人工湿地污水处理技术

人工湿地污水处理技术人工湿地是人们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。当水进入人工湿地时，其污染物被床体吸附、过滤、分解而达到水质净化作用。人工湿地污水处理系统所针对的污染物（环境影响主力因子）主要为氮、磷、悬浮物（SS）、有机物（BOD、COD）、重金属等。悬浮物的去除：悬浮物（SS）的去除主要通过基质的过滤、污泥沉淀及根系附着来完成。为防止在进水口附近发生堵塞，进水前应设置预处理以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。有机物的去除：微生物在具有巨大比表面积的土壤颗粒表面形成一层生物膜，当污水流经土壤颗粒表面时，不溶性的有机物通过基质的沉淀、过滤和吸附作用被截留，然后被微小生物利用；可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及微生物的代谢过程而被分解去除。氮、磷的去除：污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐；有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。其去除途径包括基质的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生物硝化、反硝化作用。污水中的磷包括有机磷和无机磷。其去除途径主要包括微生物同化、基质吸附、植物吸收及污泥沉淀。工程实际及理论研究均表明，污水中磷的去除是以基质吸附及污泥沉淀为主。重金属的去除：金属离子去除机理主要有：植物的吸收和富集作用、土壤胶体颗粒的吸附、悬浮颗粒的过滤和沉淀，人工湿地对污水中重金属去除是通过植物、微生物、土壤基质等组成成分共同起作用的。流程：1、当工程接纳城镇生活污水及与生活污水性质相近的其它污水时，基本工艺流程为:2、当工程接纳城镇污水处理厂出水时，基本工艺流程为:污水中的大部分有机物最终被异养微生物转化为微生物体、CO2、甲烷和水、无机氮、无机磷。负荷计算：人工湿地的表面积设计应考虑最大污染负荷和水力负荷，可按CODcr表面负荷、水力负荷、TN表面负荷、NH4+-N表面负荷、TP表面负荷进行计算，应取设计计算结果中的最大值，并校核水力停留时间是否满足设计要求。进水水质：宜控制COD≤200mg/L，SS≤80mg/L。工艺形式：自由表面流、水平潜流、垂直潜流。其中自由表面流人工湿地由于占地面积较大及存在一定的环境卫生问题，在实际污水处理工程中应用较少。1、水平潜流人工湿地：目前国际上采用较多的是水平潜流人工湿地。水面在人工湿地填料表面以下，水流从池体进水端沿填料孔隙水平流向出水端的人工湿地。为地下水流湿地。废水通过布水管道以水平渗透或垂直渗透形式通过填料，在水床最低位运行，床体表面种植处理性能好、成活率高的水生植物(芦苇)，净化后的水体经集水管道收集排放。床底铺防渗膜，可防止污染地下水。BOD、COD等有机物和重金属的去除率高，受气候影响小，夏季无臭味、无蚊虫滋生，在寒冷地区也可以正常运行。图1、水平潜流人工湿地结构简图（a）平面图（b）剖面图2、垂直流人工湿地污水从人工湿地表面垂直流过填料层的人工湿地，分单向垂直流型人工湿地和复合垂直流型人工湿地两种。单向垂直流型人工湿地一般采用间歇进水运行方式，复合垂直流型人工湿地一般采用连续进水运行方式。污水从湿地表面纵向流向填料床底部，床体处于不饱和状态。O2可通过大气扩散和植物传输进入湿地系统。该系统硝化能力较高，可用于处理氨氮含量较高的污水，但其处理有机物能力欠佳，控制复杂，夏季易滋生蚊蝇，建造要求高，故使用较少。图2、垂直流人工湿地结构简图（a）平面图（b）剖面图3、表面流人工湿地为自由水面湿地。废水在湿地中形成一层地表流，以较慢的流速水平流动，与自然湿地极为相似。污水直接暴露在大气中，易导致污水中的细菌等污染物散播到大气中而造成二次污染，同时负荷小，处理效果差，运行受气候影响较大，在寒冷地区污水易结冰而影响处理效果，故一般不采用。用于污水二级处理和深度处理时主要设计参数如下表：人工湿地二级处理主要设计参数设计参数单位垂直流水平潜流COD表面负荷NCODg/m2·d≤20≤16水力负荷NqL/m2·d≤80≤40TN表面负荷NTNg/m2·d2.5-72.5-8NH4+-N表面负荷NNHg/m2·d2.5-82-5TP表面负荷NTPg/m2·d0.3-0.50.3-0.5停留时间Td≥2≥3池底坡度i%≥0.5≥0.5填料深度hmm800~1400700-1000人工湿地深度处理主要设计参数设计参数单位垂直流水平潜流COD表面负荷NCODg/m2·d≤20≤16水力负荷NqL/m2·d≤100-300≤200-500TN表面负荷NTNg/m2·d3-102.5-8NH4+-N表面负荷NNHg/m2·d2.5-82-5TP表面负荷NTPg/m2·d0.3-0.50.3-0.5停留时间Td≥1≥0.5池底坡度i%≥0.5≥0.5填料深度hmm800~1400700-1000防渗：人工湿地建设时，应在底部和侧面进行防渗处理。当原有土层渗透系数大于10-8m/s时，应构建防渗层，一般采取下列措施：1、水泥砂浆或混凝土防渗：砖砌或毛石砌后底面和侧壁用防水水泥砂浆防渗处理，或采用混凝土底面和侧壁，按相应的建筑工程施工要求进行建造。2、塑料薄膜防渗：薄膜厚度宜大于1.0mm，两边衬垫土工布，以降低植物根系和紫外线对薄膜的影响。宜优选PE膜，敷设要求应满足《聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范》等专业规范要求。3、黏土防渗：采用黏土防渗时，黏土厚度应不小于60cm，并进行分层压实。亦可采取将黏土与膨润土相混合制成混合材料，敷设不小于60cm的防渗层，以改善原有土层的防渗能力。对于渗透系数小于10-8m/s，且有厚度大于60cm的土壤或致密岩层时，可不需采取其他防渗措施。工程建设中，应对湿地底部和侧壁60cm厚度范围进行渗透性测定。人工湿地填料：应能为植物和微生物提供良好的生长环境，并具有良好的透水性。填料安装后湿地孔隙率不宜低于0.3。常用填料有石灰石、矿渣、蛭石、沸石、砂石、高炉渣、页岩等。人工湿地植物选配：常用的植物有芦苇、香蒲、菖蒲、旱伞草、美人蕉、水葱、灯心草、水芹、茭白、黑麦草等。人工湿地植物的选择宜符合下列要求：1根系发达，输氧能力强；2适合当地气候环境，优先选择本土植物；3耐污能力强、去污效果好；4具有抗冻、抗病害能力；5具有一定经济价值；6容易管理；7有一定的景观效应。应用场合：目前人工湿地主要用于生活污水或类似性质的污水的处理，或用于经过一级处理和二级处理后的尾水进行深度处理。采用人工湿地技术，重点需要解决底部防渗、植物选配、需要验证水力负荷和污染物负荷以、填料层级配及防止堵塞的措施和不同季节的处理效率。