潜流型人工湿地污水处理系统及其应用

潜流型人工湿地污水处理系统及其应用摘要：潜流型人工湿地污水处理系统具有水力负荷和污染附和大，对BOD，COD，SS，重金属等污染指标去除效果好等优点，是目前国际上较多研究和应用的一种人工湿地处理系统。介绍了潜流型人工湿地污水处理系统的特点、构成、运行效果和应用，指出了潜流型人工湿地系统的应用前景和研究方向。关键字：潜流型人工湿地污水处理人工湿地采用人工湿地(ConstructedWetlands,CWs)系统处理污水是20世纪70年代发展起来的一种污水处理技术。由于具有净化效果好、工艺设备简单、运转维护管理方便、能耗低、对负荷变化适应性强、工程基建和运行费用低、可实现废水的资源化等特点，正越来越多地得到人们的关注[1-2]。我国在“七五”期间开展人工湿地的研究,分别在北京昌平、深圳白泥坑、天津等地建成不同处理规模的人工湿地处理工程，这些处理系统大多为自由表面流人工湿地，对于潜流型人工湿地的研究相对较少，并且大多为理论探讨或实验研究[3-6]。本文在论述潜流型人工湿地的类型、特点、构成及应用的基础上．指出潜流型人工湿地系统的应用前景和研究方向。1潜流型人工湿地处理系统类型及其特点根据污水在人工湿地中的流动方式可以把人工攫地划分为自由表面流人工湿地和潜流型人工湿地。自由表面流人工湿地和自然湿地相类似，废水从湿地表面流过。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点。缺点是占地面积大，水力负荷低，去污能力有限，受气候影响较大，夏季会孽生蚊蝇、散发臭味；潜流型湿地系统中，污水在湿地床的表面下流动，利用填料表面生长的生物膜、植物根系及表层土和填料的截留作用净化污水。国外所建成的人工湿地中，潜流型人工湿地占相当大的比例。如在新西兰使用的大约80个人工湿地系统中，裹面流湿地占45％，潜流型人工湿地占33％，混合型人工湿地占14％[7]。在美国、欧洲、澳大利亚和南非等地已建成的和正在建设的人工湿地处理系统中，大部分是潜流型湿地船[8-9]。根据污水在湿地中流动的方向不同可将潜流型湿地系统分为水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地2种类型。不同类型的湿地对污染物的去除效果不同，具有各自的优缺点[10]。①水平潜流湿地系统。水平潜流人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名。它由一个或几个填料床组成，床体充填基质。与自由表面流人工湿地相比，水平潜流人工湿地的水力负荷和污染负荷大，对BOD，COD，SS，重金属等污染指标的去除效果好，且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，是日前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统。它的缺点是控制相对复杂，脱氮、除磷的效果不如垂直流人工湿地。②垂直潜流湿地系统。在垂直潜流人工湿地中污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进人人工湿地系统．该系统的硝化能力高于水平潜流湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水。其缺点是对有机物的去除能力不如水平潜流人工湿地系统．落干／淹水时间较长，控制相对复杂。2潜流型人工湿地的构成潜流型人工湿地主要由3部分组成：基质、植物和布水系统。目前人工湿地系统可用的基质主要有土壤、碎石、砾石、煤块、细沙、粗砂、煤渣、多孔介质(LECA)、硅灰石和工业废弃物中的一种或几种组合的混合物。基质一方面为植物和微生物生长提供介质，另一方面通过沉积、过滤和吸附等作用直接去除污染物。潜流型人工湿地中使用的植物主要有香蒲、芦苇、灯心草等，这些植物可增加湿地基质的遇水性，此外还能与周围环境的原生动物、微生物等形成各种小环境，将氧气传输至根区，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。在美国，大约40％的潜流型湿地只种植香蒲一种植物，欧洲国家则多数种植芦苇，也有一些系统种植了多种组合植物。布水系统主要是将进水按一定方式均匀地分布在处理系统中，并且保证不发生短流和堵塞，在潜流型人工湿地处理系统中多采用穿孔管布水系统。3潜流型人工湿地的净化效果3.1对有机物的去除潜流型人工湿地的显著特点之一就是其对有机污染物有较强的降解能力。污水中的不溶有机物通过湿地的沉积、过滤作用．可以很快地被截留而被微生物利用；污水中的可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、咀收及生物代谢过程而桩分解去除。资料表明，潜流型人工湿地系统的出水水质优于传统的二级生物处理[1]。3.2对氰的去除潜流型人工湿地对氮的去除作用包括吸附，过滤和沉积、氨挥发、植物吸收和微生物硝化和反硝化作用：微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除过程中起着重要作用。在潜流型湿地系统中，氧的主要来源是植物根系．但这种能力是非常有限的，这就妨碍了任何流经该水域水流十氨的硝化作用：为提高潜流型湿地的供氧量，町以采用周期性地改变水深促使根系向纵深生巴，增加暴露水面或地表漫流区以促进表面复氧作用，或采用间歇布水的方式，以及采用频繁注人和循环的多个平行床系统使大气中的氧进入到介质中等方法。Platzer[11]指出，潜流型湿地系统高的净化能力主要是依靠土壤有效的通气性，BOD，COD，氨氮的去除能力很高，但总氮的去除能力却有限。Green[12]研究了系统中氧的分布随时间和空间的变化．并通过给湿地系统增设输气管，利用慢灌快排使系统充分进气．以增加内部溶解氧的含量来提高系统的硝化反应能力，结果大大提高了氨氮的去除串。3.3对磷的去除潜流型人工湿地对磷的去除作用包括吸收、化学沉积、植物和藻类吸收、微生物作用等，其中基质吸附起主要作用[13]。基质的理化性质对磷的去除串有很大影响。Zhu等[14]研究了镁、钙、铁、铝和磷的吸附关系，发现钙与磷的吸附相关性量强。Geller[15]也认为钙与铁、铝相比对磷具有更强的结合能力，潜流型湿地系统对磷的去除能力决定于这些矿质元素在基质中的含量。ADrizo等[17]比较分析丁7种基质对磷的去除能力，发现飞灰和页岩具有最大的磷吸收．然后是铝土矿、石灰石，综合比较各种性能，A.Drizo认为页岩最适合作为潜流型湿地系统的基质。H．Brizo等[17]分析了13种丹麦不同地区沙的理化性质和除磷能力，这些沙对磷的去除能力差别极大，决定磷的去除能力呈沙中钙的含量，作者同时也研究了一些人工合成基质的除磷能力，他认为将这些人工基质中的一种或几种和沙混合使用可以显著提高潜流型湿地系统的除磷能力。4潜流型人工湿地的经济分析工程造价和运行费用是人们在选择和设计污水处理工艺时必须考虑的问题。美国分析了37个湿地污水处理系统的造价，其中19个自由衷面流湿地的平均造价为55000美元/hm2，18个潜流型系统的平均造价为215000美元/hm2：，因为需要额外的岩石供应和填筑费用，所以潜流型系统的造价比自由表面流系绕高，但是就负荷计算，潜流型系统显示出优越性，潜流系统的造价为163美元/m3，自由表面流系统为206美元/m3[8]。国内一些专家估算，潜流型人工湿地污水处理系统的占地面积大约是自由衷面流人工湿地系统的十分之一，建造费用大约在130—150元/m2。赛痕沾5隔玻滑流型人工湿混地的应用习德国最早速开展了潜流型博人工湿地的研饲究政[18]私。早期的潜沉解型湿地处理系父统主要用于处歇理城市生活污茅水或二级污水恩处理厂出水。寨经过桑近魄3秤0控年研究与发展玉，该技术已经佳在英国、美国泼、新西兰、法高国、澳大利亚朗、巴西、荷兰物等许多国家得惜到应用推广，闪一些发展中国店家也开始使用灰改技术解决国匹内的污水处理桑问题灶[19]识。与此同时应莫用范围电不断表扩大，除了用楚于处理城市污姜水外，还应用粱于工业废水、嫩农业面源污染撇、垃圾渗出液榨暴雨径流等多辽种废水的处理巨，表现出良好弯的净化效果，留见鹿表充1先。粱晨表猛1绝毕向潜流型人工湿肆地处理系统实够例珍报废水类型断时间炊湿地类型六污染物去除效虏果魄/%欲BOD5硬COD械NH3-N杀TN星TP识食品加工废水香[20]导1992-1副994妄水平潜流刊89乖92逆86爸配牺96获酿酒废水眯[21]症1995-1寄997钉水平潜流险桂百98遣缝盈舰锤63.3毯生活废水南[22]般1997-1龄999端水平潜流亮70-93族枪姿38-66卫38-66属42-70梢污泥渗出液声[23]译1997-1让999伴垂直潜流填唐怨96笋旬水92色腊蛛苗圃灌溉径流笼[24]更1999-2尖001骄水平潜流紧伯粗雾兽堡寻＞侄84左＞顾渐65暖河水介[25]耗1999-2并000静水平潜流性74-81昨骄我58-82谷鉴出艺役油田采出水贪[6]蹈1991-1衫993梅垂直潜流匠撇闪侧作暴雨径流冰[26]赞2000-2诞001峡水平潜流嗓87.13稳钓慈古何97.3挠77.29淋农业废水芝[27]塌2001但水平潜流忌坐调55-66.来0知驼乌6胆铸结束语附众多成功誉应用的实践证殖明，潜流型人歪工湿地是一项爆非常有效的污夸水处理技术，搂和国外相比，华国内的研究相榴对滞后，笔者奋认为今后应深仰入开展以下几矩个方面的研究赞。惊①甚通过筛选耐污冬和净化能力强裹的植物品种并洋进行优化组合巴，达到更好地餐调控潜流型人清工湿地的净化女功能以及符合角城市景观建设偿的需要；同时剑建造适宜的湿议地生态系统，裹使植物良好生趟长，充分发挥拘其各种功能悠。需②死在系统地研究锄潜流型人工湿栗地中微生物种反类分布规律和估作用机制的基祖础上，通过高觉效微生物的筛雪选，人为适当疾地改造湿地微丸生物群落结构北并调控湿地系盆统的净化过程滚，从而提高人眉工湿地系统的终运行效果暖。块③锦通过对基质进扫行筛选或人工蜘合成，提高人驰工湿地对磷的绘持续去除效果缝。芹④到应用生态工程任的原理和方法茎对人工湿地系亏统进行构建和检调整，以利于搅湿地正常功能棕的运作和生态歼系统服务的可居持续性。通过呀上述几个方面犁的研究，构建蝇适合我国国情缎和不同地域特赠点的高效潜流苦型人工湿地处扭理系统，使其塌在我国得到广兽泛的应用和椎倡广错。慰立参考文献效：现秩启[1]鹅拼沈耀良，王宝牺贞血.莲废水生物处理长新技枝术拜—脆—温理论与应鼻用款[M证]熄．北京：中国喘环境科学出版约社汽，刷1999.限做苦[2]耕坛宋志文，毕学相军，曹军．人急工湿地及其在君我国小城市污领水处理中的应员用席[J睛]半．生态学杂志梨，季200馒3反，召22(2喷)旨：伤7赌4逝—默78愧诉吸[3]签榴吴振斌，任明缩迅，付贵萍，兆等材.散直流人工湿地估水力学特点对塞污水净化效果矮的影酒响俭[J]绿.唐环境科学炒，铲200甚1逼，支22(5久)乎：雨4摄5曾—勇4痒6童．秩艳致[4]浙栏付贵萍，吴振妹斌，任明迅，掩等骄.墨垂直流人工湿惕地系统中水流悔规律的研抵究津[J]江.叼环境科学学报占，匙200冻1逗，设2闲1还（城6茅)依：鹊72瓶0窑—单725怎骆往[5]随只张甲耀，夏盛竹林，熊凯，等右．潜流型人工激湿地污水处理责系统的研黄究乖[J]伯.抵环境科学努，厅199搬8铺，止19(4舰)旬：践3访6遵—榴39.出覆论[6]票姑籍国东，孙铁虎珩，常士俊，诉等堆.采人工潜流湿地凤处理稠油采出荡水的实验研洁究虽[J]享.劫环境科学学报垂，途200路1率，领21(5盲)抢：丙61裤9错—误621.常窃侵[7]颗砍吴亚亏英高.挖人工湿地在新栽西兰的应局用栋[J]样.篇江苏环境科技椅，灾200呜0晨，泄13(3浓)摊：咽3挠2挨—虾33.邀讲总[8]Re安edS幻C燃，棉DBrow爆n.Con劫struct喊edwet代landd恳esig辰n芦—萄thefi艇rstge曾nerati插on[J].府WatEn译vRe因s裳，写199叶2浙，问64(6动)轨：彻77桶6凭—互781.要扛邪[9]Wo味od肝A省．耻Constr凳ucted比wetlan妨dsin删water劳pp11ut旅ionco创ntrol:碑funda丹mental肠toth年eirun浑dersta虽nding[键J].Wa厌rSci尼Tech,1协99珠5毕，窗32(3)响:2挪1着—中29.晨箱签[10]马阳籍国东，孙铁馒珩，李顺，饶等裙.萌人工湿地及其拢在工业废水处进理中的应恰用共[J]外.共应用生态学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