人工湿地对城镇生活污水处理的研究

1、第1期 晋 勇 人工湿地对城镇生活污水处理的研究39人工湿地对城镇生活污水处理的研究晋 勇(陕西省煤田地质局一三一队,陕西韩城 715400)摘 要:对近年来我国人工湿地的发展历史及现状、人工湿地的分类及优缺点、人工湿地对各种污染物的去除机理,人工湿地植物的选择等各方面做了综述,使生活污水经过人工湿地的处理可以达到国家排放标准,为城镇人工湿地的应用提供相关的参考资料及建议。关键词:人工湿地;芦苇;污水处理中图分类号:TD994 文献标识码:B 文章编号:1671-749X(2010)01-0039-03际上是一种独特的土壤-植物-微生物系统。在碎石,土壤颗粒表面形成一层生物膜,生物膜上的微生物

2、参与污水净化的各个过程。这个系统结合生物膜和自然净化的特点,将微生物和植物净化结合在一起,成为一个高效的污水净化系统。1.2 人工湿地的分类人工湿地是一个形式多样的污水处理系统,根据目前常用的工艺,具体可分为以下3种:¹自由表面流人工湿地(SurfaceFlowWetlands)指向地面布水、污水在湿地表面呈推流式前进,形成一层体表水流并从体表流出,污染物的去处主要依靠植物节根上的生物膜;º水平潜流人工湿地(SubsurfaceFlowWetlands)这种类型的人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名。它由一个或多个填料床组成,床体填充基质,床底设有防渗层,防止污染地下水

3、。水体进入填料床植物的根区,在湿地床内部流动,净化后的污水由湿地末端集水管收集后排出。目前,水平潜流人工湿地已被美国等国广泛使用;»垂直潜流人工湿地(VerticalFlowWetlands)结合了上面两种湿地的特点,水流在填料床中由上而下的垂直流,出水由湿地末端集水管收集后排出。0 引言随着国民经济的高速发展和人口的不断增长,全国城镇生活污水的排放量逐年增加,但是只有少量的生活污水经过处理排放到河流中,而大部分的污水没有经过处理就直接排放到河流里,使我国80%的饮用水资源受到严重的污染。目前,我国绝大部分城市污水厂均采用传统的二级活性污泥法处理工艺。这种工艺工程投资高,耗能大,运行

4、管理要求高,而寻求一种耗能低,造作简单,方便有效的污水处理工艺显得尤为重要。人工湿地系统是一个完整的生态系统。它是一种新技术,具有投资低、出水水质好(氮磷处理效果好)、抗冲击力强、增加绿地面积、改善和美化生态环境、操作简单、维护和运行费用低廉等优点。这项技术适合我国国情,尤其适合广大农村、中小城市的污水处理,具有极其广阔的应用前景。1 人工湿地概述1.1 人工湿地的概念人工湿地是一种人为地将石,砂,土壤,煤渣等一种或几种介质按一定比例构成的基质,并有选择地植入植物的污水处理生态系统,介质,植物,微生物是基本构成。人工湿地污水处理系统其组成是下层铺放颗粒碎石,上层覆盖土壤,再复种植物,这实收稿日

5、期:2009-06-14作者简介:晋 勇(1982-),男,陕西韩城人,2005年毕业于西安工业大学环境工程专业,一直从事煤田地质工作。2 人工湿地对各种污染物的去处机理2.1 人工湿地对有机污染物的去除机理人工湿地的显著特点之一是对有机污染物有较强的去除能力,废水中的不溶性有机物经过湿地的沉淀、过滤,可以很快被截留下来,被微生物利用,可40陕 西 煤 炭 2010年生物代谢降解过程而被分解除去.研究表明在进水浓度较低的情况下,人工湿地对BOD5的去除率可达85%95%;COD去除率可大于80%,城市污水通过湿地处理后出水BODS在10mg/l左右。2.2 人工湿地对氮的去除机理废水中的氮基本

6、以有机氮和氨氮两种形式存在。一般情况下,有机氮被微生物分解成氨氮,废水中无机氮可以直接被植物吸收并通过植物的收割而去除,但植物直接吸收只占很少的一部分。主要的去除途径是通过微生物的硝化、反硝化作用来完成的。见图1。磷的另一去除途径是通过微生物对磷的正常同化吸收,聚磷菌对磷的过量积累,通过对湿地床的定期更换而将其从系统中去除,由于人工湿地中植物的光合作用及呼吸作用(即所谓的光反应和暗反应)的交替进行,致使系统中交替地出现好氧和厌氧条件下的摄磷(过量摄磷)而利于对磷的去除。2.4 人工湿地硫化物的去除机理人工湿地对硫的去除主要靠微生物的分解及植物的吸收。无机硫化物部分会被植物吸收利用,也有一部分会

7、在反硫化细菌的作用下经反硫化作用形成硫化氢以气态逸出。2.5 人工湿地对重金属的去除机理人工湿地系统去除重金属一是依靠流动相在湿地系统流动过程中,产生沉淀、过滤、络合、吸附作用而除去的。二是人工湿地中种植的许多植物对污染物都具有吸收、代谢、累积作用,一般植物的长势越好、密度越大,净化水质的能力越强。还有学者指出,人工湿地系统中各种植物的不同部分(如根、茎、叶等)对营养物质或重金属的富集程度不同。图1 湿地中氨的变化2.3 人工湿地对磷的去除机理污水中的磷最常见的有磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷酸盐等。人工湿地对磷的去除是通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等共同作用完成的。污水中的无机磷在

8、植物的吸收和同化作用下,被合成为ATP、DNA和RNA等有机成份。通过植物的收割而去除,但植物的吸收作用只占很少的一部分,磷主要存留在土壤中,留存于植物体和凋落叶中的很少。2.6 人工湿地植物的选择在人工湿地净化污水过程中,植物作用可以归纳为三个方面: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;º为根区好氧微生物输送氧气;»增强和维持介质的水力传输。赵建刚等编写的5几种湿地植物根系生物量研究6中,选用了象草、芦苇、香根草、美人蕉、香蒲等植物进行研究。实验结果表明不同植物对相同污水的去除效果有明显的差异,见表1。表1 不同植物对污水的

9、去处率取水位置进水出水香蒲芦苇美人蕉象草香根草植物CODCr/mg#l-1152.380.8(46.9)73.1(52.0)84.6(44.5)82.3(46.0)69.2(54.6)BOD5/mg#l-149.98.4(83.2)9.6(80.8)10.0(80.0)7.5(85.0)3.1(93.8)TN/mg#l-22.213.1(41.0)10.4(53.2)11.1(50.0)7.0(68.5)12.0(46.0)1TP/mg#l-3.681SP/mg#l-2.351NH4-N/mg#l-119.589.27(52.7)7.96(59.3)8.47(56.7)4.06(79.3)9.

10、96(49.1)1.11(69.8)2.05(44.3)1.13(69.3)1.00(72.8)1.18(67.9)0.37(84.3)0.16(93.2)0.28(88.1)0.21(91.1)0.23(90.2)注:括号内数字为去除率(%)由表1可见,香根草对CODCr、BOD5的去除效果最好,而象草则对TNTP和NH4-N的去除效果最好。5种植物对CODCr、BOD5和SP的去除效果相差不明显;芦苇对TP的处理效果最差;象草对TN和NH4-N的效果最佳。结果表明植物根系生物量的多少与对污水的去除效果有一定的相关性。第1期 晋 勇 人工湿地对城镇生活污水处理的研究413 人工湿地污水处理的

11、优点和湿地的选择3.1 人工湿地污水处理的优点人工湿地对有机物有较强的降解能力。据国外统计,一般湿地系统在污水处理方面的投资和运行费用仅为传统的二级污水厂的1/101/2。而且处理量灵活,处理效果好。3.2 人工湿地的选址人工湿地地址的选择必须进行现场调查,经过多方案的技术经济比较而确定。在选择厂址时,一般应考虑:¹地址应选在地址条件好的地方。地基,承受力较大,地下水位低,便于施工;º处理厂应尽量少占粮田。同时,要考虑今后有适当的发展余地;»要考虑周围环境卫生条件。人工湿地应设置在城镇集中给水水源的下游并尽可能在夏季主风向的下方,距离城镇或生活区300m以上,便于

12、处理后的污水用于农田灌溉等;¼应设在靠近电源的地方,排水、排泥方便;½应选择在不受洪水威胁的地方,否则应考虑防洪措施。人工湿地工艺方案见图2。型,选择芦苇作为人工湿地主要的湿地植物,另外适当配值灯心草,美人蕉等湿地植物。经过处理的生活污水可达到国家二级标准,排放到河流。4 结语人工湿地系统水质净化技术是一种生态工程方法,该技术简便易行,工艺先进,运行可靠,操作简单,运行管理费用低廉。另外,由于植物池内种植的是湿地植物,如果选择合适的植物品种不仅可以美化环境,还可以带来一定的经济效益。所以人工湿地对城镇生活污水的处理工艺是可行的,但是占地面积大,湿地中的微生物容易产生淤积阻塞

13、现象,去除污染物效果的因素还有待解决。参考文献:1 高拯民,等.城市污水土地处理利用设计手册M.北京:中国标准出版社,1990.2 彭超英,等.人工湿地处理污水的研究J.重庆环境科学,2000,22(6):43-45.3 华南环境科学研究所,高等维管理束植物栽种研究R.中美人工湿地污水处理系统研讨会,1990.4 成水平,等.人工湿地植物研究J.湖泊科学,2002,14(2):179-184.5 孙文浩,等.相生相克效应及其应用J.植物生理学通讯,1992,28(2):81-87.6 吴小磊.人工湿地废水处理机理J.环境科学,1995,16(3):83-86.图2 人工湿地废水处理系统经过对比

14、,考虑我国现有的经济情况和国情,湿地技术和污水处理效果,选择占地小、处理效果好的水平潜流人工湿地做为城镇生活污水处理的湿地类(下接第51页)只有这两个指标都在临界值以下,才能认为没有突出危险。在预测有突出危险的地方,必须采取防突措施,然后进行防治突出措施的效果检验,当钻屑量S的值和钻屑解析指标K1的值都在临界值以下,方可进行施工,否则还要再采取补充防突措施,然后再进行防治突出措施的效果检验。要严格按照/四位一体0的综合防治措施进行。态下煤的力学性质、地应力状况、煤体结构的破坏程度等因素。(3)敏感指标的临界值必须保证预测不突出危险率的准确率达到100%,预测突出危险的准确率应达到66%以上,这样可以减