人工湿地模块化

人工湿地模块化（精选八篇）

人工湿地模块化 篇1

由于过去农村长期粗放式的发展, 致使我国农村约59万个村庄面临严重的环境污染问题。在环境污染治理方面, 生活垃圾处理仅占1/3, 生活污水处理更是不到10%。2015年环保部指出:在“十三五”期间全国将新增完成13万个建制村环境综合整治, 农村水污染整治刻不容缓。目前, 针对经济发展相对落后、技术水平有限的农村地区, 我国应用的主要分散式处理技术有土地处理技术、人工湿地技术、厌氧生物处理技术、稳定塘技术、生物膜处理技术以及膜反应器[1~4]。其中, 人工湿地作为一种成本低、灵活、易于管理维护的分散式污水处理设施而获得更多关注[2,5,6,7], 这也给发展中国家的生活污水处理提供了理想的选择[8]。研究表明:人工湿地对有机污染物有较高的处理效率[9], 出水可通过农业灌溉等方式回用[10]。

然而, 相比于排放集中的城市生活污水, 农村生活污水因人口居住分散具有排放分散、污水量小[11,12]的问题, 施工队伍的施工水平难以保证人工湿地生活污水的处理效果, 同时, 堵塞后的维护问题是阻滞人工湿地推广应用的最大障碍[13,14]。因此, 在借鉴国内外人工湿地先进处理技术的基础上, 立足于中国国情, 国内学者在人工湿地的施工质量、堵塞等方面做了诸多探索。

2 农村生活污水分散式处理现状

2.1 农村生活污水的污染现状及水质特征

20世纪80年代开始, 我国农村水环境质量不断恶化, 近几年每年生活污水排放量有80亿t。目前农村水环境问题主要表现在: (1) 工业点源污染, 乡镇企业和集约化养殖场布局不当、污染治理力度不够导致的污染; (2) 农业面源污染, 现代农业生产手段的过度使用带来的污染; (3) 生活源污染, 乡镇等农村聚居点因缺乏规划和环境管理滞后造成的污染。其中, 生活污水因人口居住分散、经济基础薄弱、地形条件复杂[15]不便进行集中处理。

农村生活污水是指农村居住分散的居民生活过程中粪便及其冲洗水、洗浴污水和厨房污水等[16,17], 还包括一些农村分散养殖过程中所产生的污水。农村生活污水含有机物质、氮磷营养物质、悬浮物及病菌等污染成分, 各污染物排放质量浓度一般为:CODCr为250~400 mg/L, 氨氮为40~60 mg/L, TP为2.5~5.0mg/L。中国农村生活污水主要水质特征有以下几点:农村村镇人口较少, 分布广泛且分散, 大部分没有污水排放管网;农村生活污水浓度低, 变化大;大部分农村生活污水的性质相差不大, 水中基本上不含有重金属和有毒有害物质, 含一定量的氮、磷, 水质波动大, 可生化性强;不同时段的水质不同;厕所排放的污水水质较差, 但可进入化粪池用作肥料[18]。因此, 根据农村生活污水的水质特点, 适合用生物法进行处理。

2.2 农村生活污水分散式处理现状

目前, 在农村生活污水的治理过程中, 分散式污水处理已成为国内外生活污水处理的一种理念和方法[19]。国外较早对于农村生活污水分散处理技术展开了相关研究, 并积累了一定经验[20], 形成了较为完善的体系。

我国从20世纪80年代开始开展生活污水分散式处理的研究工作, 许多形式各异的无动力或微动力的低能耗型一体化污水处理装置得到应用。在我国农村常用的分散式污水处理工艺主要有:化粪池、沼气发酵、垂直流人工湿地、土地快速渗滤系统、高效藻类糖等以及上述各种工艺的组合[21~26]。例如, 在上海针对相对落后的松江地区使用稳定塘、土壤入渗的人工湿地系统、稳定塘处理系统处理农村生活污水, 展现出良好的可行性[27];朱海波等[28]在陕西关中农村采用水解酸化池和人工湿地组合工艺, 并提出冬季运行管理技术要点, 确保了污水处理效果的稳定。

然而, 受到经济条件和环保意识的限制, 农村生活污水整体处理率仍然很低[1]。人工湿地作为一种灵活、成本低的分散式污水处理措施同样面临施工质量、堵塞的问题, 这限制了人工湿地的推广应用[13,14,29]。

3 模块化人工湿地在处理农村生活污水中的应用

我国第一座人工湿地于1987年建成[30], 随后约有450座人工湿地系统相继建立。截至2012 年, 人工湿地已占农村生活污水的20%。但是堵塞问题往往制约着人工湿地的推广应用[31];同时, 处理农村分散式农村生活污水的问题在于, 工程量太小, 专业施工队伍参与的积极性不高, 由村里的施工队施工的质量难以得到保证。人工湿地模块化是解决以上问题的可行思路, 通过模块化和系列化实现施工过程的标准化, 可以有效解决人工湿地基质堵塞后的快速更换及农村施工队伍专业化程度不高的问题。在我国, 现有的人工湿地模块化设计思路主要有以下3种。

3.1 单元型模块化人工湿地

将人工湿地分为一个独立的填料单元, 两个单元可以交替运行实现人工湿地的轮休以解决堵塞问题。

张统等[32]公开了一种快速装配式人工湿地填料单元, 系统自上而下包括, 土壤层、隔土层、承托层、人工填料单元层、卵石承托层、防渗层 (图1) , 工厂可进行批量生产, 方便装配施工, 组建的人工湿地污水处理系统生物量大, 水力停留时间短, 处理效果好, 并且系统不易堵塞、可修复、运行费用低、土地可复用。

3.2 筐篮型模块化人工湿地

筐篮型人工湿地是指在不影响人工湿地内部水流前提下用一定尺寸的外部网状结构将基质一块块框起来, 筐篮直接的缝隙利于供氧, 同时方便人工湿地的施工及后续维护。章北平等[33]发明了一种长、宽、高为100~1 000mm的盒状无盖筐篮结构 (图2) , 壁厚2~4mm, 外框上有多个穿孔, 可实现规模生产, 质量稳定, 便于现场安装施工, 所用模块有多种尺寸, 可根据实际情况进行改装和拆卸, 能够节省人力物力, 降低成本。

3.3 粘结型模块化人工湿地

粘结型模块化人工湿地是指在尽量不影响人工湿地基质处理污水的情况下, 用粘结剂将基质粘结起来做成块状基质并应用于人工湿地的技术。尧平凡[34]针对垂直潜流人工湿地堵塞问题提出表层布水系统基质模块化的思想, 即用骨料、水泥、水、减水剂为原材料制备成多孔混凝土砖块, 堵塞时可以实现快速更换, 在施工上解决堵塞问题;王晟等[35]利用高炉渣、粉煤灰、水泥为粘结剂发明了小型人工湿地的模块结构, 模块分为有管模块和无管模块, 有管模块中含穿孔管用于输送污水, 无管模块不含穿孔管在湿地中起支撑、蓄水和布水作用, 模块由套网、轻质填充料和穿孔管组成, 易于搬运安装, 可由非专业施工队伍完成, 应用于农宅房前屋后庭院;曾丽璇等[36]将电厂废弃物粉煤灰作为人工湿地填料的材料, 结合碎石、水泥和萘系高效减水剂根据正交实验得到所用碎石级配10~16mm, 粗骨料∶水泥∶粉煤灰∶水的质量比为1∶0.15~0.20∶0.05~0.1∶0.06~0.08, 减水剂按水泥和粉煤灰总质量的1% ~2%添加, 并应用于水平潜流湿地取得比传统人工湿地更好的处理效果。Park等[37]在多孔混凝土净化污水的实验中得出:浸泡在污水中的多孔透水混凝土的多孔结构提供了适于微生物生长的生存环境, 可以去除90%的总悬浮颗粒物、65%的总磷和80%的总氮。因此, 将多孔混凝土应用于人工湿地基质有广阔的应用前景。

4 结论与展望

基于模块化设计思路的人工湿地充分考虑了我国农村施工水平的实际情况, 利用核心技术集中生产模块化产品, 然后将其应用于农村分散式生活污水, 不仅人工湿地施工质量得到保证, 而且无需专业的施工队伍, 日后对于人工湿地产生的堵塞问题也可根据堵塞周期进行定期统一的更换, 有利于长时间的维护管理。

人工湿地城市之肾 篇2

作为20世纪70年代末发展起来的一种废水处理新技术，人工湿地具有独特的净污机理和功能。诸如净化效果好、工艺设备简单、能耗低、出水具有一定的生物安全性、生态环境效益显著等特点，使得人工湿地在城市生态建设中发挥着日益重要的作用，正越来越多地受到人们的关注和青睐。

近10多年来，英国、德国、法国、澳大利亚、巴西、荷兰等国人工湿地发展迅速，它不仅成为中小城镇的重要污水处理措施，而且也成为雨水处理、工业废水处理的重要技术。目前，在我国城市人工湿地不但用于污水处理，而且在湿地景观、水景住宅方面的应用也开始崭露头角。

人工湿地好处多

污水处理是调节城市生态系统水循环的关键环节。相比天然湿地，人工湿地生态系统的群落结构和种群结构要简单得多，但其按照管理者意愿进行污水处理的功能却更强。因此，在城市生态建设中，人工湿地作为一种生态污水处理方式，除了建设、运营成本低于传统二级污水处理厂外，还有很多优势和作用。

众所周知，威胁城市河湖的主要问题是水体富营养化。因此，城市水系污染治理的关键是控制城市河湖氮、磷营养物质的含量，尤其要控制磷的含量，人工湿地对此具有独特优势。因为它们有非常高的耐水力和污染冲击负荷能力，适应河道水量和水质的变化，湿地机能不易受到破坏。同时，城市水系主要河道都贯穿着许多湖泊、公园和滨河建筑，为建造人工湿地提供了地理条件，而河道较大的水位落差、完善的闸坝管理，则为人工湿地运行提供了保障。

为城市提供新的水资源。人工湿地系统出水水质可以因植物池内填料的不同达到GB3838－88《地面水环境质量标准》Ⅱ类至Ⅴ类标准。处理后的水可用于饮用水水源和景观用水的湖泊、水库或河流，亦可用作冲厕、洗车、灌溉、绿化及工业回用等。一座日处理污水10万立方米的人工湿地除去系统自身运营的需水量后，每年大约可获得达到养殖标准的净水3000万立方米。而传统污水处理厂处理后的水，由于大部分未达到城市用水标准，只能直接排入江河。

治理环境污染，改善城市环境。由于城市热岛效应使得市区内降雨量增大，城市地面透水性差，易引起暴雨径流；而城市污染使雨水水质复杂。因此可在市区低地处建立人工湿地用以净化雨水，从而减少雨水对城市河、湖的面源污染，并使水体富营养化得到有效治理。同时，由于湿地对局域小气候的调节作用，可在一定程度上缓解城市热岛效应。在城市垃圾场附近建立人工湿地，可用来处理垃圾场渗滤液。

营造湿地园林，丰富城市生态景观。人工湿地植物池内种植的是湿地植物，因此可以美化环境，改善地面景观，还可以改善河流水质，并为居民提供休憩、娱乐的场所。例如，哈尔滨水上公园的湿地景观区占地38公顷，是国内最大的湿地景观公园，有效地增加了城市中心区域的生态容量，还有较强的科普和观赏价值。上海市建筑住宅小区内，首个具有景观效果的高净效率“人工湿地系统”已经开建，业内人士预测，拥有“湿地景观”的生态活水住宅可能会成为地产业下一个流行趋势。

保护城市生物多样性。人工湿地能够控制土壤侵蚀、防风护堤，是众多野生濒危动植物，特别是珍惜水禽的栖息、繁殖、迁徙、越冬集聚之地。有的城市芦苇湿地建成后，茂密的芦苇不仅吸纳大量的城市污水，还是鸟类的乐园，鸟类数量比原来增加了1倍以上。

人工湿地的3个类型

人工湿地是一种由人工建造和监督控制的污水处理生态系统。它与沼泽类似，只不过需要人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择地植入植物。

因挺水植物与基质床能够组成高效的污水处理系统，人工湿地一般都是挺水植物系统。根据污水在湿地中流动的不同方式，挺水植物系统分为表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地3类，它们在污水处理中各有千秋。

表面流湿地又叫水面湿地，它与自然湿地最接近。在这个系统中，污水在湿地的表面流动，水位较浅；生长在植物水下部分的茎、杆上的生物膜是去除污水中大部分有机污染物的利器。尽管表面流湿地具有建造工程量少、操作简单等优点，但它的处理效率较低；而且因污水在湿地表面流动，有臭味，夏季容易滋生蚊蝇，占地面积也较大。在我国北方一些地区，由于冬季气候寒冷易发生表面结冰，影响处理效果，故采用的较少。

潜流湿地，因污水从一端水平流过填料床，又被称为水平流湿地系统。在这种湿地系统中，可以充分利用填料表面的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料的截留作用，污水处理能力较高。而且水流在地表以下流动，保温性较好，因此处理效果受气候影响小，卫生条件也好，是目前研究和应用较多的一种湿地处理系统。目前，已被美国、日本、澳大利亚、德国、瑞典等国家广泛使用。但建造工程量大、投资较高，脱磷、除氮的效果不如垂直流人工湿地。

垂直流湿地系统中的水流综合了前面两者的特性，水流在基质床中基本呈由上向下的垂直流。由于污水是从湿地表面纵向流向填料床底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统，其硝化能力高于水平流湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水。但对有机物的去除能力就不如水平流人工湿地系统了。因它对基建要求高，控制复杂，夏季滋生蚊蝇，故目前应用得还不是很多。

它们如何排污？

人工湿地对污水的处理有十分复杂的净化机理，现在仍未能完全研究清楚。一般认为，这些湿地综合了物理、化学和生物3种作用，对污水的处理大致要经过沉降和过滤、沉淀吸附和分解、微生物代谢及植物代谢4个步骤。

人工湿地系统成熟后，基质表面和植物根系吸附了大量的微生物形成生物膜，污水流经生物膜时，大量的悬浮物被基质和植物根系截留，大肠杆菌和病原体被植物根系分泌物灭活或自然衰败死亡，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化用作被去除。

在湿地床系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态，保证了污水中的氮磷不仅能被植物和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，达到去除污水中的磷的目的；最后通过湿地床基质的定期更换和栽培植物的收割，最终从系统中去除污染物。

优势背后的问题

尽管目前培育人工湿地净化污水的技术已经日趋成熟，但仍存在不少问题需要深入研究。

首先，人工湿地栽种的植物群落是否恰当？这直接关系到污水净化效率和经济效益。而植物群落类型的选取主要应该考虑所在城市的气候、土壤等自然条件以及污水中主要的污染物种类。由于城市的处理系统一般都靠近市郊，同时面积较大，因此美化景观也是必须考虑的。

其次，培育人工湿地净化污水工程在运行中，也会产生一定的负面影响，需要通过合理的人工调控手段进行有效控制。在人工湿地排水过程中，污水封闭在排水系统的管网中，但是在污水中的污染物发生降解之前会散发出异味。因此，要采用沉沙、好氧曝气等方法来去除，以防止局部的环境污染。

另外，湿地栽培的植物，如芦苇，易受病虫害的影响，还有潜在的火灾威胁。因此，必须建立预警机制及控制系统，以做到防患于未然。

城市人工湿地效益探讨 篇3

人工湿地是指通过选择一定的地理位置与地形, 并模拟天然湿地的结构与功能的人工生态系统。它充分利用基质、植物和微生物这个复合生态系统的物理、生物和化学的3重协调作用, 通过吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化和养分吸收等来实现对废水的高效净化。人工湿地利用自然水体及生物生态系统处理污水, 能够形成床体内部物质的良好循环并具有较好的生态效益, 经济效益和社会效益。

2 城市人工湿地的效益

2.1 生态效益

2.1.1 沉积、降解污染物, 处理和净化城市污水

人工湿地污水处理系统是人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料混合组成填料床, 设计上采用表面流, 潜流和垂直流3种不同方式, 并在床体表面种植凤眼莲、大薸、黑藻、大聚藻、芦苇、伞草、灯心草、黄菖蒲等具有性能好, 成活率高, 抗水性强, 生长周期长, 美观及具有经济价值的水生植物形成一个独特的动植物生态体系。利用这一人工的生态体系实现对污水中有机物, 氮, 磷等的去除, 从而达到净化污水的目的。

污水的净化机理主要依赖于土壤, 微生物与藻类及植物净化机理3大机理。人工湿地的基质一般由土壤、细沙、粗砂、砾石、碎瓦片或灰渣等构成。基质一方面为植物和微生物提供生长介质, 另一方面通过沉淀、过滤和吸附以及离子交换、偶合作用等去除污染物。各类污水中最先出现并对污物起吸收与降解作用的群体是微生物。湿地优势菌属主要为假单胞菌属、产碱杆均属和黄杆菌属。这些菌属生长快速、分解有机物快、降解能力强。藻类为微生物提供良好生存环境, 也是湿地生态系统中生物量的主要组成成分, 在贮存和转移养分方面起关键作用。人工湿地的这3大成分间相辅相成, 综合作用。通过物理沉积、化学反应、生化反应以及植物吸收等综合协调作用, 显示出对有机污染物的强大去除能力。一般人工湿地BOD 的去除率在85%～95%, 对COD 的去除率可达80% 以上。

生物代谢是湿地系统去除有机物的基本过程。水体中的各种微生物将有机物氧化为稳定的终产物, 如CO2, H2O, NH3, NO-3, NO-2, N2 等小分子和离子。降解后的CO2, N2释放到空气中, NH3, NO-3, NO-2能被湿地植物 ( 芦苇、黄菖蒲等) 吸收, 降解效率高。人工湿地对氮的去除主要靠氨化及硝化菌硝化和反硝化菌的反硝化作用。硝化作用是在好氧菌的作用下先由亚硝酸菌将氨氮氧化成NO-2, 再由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为NO-3。反硝化是在无氧条件下进行, 由反硝化菌利用硝酸盐中的氧进行呼吸, 氧化分解有机物, 将硝酸氮还原为N2和N2O, 排出系统。对磷的去除作用包括基质的吸收、过滤和沉淀、植物和藻类的吸收、微生物去除等。统计数据表明, 与其他污水处理工艺相比, 人工湿地对富营养化污水具有更好的净化能力。SS去除率可达90%以上, N 和P 的去除率可分别达到90%和60%以上。如表1所示。

2.1.2 保护城市生物多样性, 具有良好的生物功能

城市人工湿地为城市原有的动物提供丰富的食物和良好的生存繁衍空间, 对物种保存和保护城市物种多样性发挥着重要作用。城市人工湿地与城市常见景观差异较大, 形成了城市中特殊的生物环境, 适于各类生物的生存、繁衍。突出其保护生物多样性的特点。如上海市湿地有50 多种淡水鱼类, 鸟类共有5 目5 科6 种, 植被中挺水、浮水和沉水3个类型100 余种, 对保护城市生物多样性及营造舒适城市环境具有重要作用。

2.1.3 调蓄洪水, 防止自然灾害

城市人工湿地在控制洪水, 调节水流方面功能十分显著。人工湿地是蓄水防洪的天然“海绵”。在暴雨和河流涨水期能够储存过量的降水, 避免或减轻洪涝灾害影响。此外人工湿地在城市蓄水、调节河川径流、补给地下水和维持区域水平衡中发挥着重要作用, 保证工农业生产有稳定的水源供给。

2.1.4 减少城市环境压力, 调节气候

人工湿地能有效吸收二氧化硫、氮氧化物等气体, 通过湿地植物的光合作用增加氧气、净化空气, 减轻城市热岛效应和污染, 同时调节城市气温、湿度等, 能较好地调节城市小气候, 改善城市的居住环境。

2.2 经济效益

(1) 为城市提供水资源。一座日处理污水万立方米的人工湿地除去系统自身运营的需水量后, 每年大约可获得达到养殖标准的净水万立方米。这些湿地处理后的水可用于饮用水水源和景观用水, 亦可用作冲厕、洗车、灌概、绿化及工业回用等。丰富了城市的水资源, 降低企业用水成本, 在一定程度上缓解城市的用水压力。

(2) 提供了丰富的动植物产品。湿地中的鱼类, 藕、菱、芡、茨菰、虾、贝、藻类等是富有营养的副食品。动植物资源有些可以药用, 有些是工业原料。例如芦苇就是重要造纸原料。形成规模的芦苇地可直接提供经济价值。

(3) 城市污水处理费用降低。人工湿地的污水处理费用一般为每吨污水0.1～0.2元, 此价格是传统二级处理的1/10～1/5。此外, 基建投资也少得多, 通常是传统二级污水处理的1/5～1/2。

(4) 随着生活水平的提高, 自然的临水生活已成为新世纪人们所推崇的一种居住方式, 房屋建设人工湿地的水面积也成为一个优势, 形成直接经济价值。

2.3 社会效益

随着现代城市的快速发展, 越来越多的居民渴望回归自然, 城市湿地以其自身独特的特点正好满足了城市居民这种心理需求。人工湿地创造的优美的风景、幽静的环境和清新的空气, 不仅使人感到情绪镇定、心情畅快, 而且有益于人们的健康与长寿, 同时还陶冶了情操、激发了灵感。为人们提供良好的交流和休闲活动场所, 增进相互间的了解。人工湿地在丰富城市水文化、美化环境、提供休憩空间等方面有着不可替代的社会效益。同时湿地生态系统及多样的动植物群落为教育和科研提供了对象、材料和试验基地。

3 结语

城市人工湿地为城市建设带来了诸多的卓有成效的效益, 其中生态效益尤为突出。突出的效益使得人工湿地有着广阔的应用前景。在今后的湿地建设中, 应以整个区域、城市的生态环境为背景进行分析、研究, 从实际净化效能入手, 分阶段、分步骤循序渐进地试验和实施。做好人工湿地的建设和保护工作, 应充分利用报纸, 媒体等各种手段提高全民素质, 让公众参与保护湿地;政府加大湿地保护力度, 控制和降低污染, 保护城市湿地生态功能;加快城市湿地园林建设, 加大科研力度, 设法改善目前国内人工湿地处理系统普遍存在着的诸如占地面积大、处理负荷低、卫生条件落后、冬季效果低等缺点。在湿地建设中, 注意植物搭配的合理性, 避免盲目引进外来物种。努力促进城市人工湿地在生态, 经济和社会效益方面获得最优, 达到改善城市环境, 营造绿色环保生活的美好目标。

参考文献

[1]李杰, 钟成华, 邓春光.人工湿地研究进展[J].安徽农业科学, 2007 (6) :16~17.

[2]张洪刚, 洪剑明.人工湿地中植物的作用[J].湿地科学, 2006 (2) :61~62.

[3]李连发.人工湿地植物的选择[J].南方农业, 2010 (5) :73~74.

[4]张建国, 何方.人工湿地城市之肾[J].百科知识, 2006 (9) :48~50.

[5]宋志文, 毕学军, 曹军.人工湿地及其在我国小城市污水处理中的应用[J].生态学杂志, 2003 (3) :133~134.

[6]柳文丽.人工湿地在中国的研究进展[J].四川环境, 2010 (5) :67~68.

人工湿地系统影响因素分析 篇4

关键词：人工湿地,床体深度,填料

1 引言

人工湿地污水处理系统是在自然或半自然净化系统的基础上发展起来的污水处理技术, 具有投资省、运行费用低和效果良好等优点, 对生活污水表现出良好的净化效果[1,2,3]。人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面, 将污水、污泥有控制地投配到经人工建造的湿地上, 污水与污泥在沿一定方向流动的过程中, 主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用, 对污水、污泥进行处理的一种技术。设计人工湿地系统, 需根据当地条件及污水情况确定湿地类型、场址和场地面积, 床体深度、填料和运行方式是设计过程中需要考虑和确定的重要内容。

2 湿地类型对净化效果的影响分析

人工湿地可分为表面流湿地、潜流湿地、立式流湿地。表面流湿地与自然湿地相似, 污水在填料表面漫流, 绝大部分有机物的降解由位于植物水下茎秆上的生物膜来完成, 这种类型未能充分发挥填料和丰富的植物根系的作用, 且卫生条件不好;潜流湿地是水在填料表面下潜流, 充分利用整个系统的协同作用, 卫生条件较好, 占地小, 处理效果较好;立式流湿地水流情况综合了表面流湿地和潜流湿地的特点, 但其建造要求高[4]。

刘超翔等人采用表面流和潜流式两种人工复合生态床对滇池地区低浓度农村污水进行了处理, 研究结果表明:在高水力负荷 ( 30cm/d ) 条件下, 潜流式床体对COD、TN、NH4+-N和TP的去除率分别为70.6%、60.6%、80.9%和66.0%, 表面流床体则分别为63.1%、61.2%、90.2%和60.2%;表面流床体中芦苇、茭白等植物对氮、磷的吸收量要大于潜流式床体[5]。王晓娟等人对表面流和潜流人工湿地中不同填料层的微生物硝化和反硝化强度进行了对比研究, 结果表明:人工湿地系统可以同时进行硝化和反硝化作用, 表面流湿地硝化强度高于潜流湿地, 潜流湿地上层土壤填料的反硝化强度最高, 砾石填料反硝化强度最低, 表面流湿地反硝化强度居中[6]。陈秀荣等人研究表明:人工湿地进水氮的主要形态为氨氮时, 表面流人工湿地脱氮效能高于潜流人工湿地[7]。分析上面学者的研究结果得出, 可根据污水性质和排放要求科学选择湿地类型, 或湿地组合运行以提高污染物的去除效果。

3 植物对净化效果的影响分析

有植物系统净化污水的能力明显优于无植物系统。何蓉等人对表面流人工湿地处理生活污水进行了探讨, 研究表明:有植物系统对有机物的去除没有明显的效果, 而对氮和磷均有较好的去除效果, 去除率均可达到70%以上[8]。张甲耀等在研究潜流式人工湿地系统中的植物净化能力时发现, 有植物系统对总氮的净化能力高于无植物系统, 且芦苇湿地系统最高, 茭白湿地系统次之, 穿心莲子草湿地系统最差[9]。袁东海等人进行了几种湿地植物净化生活污水COD、总氮的效果比较研究, 结果表明:低COD、总氮浓度条件下, 无植被的人工湿地和有植被的人工湿地对污水中COD、总氮均有很好的去除效果, 随着污水中COD和总氮浓度的增加, 无植被人工湿地和有植被人工湿地去除COD和总氮的效果均有不同程度下降, 两者差异明显, 有植被的人工湿地能维持较高的COD、总氮的去除效果, 无植被的人工湿地COD和总氮去除效果下降很快, 植被在人工湿地系统去除污水COD和总氮过程中起着重要的作用;同无植被人工湿地COD和总氮净化效果相比, 石菖蒲植被人工湿地净化效果最好, 其次为灯心草植被人工湿地, 再次为蝴蝶花植被人工湿地[10]。常用于人工湿地的植物种类有芦苇、香蒲、美人蕉、茭草、茭白、灯心草、菖蒲、苔草、藨草等, 其中芦苇和香蒲应用最多。

植物的种植方式是人工湿地系统设计需要考虑的重要问题, 多种植物混合种植表现出良好的净化效果。蒋玲燕等人对潜流人工湿地微生物多样性进行了研究, 结果表明多种植物系统与多种填料系统在有机物与营养元素去除方面均比单一植物单一填料系统有优势[11]。刘超翔等人采用前1/3段为芦苇, 后2/3段为茭白, 芦苇种植密度为16株/m2, 茭白种植密度为12株/m2, 对COD、TN、氨氮和TP的平均去除率分别为70.6%、60.6%、80.9%、66%, 取得了良好的净化效果, 明显优于无植物和单一植物系统, 并充分利用了芦苇较强的根系泌氧能力和茭白较弱的根系泌氧性能[12]。植物种植密度对净化效果有一定影响。黄娟等人探讨了植物生理生态特性对人工湿地净化效果的影响, 结果表明:适当增加植物种植密度, 有利于提高湿地脱氮效果, 但种植过密反而不利于提高溶解氧水平和TN去除率[13]。吴振斌等人研究表明:在负荷高的情况下, 湿地植物的根系过度生长, 使得湿地内部孔隙度下降, 沙粒板结而水流不畅导致出水速率变慢, 影响处理效果[14]。

4 床体深度对净化效果的影响分析

床体深度对植物根系的扩展、微生物和酶的垂直方向分布影响较大, 从而对人工湿地系统净化生活污水效果有较大影响。刘超翔等人在滇池地区对人工湿地处理农村生活污水的建造深度进行了探讨, 研究结果表明:在30cm/d高水力负荷的条件下, 对COD、总氮、氨氮和总磷的去除率, 深度为60cm的床体分别为66.4%、57.7%、78.7%和63.2%, 40cm深的床体分别为63.8%、59.1%、82.1%和61.3%, 深度为60cm床体对COD和总磷的去除率高于深度为40cm的床体, 但后者对氮的去除效果略优于前者[15]。成水平等人调查了人工湿地水生植物根区理化特性、根系扩展的深度和位置、微生物和酶的分布状况;比较了不同深度人工温地污水净化效果;探讨了人工湿地污水处理系统最佳净化空间位点, 通过对香蒲、灯心草人工湿地的研究, 发现植物的根系主要分布在基质上层25cm 区域内, 在5到10cm区域内, 微生物数量最多, 25cm区域次之, 35cm以下较少, 系统表层磷酸酶、葡聚糖脱水酶和蛋白酶的活性较20cm区域内各酶活性强。对于废水的净化而言, 系统20cm和60cm处的净化效果差别很小。结果表明, 人工湿地废水处理系统上部区域为较佳净化空间[16]。何起利等人研究了复合垂直流人工湿地中试系统不同功能层面的氧化还原特征、好氧微生物数量、基质的耗氧速率及氧化还原酶类活性的分布特点, 床体深度50cm, 结果表明:各功能层面的氧化还原电位、好氧微生物数量、耗氧速率表层最高, 并且随着基质深度的增加逐渐降低;除过氧化物酶外, 氧化酶活性表现为表层高于中下层, 而硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等活性变化趋势则相反, 同时, 氧化还原电位与基质中细菌、真菌、放线菌的数量、耗氧速率等存在显著正相关关系;氧化还原电位与多酚氧化酶、过氧化氢酶、脱氢酶等氧化酶活性也存在显著正相关, 而与下行流池的硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等还原酶类存在显著负相关关系[17]。

分析以上学者的研究结果可以得出, 床体深度为40～60cm时, 人工湿地表现出较好的污染物去除特性和去除效果, 若含氮较高, 可采取较大的床体深度, 床底易形成还原环境, 有利于氮的去除。

5 填料 (基质) 对净化效果的影响分析

填料是人工湿地的重要组成部分, 选择合适的基质填料对提高湿地的污染物处理效果有较大影响。李旭东等人对沸石潜流湿地、砾石潜流湿地和自由表面流人工湿地脱氮除磷性能进行了中试对比试验研究, 结果表明:在相同进水水质和水力停留时间为1d的运行条件下, 沸石潜流湿地脱氮效果最佳, 总氮去除率接近60%;砾石潜流湿地除磷效果最佳, 总磷去除率可达70%;自由表面流人工湿地脱氮除磷效果介于沸石和砾石潜流湿地之间, 自由表面流人工湿地投资费用最少, 但水力负荷有限[18]。张翔凌等人选取砾石、沸石、无烟煤、页岩、蛭石、陶瓷滤料、高炉钢渣、圆陶粒8种填料, 在较高水力负荷 (1 000～2 500mm/d) 的条件下, 进行了垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验, 结果表明:无烟煤、圆陶粒、砾石具有较好去除有机物的能力, 对COD的去除率达到50%以上;钢渣和无烟煤对BOD的去除率达到70%以上;沸石和陶瓷滤料对总氮和氨氮的去除率达到70%以上, 其他几种填料对总氮和氨氮的去除率仅为20%左右;高炉钢渣和无烟煤具有较好去除磷的能力, 高炉钢渣对总磷和总溶解性磷的去除率达到90%以上, 无烟煤对总磷和总溶解性磷的去除率达到60%～70%;孔隙率的变化对垂直流人工湿地的净化能力有显著影响;在垂直流人工湿地处理系统中, 通过选择合适的填料, 如无烟煤、圆陶粒、沸石, 在较高的水力负荷条件下可获得较好的处理效果[19]。徐丽花等人研究了沸石、沸石-石灰石、石灰石3种填料的人工湿地的净化能力, 结果表明:沸石和石灰石混合使用, 不会降低沸石吸附氨氮的能力;沸石可促使难溶性P的释放, 使得石灰石吸附P被植物和微生物吸收利用;沸石和石灰石发生了协同作用, 对TN、TP的去除效果均好于其单独使用[20]。赵桂瑜等人从吸附动力学角度出发, 研究了干渣、沸石、页岩陶粒和白云石四种基质对水体中磷素的吸附作用, 结果表明:干渣对磷素的吸附量最大, 其次是沸石和页岩陶粒, 白云石对磷素的吸附量最小;作用48h后, 干渣对磷素的吸附量分别是沸石、页岩陶粒和白云石的3.9倍、6.7倍和11倍;四种基质对磷素的吸附速率依次为:干渣>页岩陶粒>沸石>白云石[21]。

人工湿地系统中选用的填料需要有良好的通透性、大比表面积和较强的吸附能力, 以创造良好的水力条件, 为微生物提供良好的栖居环境, 增强湿地系统的截污能力, 从而提高有机污染物、氮和磷的去除效果。从上面各学者研究成果可以得出, 干渣、无烟煤、圆陶粒、沸石等作为人工湿地填料均可取得较好的污染物去除效果, 可为工程实践提供参考。

人工湿地系统在处理污水方面还存在一些问题, 无机磷在填料吸附饱和之后, 去除率明显下降。有文献报道, 人工湿地中磷素的去除或固定机制有:基质吸附、化学沉淀、微生物活动、植物和藻的吸收以及合成有机物质, 其中, 基质吸附和沉淀可能发挥着最重要的作用, 同时也最具有发展潜力, 然而, 基质对废水中磷的吸附和沉淀去除作用不是无限制的过程, 到一定程度会达到饱和[22]。所以依靠填料吸附去除磷非长久之际, 磷亦未真正的去除, 还会返溶于水体中, 而磷在微生物的转化分解作用下, 最后被植物吸收可能是去除磷的较好途径。

6 结语

总结国内学者的研究结果可以得出:可根据污水性质和排放要求科学选择湿地类型, 或湿地组合运行以提高污染物的去除效果。

有植物系统净化污水的能力明显优于无植物系统。植物的种植方式是人工湿地系统设计需要考虑的重要问题, 多种植物混合种植表现出良好的净化效果。植物种植密度对净化效果有一定影响。适当增加植物种植密度, 有利于提高湿地脱氮效果, 但种植过密反而不利于提高溶解氧水平和TN去除率, 使得湿地内部孔隙度下降, 沙粒板结而水流不畅导致出水速率变慢, 影响处理效果。

床体深度为40～60cm时, 人工湿地表现出较好的污染物去除特性和去除效果, 若含氮较高, 可采取较大的床体深度, 床底易形成还原环境, 有利于氮的去除。

人工湿地技术的应用与发展 篇5

一、人工湿地的工艺原理

人工湿地 (Constructed wetland) 是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统, 它是为处理污水而人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料 (如砾石等) 混合组成填料床, 使污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动, 并在床体表面种植具有性能好, 成活率高, 抗水性强, 生长周期长, 美观及具有经济价值的水生植物 (如芦苇, 蒲草等) 形成一个独特的动植物生态体系。一般由人工基质和生长在其上的水生植物组成, 是一个独特的土壤 (基质) -植物-微生物生态系统。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, 湿地植物对污染物具有吸收、代谢、累积作用。当污水通过系统时, 经砂石、土壤过滤, 植物的富集吸收, 植物根际微生物活动等多种作用, 使其中污染物质和营养物质被系统吸收、转化或分解, 从而使水质得到净化。

人工湿地去除的污染物范围广泛, 包括N, P, SS, 有机物, 微量元素, 病原体等。有关研究结果表明, 在进水浓度较低的条件下, 人工湿地对BOD5的去除率可达85%——95%, COD去除率可达80%以上, 处理出水中BOD5的浓度在10mg/l左右, SS小于20mg/l。废水中大部分有机物作为异样微生物的有机养分, 最终被转化为微生物体及CO2, H2O。

人工湿地面积可视情况而言, 可在市郊结合部, 也可在污水处理厂出水的附近建造。一些人工湿地属预处理型, 在那些目前还不具备建造污水处理厂的城乡结合部建造人工湿地, 将生活污水排入, 利用所种植物对其进行处理, 然后再排入自然水系, 保护水体;还有些湿地属于加强型, 在污水处理厂附近建造人工湿地, 将污水处理厂处理过的水引入, 再经过人工湿地的加强处理, 提高其水质, 然后排入自然水系, 作为其补充水源。

二、人工湿地的分类

根据湿地中主要植物形式人工湿地可分为:1、浮游植物系统;2、挺水植物系统;3、沉水植物系统。其中沉水植物系统还处于实验室研究阶段, 其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的精处理。浮游植物主要用于N, P去除和提高传统稳定塘效率。目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。挺水植物系统根据废水流经的方式, 可分为表面流湿地 (SFW) 、潜流湿地 (SSFW) 、立式流湿地 (VFW) 。

目前, 我国应用较多的人工湿地污水处理技术主要有两种类型:地表流式和潜流式。地表流式又称为渗滤式, 是把污水直接排进湿地, 停留若干天后再排出的一种方法。这种方法成本及运行费用较低, 但它的缺点是污水直接暴露在大气中, 导致污水中的细菌等污染物直接通过气体散播, 容易造成二次污染, 而且在寒冷地区由于污水易结冰而影响处理效果。潜流式则是将污水通过管道输送到人工土壤介质中, 在水床最低位运行, 表面种植植物, 类似于微灌、滴灌, 用这种方法处理污水, 污染物去除率高、不滋生蚊虫、无臭味, 而且在寒冷的北方也可以正常运行。另外, 加上聚氯乙烯制成的防渗膜, 还可防止污染地下水。表面流湿地和立式流湿地因环境条件差, 处理效果受气温影响较大以及对基建要求较高, 现多不采用, 故人工湿地大部分多采用潜流式湿地系统。

三、人工湿地污水处理技术的优势

目前, 我国的污水处理还主要依赖于传统污水处理厂, 其普遍存在处理水平低、投资和运行费用高、易产生二次污染等问题。与传统的污水处理厂相比, 人工湿地污水处理技术具有很多优势:

1、建设成本及运行管理费用低廉。

人工湿地的工程建设投资大约是城市污水处理厂的2/3, 运行管理费则是1/8至1/10。

2、具有强大的生态修复功能。

它不仅具有涵养水源、均化洪水、降解污染物、保护生物多样性的特点, 还具有吸收SO2、CO2、氮氧化物、增加氧气、净化空气、消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等环境调节功能。

3、保护野生动物和提高景观美学价值。

人工湿地能够控制土壤侵蚀、防风护堤, 是众多野生濒危动植物特别是珍稀水禽的栖息、繁殖、迁徙、越冬集聚之地, 对保护野生动物和提高局部地区景观的美学价值有很大的益处。

四、人工湿地处理工艺的应用及发展前景

早期的人工湿地主要用于处理城市生活污水或二级污水处理厂出水, 现在处理范围不断扩大, 目前已发展应用于农业面源污染, 城市或公路径流等非点源污染的治理。人工湿地应用于工业废水处理的工程实例还不多见, 对工业废水处理的试验研究范围仍然还是主要集中在处理以金属离子、BOD5、COD和油为特征污染物的废水。现在随着我国工业的发展, 尤其是小城镇企业的不断兴起, 产生大量的工业废水, 由于对污水的处理技术及资金的缺乏, 使得产生的废水就地排放, 影响了周边的环境和人民的生活质量。因此, 寻求一技术含量低、处理效果好、又维护管理方便的污水处理技术成为解决中小城镇环境污染的一项迫切任务。人工湿地处理工艺正好具有上述的特点, 并且可以利用乡镇土地宽裕的优点。

国内外不少学者和工程技术人员通过对人工湿地处理工艺的改进和组合, 已成功用于各种废水的处理。波兰通过采用芦苇床湿地系统处理污泥并将其最终产物用作农业肥料, 解决了污水处理厂的污泥难于管理的问题, 实现了资源的再利用。造纸废水一直是最难处理的废水之一, 现在处理技术仍然未得到重大突破, 但在土地资源相对比较丰富的地区, 通过对人工湿地系统的合理规划与设计, 可以实现污染的零排放, 并最终使污水资源化。无数实例表明, 人工湿地能够产生良好的生态环境效益、经济效益和社会效益, 具有广阔的应用前景。

五、结束语

探析人工湿地公园植物的选择 篇6

1 人工湿地公园植物的选择

在人工湿地公园植物配的置上, 应考虑到植物物质的多样性和因地制宜, 尽量采用本地植物, 它适应性强, 成活率高。在物种搭配上要满足生态要求, 做到对水体污染物处理的功能能够互相补充, 又要注意主次分明, 高低错落, 其形态、叶色、花色等搭配协调, 以取得优美的景观构图。 (1) 湿地生态核心保护区及恢复区植物景观, 以保护和恢复原有的湿地生态系统植被群系为主, 以求满足生态系统的稳定性, 并保留自然的原始风貌, 植物景观建设效果方面着重实现湿地的生态效益。该区域只允许公园工作人员与科研人员进入, 避免游客的干预。这一区域常采用的去污效果比较好的挺水植物有茭白、芦苇、菖蒲、香蒲、水葱、灯芯草、石菖蒲、慈菇、美人蕉等;漂浮植物主要有满江红、菱、水鳖、浮萍、马来眼子菜等;沉水植物主要有金鱼藻、伊乐藻、轮叶黑藻等;森林沼泽主要树种有水杉、杞柳、枫香、青冈、冬青、石楠、黄连木、黄檀、山合欢、化香、栓皮栎等地带性植被种类;草本沼泽类较多, 如莎草群系、芦苇群系、莲群系、菱群系、浮萍群系、凤眼莲群系等湿地景观植物。 (2) 湿地缓冲区及湿地展示区植物景观构建是在保留自然湿地风貌的基础上, 进行植物种类与数量的充实和完善, 但要注意控制, 避免引进植物种类的过度繁殖, 造成生物入侵。公园游客主要是观赏该区域优美的湿地风景, 而不能过多的活动于其中, 该区域的设立避免了游人活动对保护区及恢复区的影响, 起着缓冲衔接的作用。 (3) 游憩活动区植物景观以乡土植物为背景植物材料, 在满足生态效益的前提下, 更加注重景观效果的表现, 植物种类结合湿地类型应尽可能的丰富, 合理配置观赏价值比较高的陆生、沼生、湿生、水生植物, 并结合公园旅游项目的开展, 使游客能够更多的参与活动其中。 (4) 沿岸边缘带一般选用优美的耐水湿植物, 如柳树、水杉、水松、木芙蓉、迎春等进行种植设计, 以低矮的灌木和高大的乔木相搭配, 用美学原则组织其色彩、线条、姿态等, 创造出丰富的水岸之立面景色和水体空间景观构图效果, 同时又能在水中产生一种动人的倒影美。 (5) 人工溪流的水生植物配置。人工溪流的宽度、深浅一般都比自然河流小, 一眼即可见底, 此类水体的宽窄、深浅是植物配置重点考虑的因素, 一般应选择株高较低的水生植物与之协调, 且体量不宜过大, 种类不宜过多, 只起点缀作用。

2 对某湿地公园植物的具体分析

某湿地公园的建设主要目的是集湿地污水资源化利用与生态景观建设为一体的示范性公园, 规划用地68公顷。植物是人工湿地生态系统的基本成分, 也是景观组成的重要因素。对人工湿地公园进行设计时, 即要考虑植物种类的多样性, 也要考虑所营造植物群落的稳定性。植物选择时, 即要满足各自的生态习性, 又要考虑对水体污染物处理的能力, 两者互相补充;同时兼顾主次分明、错落有致的艺术手法, 根据植物的姿态、叶色、叶形、花色、花期等进行和谐配植, 取得优美的景观构图。要营造高质量的人工湿地植物生态景观, 必需在选用植物上加大并加深研究。

2.1 该湿地公园植物配置设计的原则

(1) 对于人工湿地景观而言, 在重视景现形式的同时, 首先要注重它作为个生态系统的功能。湿地是个运动着而非静止的生态系统, 这个系统包括了水文、生物地球化学、生态系统动态及物种适应等系列复杂的物理、化学、生物过程。因此要建立一个具有自我组织、自我维持以及自我设计能力的人工湿地生态系统就必须要尊重湿地的生态过程。在对人工湿地进行景观设计的过程中, 依据城市污水特点, 科学的进行植物种类选择及配置。

(2) 景观设计中遵循环境及经济的生态性原则。一方面尽可能保留原场地中面积较大的湿地及水体, 保持生态系统的完整性及多样性;另一方面对系统内部的产物回收利用并进行景观的再创造, 以较低的能量输入维持系统最佳平衡状态。片区造景中以植被、水面为主, 形成区域范围内良好景观。

(3) “改地适树”与“适地适树”相结合的原则在植物滤床, 要“改地适树”, 改用人工基质, 增加吸附性, 以及更好地适应植物生长。原有的立地条件上的植物种植仍坚持“适地适树”的原则, 选择适应当地立地条件的植物种类, 大量应用在当地生长较好的植物种类作为骨干树种, 如:黄槿、南洋楹、木麻黄、蒲葵、落羽杉、竹子等。

(4) 突出地域文化特色, 建立具有当地特色的湿地植物景观场地, 配以乡土植物, 打造“树基花田”。咸水草, 莎草科的短叶茳芏, 耐碱性强, 是很好的湿地植物, 其茎可作为编制材料。

(5) 通过增加植物种类的丰富度, 来增加生物多样性种植能招蜂引蝶的花色艳丽的植物, 能吸引鸟类的浆果类植物、便于鸟类栖息的高大植物以及为鸟类藏身的灌木丛。如:朴树、海南蒲桃、红果仔、筋竹、青皮竹等。增加植物种类的多样性和丰富度, 营造植物群落结构, 创造出多样化的生境, 招引各种昆虫、鸟类、鱼类和小兽类, 构建生态结构的完整性, 并形成景观的多样性。

2.2 植物景观分区

作为科教展示功能为主的湿地公园, 湿地植物种类尽可能的丰富。除了种植床中选用风车草、芦苇、莞草、花叶芦荻、再力花、香根草、纸莎草、美人蕉、香蒲、千屈菜、灯心草、薏苡、茭草、水葱、蒲苇、梭鱼草、鸭舌草、雨久花、黄菖蒲、燕子花、溪荪、慈菇等挺水植物之外, 还选用了睡莲、荇菜、芡实、萍蓬草等浮水植物, 大藻、菱、浮萍等漂浮植物。

3 结束语

总之, 湿地公园中的植物景观有别于其他类型公园的植物景观。类型丰富, 种类多样, 决定了其设计时自身的复杂性。在考虑生态设计的同时, 湿地公园植物景观设计还应结合游客心理, 以增强公园的服务功能。

摘要：湿地公园因其的特殊属性, 使其比一般的湿地自然保护区在功能定位上更加强调休闲游玩等功能。科学合理的植物配置, 能吸引更多的人们前来湿地公园观光, 接受科普教育, 提升保护湿地、保护环境的意识, 是湿地保护和可持续开发利用的探索中一个重要的环节。人工湿地公园如何配置植物, 将直接影响其功能的发挥。本文阐述了人工湿地公园植物的选择。

关键词：人工湿地公园,植物,选择

参考文献

人工湿地净化处理效果及应用研究 篇7

一、试验

1. 试验系统。

人工湿地对废水的净化处理包括了物理、化学和生物三种作用, 可以沉淀、吸收和降解有毒物质, 使潜在的污染物转化为资源。人工湿地污水处理技术不但能直接处理污水, 还可以对二级污水处理厂处理后的出水进行再处理, 而且能够根据污水量的大小采取合适的规模与之适应。人工湿地污水处理技术可以解决不适合用常规的污水处理方法处理的污染源呈分散点状分布的地区的污水处理问题。这种方法使用面非常广泛, 投资低, 耗能少, 操作简单, 运行成本低廉。

试验系统:本次试验采用小型模拟的人工湿地系统, 试验用水采用发生富营养化现象的地表水, 试验系统采用栽种水生生物的陶缸, 陶缸有效体积约54 L, 高为30 cm, 上表面直径58 cm, 下表面直径35 cm, 陶缸内底泥量厚约5 cm, 污水量约为54 L。

2. 试验材料。

选用菹草、香蒲、草芦、凤眼莲等水生植物, 试验水样采用发生富营养化现象的地表水, 试验底泥选用自然水域的底泥。

3. 试验方法及测定。

选用水生植物, 称取湿重各500 g, 移植入陶缸, 加入试验污水后开始试验。试验分两组, 第一组为3个陶缸, 1#陶缸装入底泥和污水, 为空白样;2#陶缸装入底泥、蒲草和污水;3#陶缸装入底泥、草芦和污水。第二组为3个陶缸, 4#陶缸装入底泥和污水, 为空白样;5#陶缸装入底泥、污水和凤眼莲;6#陶缸装入底泥、污水和菹草。两组试验周期均为3 d, 做3次平行试验, 取其平均值, 试验开始和结束时测定水样的NH3-N、总磷和COD浓度。

COD测定采用重铬酸钾法, 氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法, 总磷的测定采用钼酸铵分光光度法。

二、结果与讨论

上述试验的结果如图1~5所示。

1. 试验结果分析。

从图1~图3可知, 试验选择的挺水植物中, 香蒲对氨氮的去除率较高, 去除率高低次序依次为香蒲>草芦>空白;草芦对总磷去除效果最好, 去除率高低次序依次为草芦>香蒲>空白;香蒲对COD的去除率最高, 去除率高低次序依次为香蒲>草芦>空白。

从图4~图5可知, 试验选择的浮游及沉水植物中, 菹草对总磷去除效果最好, 去除率高低次序依次为菹草>凤眼莲>空白;凤眼莲对COD的去除率最高, 去除率高低次序依次为凤眼莲>菹草>空白。

从图2~图5可知, 无论是挺水植物还是浮游及沉水植物, 对改善水质的效果均比较明显, 菹草对总磷去除效果最好, 去除率高低次序依次为菹草>草芦>香蒲>凤眼莲>空白;凤眼莲对COD的去除率最高, 去除率高低次序依次为凤眼莲>香蒲>菹草>草芦>空白。

从试验结果可以看出, 对比两个空白样的试验结果, 无论是挺水植物还是浮游及沉水植物, 对改善水质的效果均比较明显, 但是不同物种之间也存在着比较大的差异。

2. 不同植物的生长环境对污水净化效果的影响。

从上述试验可以看出, 虽然凤眼莲、草芦、香蒲、菹草在去除氨氮、COD和总磷能力上各有高低, 但是凤眼莲在温暖季节繁殖较快, 当生长最旺盛时, 其丛叶覆盖水面, 可造成水体下层相对缺氧, 有利于厌氧菌对污染物的厌氧降解;草芦和香蒲是挺水植物, 其水下茎杆可供着生藻固着, 同时草芦去除氨氮的能力也较强, 且草芦是冬季去污的植物;而菹草除了去污能力强外, 还是沉水植物, 喜低温, 秋冬季发芽, 冬春生长。因此上述几种植物对改善水质的效果均比较明显。考虑到各种植物的生长环境和污水净化效果的差别, 可以考虑建立联合体系, 实现稳定、高效的污水净化效果, 保证运行的可靠性。

人工湿地去除的污染物范围广泛, 包括N、P、有机物、微量元素、病原体等。有关研究结果表明, 在进水浓度较低的条件下, 人工湿地对BOD的去除率可达85%~95%, COD去除率可达80%以上, 处理出水中BOD的浓度在10 mg/L左右。人工湿地植物去污机理有三个方面, 第一, 直接吸收利用污水中的N、P等营养物质, 吸附和富集污水中的重金属铅 (Pb) 、镉 (Cd) 、汞 (Hg) 、砷 (As) 等有毒物质;第二, 输送氧气到植物根区, 为微生物生长、繁殖和降解反应提供氧气;第三, 增强和维持水体的水力输送能力。另外, 人工湿地植物还具有其他作用, 如维持系统的稳定、释放促进生物化学反应的酶和影响酶的分布, 湿地植物的景观效应、经济和生态价值等。

人工湿地基本上是选择耐污净化能力强、抗冻、抗热、抗病和虫害等抗逆性强, 根系发达、适应性强、经济和观赏综合利用价值高, 利于物种间的搭配、易于管理的植物。通过对试验结果分析, 可知建立完整的生态链, 实现时间和空间上联合体系, 对实现稳定、高效的污水净化效果, 提高运行的可靠性是非常有意义的。

三、人工湿地污水处理技术发展趋势与前景展望

人工湿地是一个综合的生态系统, 是一种较好的污水处理方式, 比较适合于处理水量不大、管理水平不高的城镇污水和较分散的污水的处理, 该方法可以解决资金有限、技术力量薄弱的中小城市和乡镇的污水处理厂的建设和运行问题。另外, 考虑到目前地表水的环境容量逐渐变小, 城镇污水处理厂仅做到达标排放已经不能满足生态环境可持续发展的要求, 在一些经济和社会均比较发达的地区, 建设人工湿地污水处理系统, 不仅可以实现污染物减排、促进生态环境的可持续发展, 也可以美化环境, 实现社会、环境和经济效益的统一, 推广人工湿地处理系统具有很大的优势。

目前我国应用人工湿地处理工业废水和生活污水虽然有一些成功的范例, 但还很少, 不过这项技术适合于我国国情, 尤其适合于广大农村、中小城镇的污水处理, 在我国具有极其广阔的应用前景。此外, 最近发达国家已经将重点转移到利用人工湿地处理特殊工业废水方面。将人工湿地用于处理特殊工业废水, 这是人工湿地未来发展的一个新特点和趋向。

四、结论

首先, 通过试验研究可知, 无论是挺水植物还是浮游及沉水植物, 对改善水质的效果均比较明显, 但是不同物种之间也存在着比较大的差异, 可以考虑建立联合体系, 实现稳定、高效的污水净化效果, 保证运行的可靠性。

其次, 人工湿地处理系统在国内应用很少, 但是适合中国的国情, 尤其适合于广大农村、中小城镇的污水处理, 在我国具有极其广阔的应用前景。

参考文献

[1]翟旭, 吴树彪, 侯保朝等.人工湿地植物净化效果研究[J], 安徽农业科学, 2009 (39) :15368-15370

[2]国家环保局.水和废水监测分析方法[M].北京:环境科研出版社, 1989

[3]吴建强, 阮晓红, 王雪.人工湿地中水生植物的作用和选择[J].水资源保护, 2005 (01)

人工湿地法处理DDNP废水浅析 篇8

关键词：DDNP,人工湿地,废水处理

0 引言

DDNP (二硝基重氮酚) 具有良好的起爆性能、化学安定性较好、制药及装药工艺简单、生产操作相对来说较为安全，且原料来源广泛，是我国工业雷管中应用最普遍的起爆药。但钠盐法生产DDNP废水水量大，成分复杂，具体水质情况见表1。

由表1可以看出，DDNP生产废水具有水量大，含有较多有毒有害污染物(主要是含氮、硫的化合物)，色度重，处理难度大，若不加处理直接排放，会造成严重的环境污染。

现行的废水处理方法大致有：吸附法、电解法、生化法、做锅炉用水、聚合沉淀法、加硫还原法、减压蒸馏法、锅炉烟道气处理法等等，但多数方法由于投资太大，治理费用高而使工厂难以承受，或因处理工艺复杂，效果不佳等原因未广泛应用。为了寻找更为实用、有效的处理方法，本文初步分析了用人工湿地法处理DDNP废水的可行性。

1 人工湿地

1.1 人工湿地的定义

人工湿地是人工建造和监督控制，由一些浮水或潜水性植物以及处于水饱和状态的基质层和生物组成的复合体，利用基质—微生物—植物复合生态系统的生物、物理、化学三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、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，同时通过营养物质和水分的生物地球物质循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化、无害化。

1.2 人工湿地净化废水的机理

人工湿地的净化机理较为复杂，一般认为主要有三重作用：物理作用主要是过滤、沉积作用。废水进入湿地，经过基质层及密集的植物茎叶和根系，可以过滤、截留废水中的悬浮物，并沉积在基质中;化学作用主要指化学沉淀、吸附、离子交换和氧化还原等;生化反应主要指微生物在好氧、兼氧及厌氧状态下，通过开环、断键分解成简单分子、小分子等作用，实现对污染物的降解和去除。

2 湿地设计

2.1 DDNP废水处理工艺的选择

人工湿地处理DDNP废水系统包括预处理和人工湿地两个部分，如图1。通过合理设计将废水中的COD、BOD、含硫、氮化合物处理后达到排放标准。预处理主要去除粗颗粒和降低有机负荷。

由上图可看出，稳定塘在整个系统中的作用较重要。既要保持湿地有一个相对稳定的废水处理量，同时要储存沉淀池过量的废水。现有生产DDNP的企业都有废水沉淀池，可以配合系统设计，充分、有效加以利用。

2.2 填料的选用

填料是生物膜的载体，并兼有截留悬浮物质的作用，选用合适的填料直接影响处理效果的好坏。填料层分表层土壤，中层砾石，下层小豆石。根区填料表层土壤可就近采用当地表层土，进水配水区和出水集水区的砾石粒径一般为60mm～100mm，分布于整个床宽。尹连庆等对以粉煤灰为基质的人工湿地研究表明，采用粉煤灰的人工湿地对COD、NH3-N都有较好的去除效果。利用粉煤灰的吸附性能，同时由于植物吸收和微生物的生物氧化作用，使粉煤灰的吸附能力能够自然再生，延长了粉煤灰的使用寿命，保证了系统的长期稳定运行。因此，利用粉煤灰做填料降低成本且处理效果良好。

2.3 作物的选择

高等水生维管束植物一般可作为人工湿地的种植植物。如芦苇、灯心草、茳芏、席草、香蒲、风车草、美人蕉等。研究中发现芦苇能去除大量有机和无机物，且芦苇根系较为发达，可深入地下60cm～70cm，具有很广的适应性和很强的抗逆性，输氧性能较好。有利于废水中有机物的好氧分解，提高了COD去除率。

2.4 设计参数

湿地的技术参数有污染物负荷、停留时间、水深和所需的土地面积等。湿地床的长度通常为20m～50m，长宽比不宜太大，一般采用1:1，最大不超过3:1，湿地床的深度需根据采用的植物根系深度而定，对于芦苇一般床深为60cm～76cm，坡度应视填料粒径而定，一般为1%～8%。建议选择场地时，在有合适坡度及较大面积的场地建造。

通过上述分析，DDNP生产企业可以因地制宜，采用已有的前期处理设备，结合后期湿地处理，会达到更高的处理效率。建造芦苇湿地，以粉煤灰为基质，同时达到以废治废，且方法简便。

3 结论

1)人工湿地是一种正在发展的新型废水处理工艺，适于除去间歇排放污水，具有投资不高，耗能低，出水水质好，操作简单，耐冲击负荷强，净化效果好，维护和运行费用低廉等优点;

2)芦苇被公认为是人工湿地处理废水时首选的植物，它种植简单，繁殖能力强，管理要求粗放。在芦苇体内富集的污染物通过每年以芦苇的收割最终从系统中去除;

3)不同的植物对污染物的吸收是不同的，利用各种水生植物搭配及各种基质的不同级配组成复合床，净化效果更佳。

综上所述，作者认为用人工湿地法处理DDNP废水是可行的，实际处理效果有待通过实践验证，建议有场地条件的企业不妨一试。

参考文献

[1]诸惠昌, 胡纪萍.新型废水处理工艺—人工湿地的设计方法[J].环境科学, 1992 (2) .

[2]尹连庆, 张建平, 等.粉煤灰基质人工湿地系统净化污水的研究[J].华北电力大学学报, 1999 (4) .

[3]王海云, 赵仁兴.DDNP废水处理方法综述[J].爆破器材, 2002 (5) .