3 3 人工湿地构造与工程参数人工湿地构造与工程参数 人工湿地的构造与工程参数是人工湿地工艺设计的核心 包括 湿地床构型和系统水力学特性两方面 其中 湿地床构型设计包括 系统的长宽比和底面坡度两个参数 系统水力学特性包括水力负荷 有机污染负荷 污水停留时间 系统内水流方式等 湿地床长度通 常为20 50m 过长 易造成湿地床中的死区 且使水位难于调节 不利于植物生长 湿地的长宽比不宜过大 建议控制在3 1 以下 目前 大多数欧洲国家人工湿地的长宽比在1 1 2 1 之间 以土壤 为主的系统 长宽比应小于1 人工湿地底面坡度的大小须根据基 质性质及湿地尺寸加以确定 目前人工湿地设计中 底坡一般取1 7 大多数在1 左右 对砾石床人工湿地可取2 表面流 人工湿地采用015 或更小 潜流人工湿地不大于1 目前 人工 湿地水力学特征设计是人工湿地工艺设计的薄弱环节 国内外尚无 统一的技术标准和设计规范 大多数设计是通过简单模型的计算再 结合实践经验获得的 一般地 进行水力学设计负荷时 应考虑气 候 土壤状况 渗透系数和植被类型等场地条件 污染物降解动力学 特征及出水水质要求 尤其注意由于蒸发 蒸腾作用对夏季处理的 影响及在干旱地区设计湿地的可行性 通常 潜流型人工湿地的水 力负荷可达150 500m3 ha d 最佳水力负荷在187 374m3 hm2 d 之间 16 降低水力负荷有利于提高系统的出水效果 人工湿地的有机污染负荷随废水性质和条件而变化 其大致范围在 18 110kgBOD5 ha d 人工湿地的停留时间与