人工湿地处理技术简介

2020/7/181基本概念湿地(wetland)包括沼泽、滩涂、低潮时水深不超过6米的浅海区、河流、湖泊、水库、稻田等。——国际湿地公约人工湿地模拟天然湿地系统结构和功能而建造的、可控制运行的湿地系统，用以对受污染水进行处理的一种工艺，由围护结构、人工介质、水生植物等部分构成。2020/7/182人工湿地的发展历史与研究现状人工湿地在国外的发展历史1903年，英国约克郡，世界上第一个处理污水的人工湿地。20世纪60年代，人工湿地污水处理工艺在世界各地受重视并较广泛应用。1977年，Kickuth提出“根区法”，标志着人工湿地污水处理机理的初步萌芽。20世纪80年代末和90年代初，人工湿地作为一种新型污水处理技术正式进入水污染控制领域。至2006年，欧洲建有一万多座人工湿地，亚洲、澳洲、拉丁美洲也有越来越多的人工湿地污水处理系统建成和投入运行。2020/7/183人工湿地的发展历史与研究现状人工湿地在国内的发展历史“七五”期间，我国才开始对人工湿地较大规模的研究。1989年，天津市环科所，我国第一座芦苇湿地工程。1990年，国家环保局华南环保所，深圳白泥坑，我国第一座实用型人工湿地污水处理系统。2002年，江苏泗洪县，处理规模50000t/d。2012年8月28日，青海省首项人工湿地污水处理工程开工建设，占地面积约1.4万平方米，处理能力500m3/d。2012年8月，山东省辖南水北调沿线已建成人工湿地14.6万亩，修复自然湿地16.3万亩。该湿地工程对水体中氮、磷的去除率达到60%以上，出水水质达地表水Ⅲ类要求。2020/7/184人工湿地的发展历史与研究现状应用现状国内•生活污水•采矿废水•富营养化水体•农业面源污染•垃圾场渗滤液•采油废水•改善饮用水源水质国外•城市生活污水•酸性矿山废水•富营养化水体•农业污水•淡水回用水深度处理•自然保护•硝酸盐污染的地下含水层2020/7/185人工湿地的发展历史与研究现状目前，对人工湿地处理系统的研究方兴未艾，综合前人的研究工作，可将其归纳为以下三方面：扩大人工湿地污水处理技术应用范围，研究其处理某些特殊废水的可行性与效果。探讨人工湿地处理污水的机理，建立动力学模型，用以描述污染物的降解过程和指导人工湿地的运行。提出改善人工湿地处理效果和运行条件的措施，使人工湿地的结构设计达到最优化。2020/7/186人工湿地的组成人工湿地一般由五部分组成：具有透水性的基质适于在饱和水和基质中生长的植物水体无脊椎或脊椎动物好氧或厌氧微生物种群2020/7/187人工湿地的组成基质微生物动物水体水生植物某潜流型人工湿地2020/7/188人工湿地的分类按照系统布水方式或水流方式差异，人工湿地一般分为自由表面流人工湿地和潜流型人工湿地。人工湿地自由表面流人工湿地水平潜流人工湿地潜流型人工湿地垂直潜流人工湿地2020/7/189人工湿地的分类自由表面流人工湿地潜流型人工湿地基质污水基质污水2020/7/1810人工湿地的分类三种人工湿地污水处理系统类型比较特征表面流湿地水平潜流湿地垂直潜流湿地水体流动表面漫流基质下水平流动表面向基质底部纵向流动水力负荷较低较高较高去污效果一般对BOD,COD等有机物和重金属去除效果好对N,P去除效果好系统控制简单，受季节影响大相对复杂相对复杂环境状况夏季有恶臭、孽生蚊蝇现象良好夏季有恶臭、孽生蚊蝇现象2020/7/1811人工湿地技术的特点人工湿地技术的特点优点缺点污水净化能力良好基建和运行费用低管理简单，维护方便对负荷变化适应强占地面积大受气候条件限制大易产生淤积、饱和BOD5去除85%~95%一般投资和运行费用仅为传统二级污水处理的1/10~1/2相当于生化处理厂的2~5倍植物类型的选取受气候条件的限制；部分污染物积累，微生物繁殖，若维护不当，易产生淤积、阻塞现象。SS去除率90%以上TP去除率90%以上冬季地表水结冰，抑制水的流动。TN去除率60%以上2020/7/1812人工湿地技术的特点人工湿地的净化能力良好、投资运行费用低等诸多特点，决定了它特别适用于地理条件比较宽裕、经济发展水平不高的地区，例如农村和中小城镇。另外，人工湿地还兼具仿真自然湿地和生态景观休闲服务等优势，逐渐成为一种适于大力推广的污水处理和生态建设并举的新型实用技术。2020/7/1813大型水生植物四种生活型生活型生长特点代表种类挺水植物茎生于底泥中，植物体上部挺出水面芦苇、香蒲、荷花漂浮植物植物体完全漂浮于水面凤眼莲、浮萍浮叶植物根茎生于底泥，叶漂浮于水面睡莲、荇菜沉水植物植物完全沉没于水中，根扎入底泥或漂浮于水中狐尾藻、金鱼藻人工湿地植物植物芦苇凤眼莲，又称水葫芦睡莲金鱼藻2020/7/1814人工湿地植物湿地植物具有以下功能：直接吸收、利用污水中可利用态的营养物质，吸附和富集重金属及一些有毒有害物质；输送氧气至根区，有利于微生物的好氧呼吸；庞大的根系为微生物提供多样的生境；根系生长增强和维持介质的水力传导；美观可欣赏性，改善景观生态环境……2020/7/1815人工湿地植物研究表明，不同的湿地植物，生长速度、对污染物吸收转化能力、泌氧能力等存在显著差异，因此净化功能不尽相同。可根据以下几个方面选择人工湿地的植物：耐污性生长适应能力根系的发达程度经济价值美观要求尽可能增加湿地系统的生物多样性因地制宜2020/7/1816人工湿地植物可用于人工湿地的植物有芦苇、茳芏、大米草、稗草、美人蕉等，目前最常用的是芦苇。茳芏，俗称龙须草大米草2020/7/1817人工湿地基质基质填料对污染物的截留作用：提供吸附表面渗透性影响水力条件除磷作用砾石2020/7/1818人工湿地基质基质填料的选择原则：质轻，松散，足够的机械强度；比表面积大，孔隙率高，属多孔惰性载体；不含有害物质，化学稳定性好；水头损失小，形状系数好，吸附能力强；滤速高，工作周期长，产水量大，水质好。常用填料：砾石、沸石、碎石、粉煤灰、生物陶粒、炉渣……2020/7/1819人工湿地的净化机理人工湿地利用系统中基质-水生植物-微生物的三重协同作用，通过基质的过滤、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。污水净化基质植物微生物2020/7/1820人工湿地的净化机理有机物的去除不溶性有机物：通过在湿地基质中的沉积、过滤作用很快地被截留；可溶性有机物：通过微生物的吸附、吸收以及厌氧、好氧生物代谢过程而被分解去除。2020/7/1821人工湿地的净化机理氮的去除氮的去除微生物的作用（最主要）植物的作用基质的物理化学作用氨氮的挥发硝化反硝化2020/7/1822人工湿地的净化机理氮在微生物作用下去除挥发作用有机氮有机氮NH4+-NNH4+-NNO2--NNO3--N扩散NO3--N扩散反硝化作用渗下N2，N2ONH3好氧状态厌氧状态2020/7/1823人工湿地的净化机理磷的去除•植物吸收或同化作用下成为植物的ATP、DNA及RNA等有机成分植物吸收•正常同化吸收•聚磷菌对磷的过量积累微生物去除•填料对磷的吸附•填料与磷酸根离子的化学反应基质的物理化学作用2020/7/1824人工湿地的净化机理三条途径对磷去除的贡献大小为：基质水生植物≥微生物（短期结果）水生植物基质≥微生物（长期结果）2020/7/1825人工湿地的净化机理悬浮物的去除基质层填料、植物的根系和茎、腐殖层的过滤和阻截作用进水中悬浮物去除不代表出水无悬浮物。被截留的悬浮物在湿地中积累；微生物量的增长（相当于活性污泥的增长）；导致基质层渗透能力下降造成堵塞，有机物的不断积累逐渐向湿地出口移动，影响出水水质。2020/7/1826人工湿地的净化机理重金属的去除•重金属在土壤的固液界面上进行吸附与解吸、络合与解络、沉淀与溶解；土壤的作用•吸收、微生物分泌物的络合与螯合作用、沉淀作用、解毒作用、转化作用、微生物本身的吸附作用；微生物的作用•吸收和储存、挥发、还原解毒、根系的吸附固定……植物的作用2020/7/1827人工湿地的净化机理难降解有机物的去除湿地中存在种类繁多、数量巨大的微生物群落和多种沼生植物群落，通过它们的共同作用，能够降解复杂有机物。有的研究甚至发现，湿地植物如芦苇能直接吸收一些难降解有机物。2020/7/1828人工湿地设计案例云南城投福保塘湿地公园建设时间：2008年10月工程工艺：湿地公园+表流湿地污水类型：富营养化污水处理能力：3000m3/d占地面积：80000m2目前状况：正常运行2020/7/1829人工湿地设计案例2020/7/1830人工湿地设计案例湿地公园建设的目的在于，在进行生态修复，景观改造的同时，满足湿地“自然之肾”的功能要求。国外较多的人工湿地都是这样做的——它们把经过污水厂排放的废水导入大面积的自然湿地之中，通过湿地的模式对污水进行无害化的处理，并且结合景观规划对环境进行改造，当然，这需要更大的面积。大多数情况下的湿地公园建设，应该是对湿地进行改造，而不是重建，比如西溪湿地。在保留原始风貌的同时改造，这样对环境的影响最小化，而对景观的改善效果却是最大化的。2020/7/1831人工湿地的前景实践表明，人工湿地具有传统技术所不可比拟的巨大的综合效益，适合我国国情，具有广阔前景：①我国对整治环境污染问题，尤其对水环境污染的治理越来越重视；②我国城市污水排放量逐年增加；③传统污水处理厂运营成本偏高、运营管理相对复杂，许多中小城镇和农村没有足够资金建设传统污水处理厂。2020/7/1832ThankYou！2020/7/1833