污染控制课程人工湿地在水环境保护及水污染控制中应用ppt课件

1、1. 概述2. 人工湿地的类型3. 人工湿地去除污染物机理4. 人工湿地的运用实例人工湿地污水处置技术人工湿地污水处置技术 -人工湿地是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统，其设计和建造是经过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来进展废水处置的。l 土壤学l 植物学l 微生物学l 生态学l 工程学 20世纪70年代：- 探求人工湿地的建立与运用 80年代以后： 90年代以后：- 未把人工湿地作为处置主体，常与稳定塘系统及天然土地处置系统联用。- 将人工湿地作为处置主体，积极探求其工艺参数、运用范围和处置机理。1防渗层 2基质层3腐质层 4湿地植物5水体层2. 人工湿地的类型

2、-人工湿地具有独特而复杂的净化机理，利用基质微生物植物复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，经过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化。同时，经过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化和无害化。 去除区域：进口处去除区域：进口处510cm内完成内完成 机理：机理：l 基质层的填料l 植物的根、茎l 腐殖层dtdSS 流入量流出量过滤量植物衰亡量微生物净生长量 脱落量捕食量 降解主体：兼性细菌；厌氧细菌；好氧细菌降解主体：兼性细菌；厌氧细菌；好氧细菌 机理：机理：l 细菌l 植物的根系l 填料基质提示：运用生态学的观

3、念分析dtdDOM 流入量流出量水解生成量微生物降解量植物分泌量 植物吸收量 去除途径：去除途径：l 植物吸收及其收获而去除l 氨的挥发l 硝化反硝化作用l 基质的吸附和阳离子交换作用-其中微生物的硝化反硝化作用是脱氮的主要过程-其中氧的供应和碳源数量与质量是限制性因子N2+N2ONH3Org-NNH4NO2 - NO3-NH4NO3- 人工湿地氮循环表示图空气水体土壤dtdN流入量流出量植物吸收量植物分泌量植物释放量微生物转化量微生物吸收量微生物释放量固氮量吸附量解附量氨氮挥发量大气沉降量存 在 形 式说 明有机磷化物微生物和植物体内不溶性磷酸盐主要存在形式可溶性磷酸盐唯一可被微生物利用 人

4、工湿地中磷的存在方式 人工湿地中磷质量平衡方程进水输入磷的总量(I) = 出水输出磷的量(E) + 作物吸收磷的量(T)土壤截留磷的量(A)l 普通研讨以为：E : T : A 13：17：70 去除途径：l 生物除磷次要途径l 物化除磷主要途径 问题：l 提高磷的去除效率的研讨l 对磷的饱和问题的研讨dtdP流入量流出量植物吸收量植物释放量吸附量解吸量沉淀量微生物吸收量微生物释放量大气沉降量 除磷填料最近研讨进展：除磷填料最近研讨进展：l 矿物填料：方解石；页岩；赭石；风钢渣等l 饮用水处置剩余物：新问题：出水pH上升；有其它物质溶出-出水pH稳定；无其它物质溶出；符合循环经济的观念 去除途

5、径：去除途径：-土壤中微生物种类比污水处置构筑物中多得多l 微生物的降解作用：l 微生物群落与植物群落的协同作用-有研讨发现：芦苇可直接吸收一些难降解的有机物 去除途径：去除途径：l 植物吸收和微生物富集作用l 土壤胶体颗粒的吸附作用离子交换l 与S2构成硫化物沉淀 问题：问题：l 存在富集而饱和的问题l 新增重金属离子对微生物种群的胁迫作用 去除途径：去除途径：l 基质层的沉降截留作用l 植物根系的某些分泌物的灭活作用 影响要素：影响要素：水力负荷和水力停留时间 美国密歇根州的Vermontville村：l 植物：香蒲兼性稳定塘4.4hm2渗滤土地床4.6hm2生活污水农业灌溉l 设计流量：

6、380m3/d；效力期限：20年已运转25年l 工艺流程图： 美国密歇根州Vermontville： 出水水质可到达美国农业灌溉水质要求l 运转阅历： 湿地系统为水禽提供了适宜的沼泽栖息地 每年收割45次对湿地根本无破坏 湿地的运转维护管理费用低廉-1990年总费用为4200美圆，其中3400美圆用于劳动力和土地 法国处置原城市污水20年阅历总结l 人工湿地类型：垂直流人工湿地l 主要结论：1该系统对未经预处置的城市污水有良好的处置效果，尤其是对COD、SS和氨氮的硝化2系统中氨氮的硝化是最敏感的过程3系统出水COD60mg/L；SS15mg/L；TKN8mg/L4污染物的去除效率同负荷和植物

7、种类相关5第一级人工湿地中污泥年积累量15mm左右，因此应每1015年清理一次污泥 丹麦人工湿地就地预处置乡村单户生活污水：就地预处置单户生活污水人工湿地表示图 丹麦人工湿地就地处置乡村单户生活污水：l 主要研讨内容 根区氧化系统设计指南 垂直流人工系统设计指南 柳树湿地系统设计指南l 问题 对除磷，还没有适宜的技术方案目前运用化学法除磷 美国加利福尼亚州Chevron Richment炼油厂：l 工艺流程图：工业废水厂区雨水排放人工湿地l 建立运转阅历： 条件适宜时，淤积的氧化塘改建为人工湿地是可行的 湿地可为水禽提供很有价值的栖息地 湿地稳定运转的最关键要素是控制污水负荷-人工湿地上鸟类数

8、量有200万只，鸟的种类达85种之多 中国云南洱海人工湿地脱氮除磷：l 工艺流程图：废水出水入洱海沉淀池厌氧塘收 集系 统配水系统人工湿地人工湿地多级人工湿地 中国云南洱海人工湿地脱氮除磷：l 主要结论：1高效低耗的人工湿地技术对中国经济落后的乡村是一种适用技术2经过人工强化后的稳定塘和湿地占用土地面积少3稳定塘人工湿地联用技术对相对浓度高、动摇大的乡村非点源污染控制具有良好的效果4氮、磷的控制对洱海的水体功能恢复至关重要5人工湿地不仅能控制污染，还具有景观功能，对国内的湖体修复和水环境维护具有现实意义 德国某养猪厂：l 工艺流程图：养猪废水固体废物农业用水厌氧消化池人工湿地生物气：城镇供暖消

9、化污泥：农田肥料 德国某养猪厂：污染物进水 (mg/L)出水 (mg/L)去除率 (%)氨氮13649893硝态氮342.395总氮157417689磷酸根1340.4999钾88511787铜1.140.0895l 芦苇床对养猪废水的处置效果 挪威Esval处置厂：渣滓渗滤液l 工艺流程图：厌氧塘曝气塘出水自在外表人工湿地程度潜流人工湿地第一级第二级第四级第三级 挪威Esval处置厂：l 去除效率污染物去除率 (%)BOD88COD91TOC71TN83TP88Fe88E.coli95 英国伦敦东郊Dagenham：l 需求分析：- 城市道路和高速公路的雨水径流含油许多污染物，如：有机物；石

10、油类；洗涤剂和重金属等l 设计施工：- 雨水调理池对悬浮固体去除效果高，但对有机污染物去除效率低下- 英国Severn-Trent水务公司 英国伦敦东郊Dagenham：河流l 工艺流程图：生物转盘二级处置雨水芦苇湿地合流制三级处置合流制下水道雨水芦苇湿地分流制溢流井溢流雨水导流井分流制下水道 德国处置CSOs实际阅历总结：l 人工湿地类型：垂直流人工湿地l 主要研讨内容：1人工湿地的尺度问题，即由水力负荷和排放频率确定湿地的容积和面积2构筑总结：溢流量控制；排水系统与防渗；填料材质；出流及其构筑方式3费用问题技术经济阅历公式4运转操作要点：SS的负荷；长期外表淹没问题；植物初期建立 英国处置

11、城市地表雨水径流调查：l 调查对象：类型住宅商用工业公路混合休闲机场合计SF11131128167790SSF21141411VF112合计1414133217712103l 新概念：可继续排水系统 (Sustainable Drainage Systems) 英国处置城市地表雨水径流调查：l 去除效率调查结果 (加*数据为TN) ：SSBODNH3-NNO3-NE.Coli城市径流城市径流湿地76 (3695)24 (-5781)31 (062)33 (-1768)(5288)滞留塘73 (1399)53 (1099)92 (8699)植物塘55 (4691)40 (069)29 (080)

12、高速公路径流高速公路径流湿地(5070)18(1020)*(5090)表面流(1375)15 (532)45 *(1060)*82 (7599)潜流73 (1399)53* (1096)*92 (8699) 英国处置城市地表雨水径流调查：l 结论与建议 ：1目前，在许多国家“可继续的排水系统 (SUDS) 研讨与开展的热点问题2该系统应结合人工湿地技术3为了最大限制地去除污染物质，也为了暴雨湿地系统可以继续有效运转，其设计与运转管理的规范化任务有待进一步提高与加强工艺特点：生态处置系统利用基质工艺特点：生态处置系统利用基质微生物微生物植物复合生态系统的物理、化学植物复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，经过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生和生物的三重协调作用，经过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。物分解来实现对污水的高效净化。存在问题：水力负荷和污染物负荷较低，有较大的面积需求。存在问题：水力负荷和污染物负荷较低，有较大的面积需求。(7) (7) 处置污水厂尾水处置污水厂尾水7处置污水厂尾水处置污水厂尾水假设生态处置系统对氮磷去除有要求：普通情况下：垂直流有利于硝化；假设生态处置系统对氮磷去除有要求：普通情况下：垂直流有利于硝化；