垂直流人工湿地系统
垂直流人工湿地工艺设计概述
收稿日期:2008-03-10基金项目:江西省自然科学基金项目(2007GZC084),江西省教育厅自然科学研究项目(赣教技字[2007]193号)作者简介:李忠卫(1985-),男,江西吉安人,在读硕士.文章编号:1005-0523(2008)03-0040-05垂直流人工湿地工艺设计概述李忠卫,王全金,李 丽(华东交通大学土木建筑学院,江西南昌330013)摘要:简单介绍了人工湿地的定义、类型及其运行的影响因素.阐述了垂直流人工湿地系统的主要设计内容,包括湿地床体设计、植物群落的构建、基质的选择和铺设、自动增氧系统的建设等方面,并给出了相关的设计参数.关 键 词:人工湿地;垂直流;工艺设计中图分类号:X703.1 文献标识码:A人工湿地是一种由人工建造和监督控制的、与沼泽地类似的地面,它是利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化.湿地系统主要由各种具有透水性的基质、水生植物、水体、湿地中低等动物和好氧或厌氧微生物种群五部分组成[1].人工湿地系统运行情况是否良好取决于进水水质、湿地的设计以及出水水质要求等因素[2].Miklas Scholz 通过相关性分析得出湿地的去除率与电导率、温度、溶解氧和总悬浮物有密切关系[3].人工湿地根据水流方式的差异可分为三种: 自由表面流人工湿地(SFW), 水平潜流人工湿地(SSFW),!垂直流人工湿地(VFW).为了使出水水质达到指定的排放标准,必须对湿地进行合理的设计,针对不同类型的湿地其设计方法和构建过程在某些方面会有所不同.垂直流人工湿地在净化污水方面有较好的效果,尤其是脱氮除磷方面.但人工湿地系统较传统污水处理工艺占地较大,与其他类型人工湿地相比,其基建费用相对较高.设计参考公式方面各地均有差异,相关参数不全或者较少.因此,垂直流人工湿地的设计在整个系统的建设过程中占据重要作用.本文较为全面地介绍了垂直流人工湿地系统设计方法和相应的强化措施.1 垂直流人工湿地的设计垂直流人工湿地系统的设计中包括选址、系统工艺、核心设施、水力负荷、植物、基质、床体结构的设计等,其中较为重要的为人工湿地床体设计与参数的选定、湿地基质的构建、植物群落的构建三个方面.1.1 湿地床体设计垂直流人工湿地中水的流态满足一级推流动力学,可采用一级动力学方程计算湿地所需表面积[4].A s =[Q(ln C 0-ln C e )]/(K T Dn)(1)式中:C e ∀出流BOD 5(mg/L);C 0∀入流B OD 5(mg/L);K T ∀与温度有关的一级反应速率常数(d -1);Q ∀系统平均流量(m 3/d );D ∀床层深度(m );n ∀床层孔隙率;A S ∀系统表面积(m 2)K T 与温度的关系为K T =K 20(1.1)T -20.据有关文献报道和实际试验,某一特定潜流湿地系统的K 20与床体填料的孔隙率n 有关,关系式为K 20=K 0(37.3n 4.172),对典型城市污水取K 0=1.893d -1,高第25卷第3期2008年6月华 东 交 通 大 学 学 报Journal of East China Jiaotong Universi ty Vol.25 No.3Jun.,2008浓度有机工业废水K0=0.198d-1[4].英国人Kitkuth推荐用A S=5.2Q(ln C0-ln C e)计算表面积[5].C ooper指出垂直流湿地的人均占地面积为1-2m2/PE(人口当量)最高可达到5m2/PE[6].Diederik P.L.Rousseau通过调查得出垂直流人工湿地处理规模在4-2000PE时,平均占地面积为3.8m2/PE[7].另外,也可以根据植物供氧能力来计算湿地床表面积.污水的需氧量R0可用式(2)进行估算,植物的供氧量P0可用式(3)进行估算.R0=1.5Q(C0-C e)(2) P0=A s T o/1000(3)通常湿地植物的供氧能力T o在5-45gO2/m2# d,一般为20gO2/m2#d.由上述方程可计算出处理床表面积,在实际工程中求出的表面积通常还应乘以一个安全系数,一般为2[8].在湿地设计过程中,水力学设计是湿地工艺设计中一薄弱环节[9].通常,潜流型人工湿地的水力负荷可达150~500m3/(ha#d),最佳水力负荷在187~ 374m3/(hm2#d)之间.虽然根据实验,垂直流湿地最大水力负荷可以到2000mm/d,但为了长期安全运行起见,建议水力负荷不超过1000mm/d.相关文献推荐的取值范围为80~620mm/d[10].同时在设计过程中,还需要考虑气候,蒸腾等外界作用.E.J.Dunne 建议设计时需要考虑5年或25年内的最大暴雨径流以确保系统不会因水力负荷过大而不能正常运行[2].通过表面积确定湿地床体的几何尺寸.湿地床长度一般为20m~50m.过长,易造成湿地床中的死区,且使水位难于调节,不易植物的栽培.湿地长宽比(L/W)也不应过大,建议控制在3∃1以下,通常采用1∃1;土壤为主的系统,L/W应小于1∃1.湿地床底坡一般取1%~8%,需根据基质性质及湿地尺寸加以确定,对以砾石为基质的湿地床一般取2%,潜流湿地不宜大于1%.1.2 植物湿地植物的选择有以下几个原则: 植物的净化能力和耐污能力强;具有较强的抗逆性(如抗冻、抗热、抗病虫害,适应环境能力强);!易于管理; %植物的年生长周期长,生长速度快;&具有一定的综合利用价值.湿地设计中常选用高大的挺水植物,常用的有:芦苇(Phragmites)、美人蕉(Canna)、香蒲(Typha)、菖蒲(Calamus)、灯心草(Juncus)、蔗草(Scripus)和苔草(Cares)等,目前应用最多的是芦苇.美国人工湿地常用的植物有芦苇、香蒲、灯心草、水葱等;深圳白泥坑人工湿地栽种了芦苇、茳芏、灯心草、蒲草等[11].芦苇的根系较为发达,是具有巨大比表面积的活性物质,其生长可深入到地下0.6-0.7m,具有良好的输氧能力.目前,针对湿地植物的实用经济性和观赏价值要求越来越高,传统的湿地植物已经不能很好满足这些要求.陈志澄对[12]27种植物进行了对比试验,实验结果表明,野芋头、花叶万年青、象草、风车草、红草、蜘蛛兰、千手观音、水葱和花蝴蝶等18种植物,可以作为人工湿地生态系统选种植物.其中象草是一种既有强污水降解能力又能作饲料的品种,适用于畜牧场的水污染治理.在植物群落构建时应尽可能增加湿地系统的生物多样性,采用多层次、多种植物群落结构,防止选用部分植物因不适宜湿地生长环境而被淘汰,从而影响系统的处理能力.多层次、多植物配置的植物床能有效去除污水中的污染物[13].另外,在进行多层次、多物种配置时,有必要结合植物筛选工作,以确保配置更有效.植物的种植密度也影响着湿地的处理效率,密度过大容易造成湿地基质层孔隙率大大降低,容易导致基质堵塞;种植密度太小,不能够有效的增加微生物的附着面积,植物的输氧量也大大降低,影响了系统的处理效率.一般的种植密度应维持在1~3株/m2,栽种的季节宜在秋季或早春[5].1.3 基质基质的选用过程中通常需要考虑以下几个因素:(1)具有良好的吸附性能和离子交换性能,基质在磷的去除过程中主要是通过一些物理和化学(吸收、吸附、离子交换、络合反应等)作用实现,因而选择合适的基质对磷的去除率有着重要的影响[14,15].处理区基质表层可优先选用钙含量为2~ 2.5kg/ 100kg的混合土,以利于提高脱磷效果.(2)基质的粒径不宜过大或过小,粒径太小,基质的水力传导率较小,容易造成堵塞,形成地表漫流;粒径太大,单位体积内微生物可附着的面积较小;目前选用的基质粒径范围在0~30mm,常用范围为4~16mm.(3)有利于生物膜的形成和更新,有利于提高有机物和氮的去除效率.针对不同类型的污水选用的基质也不相同,以P为特征的污水,最好选择飞灰和页岩为基质.而以有机污染物和悬浮物为特征的污水,常选用土壤、细沙、砾石[16].(4)价廉,基质占湿地建设费用的比例最大,可达到50%-60%[17].目前也有一些关于新类型基质的研究,郭本华[18]对沸石、页岩陶粒和碎石对磷的去除率进行了对比,结果表明41第3期李忠卫,等:垂直流人工湿地工艺设计概述对磷的去除效果最好的是碎石单元,依次是页岩陶粒、沸石.秦志伟[19]通过对页岩、陶粒、蛭石、炉渣等基质进行对比试验,结果表明,对于高浓度污水,选用陶粒和蛭石结合效果较好;对于低浓度污水应选用陶粒和腐殖质作为基质;而富含氧化铁的炉渣在一定条件下可很好的去除污水中的磷.另有对炉渣、飞灰等九种基质的研究表明,炉渣的吸磷性能最好(8.89gP/kg),其次是飞灰(8.81gP/kg),另外,炉渣的使用寿命也是最长的,可达22年[20].基质层厚度的确定取决于植物的根系生长深度、处理效率以及复氧效率.为了保证湿地床体中足够的氧供好氧菌利用,湿地的基质层厚度一般控制在0.6~0.8m之间,垂直流湿地的基质层厚度可相对较厚,一般在0.7-0.8m之间.人工湿地床体的深度一般是按水生植物根系自然扩展的深度来设计,一般为0.6-0.7m.如草床深度为0.76m;芦苇床推荐深度为0.6-0.7m;茳芏、席草和灯心草湿地床深度为0.45~0.6m[21];香蒲、灯心草的湿地床深度以0.2~0.6m为宜[22].同时对于基质的铺设,为了达到更好的处理效率一般在不同高度选用的基质粒径也不相同.垂直潜流湿地基质表层可优先选用钙含量为2~ 2.5kg/100kg的混合土,以利于提高脱磷效果.表层之下以粗粒径砾石掺和适量土壤,厚度为150~250m m,再往下全部采用较细粒径的砾石,或用不同级配的其他基质铺设,也可几种基质一起掺和铺设.李爱权[23]利用模拟实验研究了泥炭、砾石、蛭石组成的复合基质,结果表明,不同比值的基质单元对磷的去除率不一样,而且明显优于单一基质单元.另外,由于表层土壤在浸水后会有一定的下沉,因此,建造时填料表层标高应高出设计值10%~15%.1.4 其他要素设计人工湿地设计过程中除了以上几个重要部分外,还有其他要素在设计时也要得到重视,如场地的选择、进出水装置、防渗层和保温层的铺设、自动增氧系统等.1)场址人工湿地处理单位体积污水时所需的占地面积是传统二级生物处理工艺的2-3倍.在选择场址时,应尽量选择有一定自然坡度的洼地或经济价值不高的荒地.一方面,可减少土方工程量,利于排水,降低投资;另一方面,可减少对周围环境的影响.2)进出水装置湿地床进水时需尽量保证配水的均匀性,多采用多孔管或三角堰等.垂直流湿地常采用多孔管进水,架设在床面上或埋于床体底部,埋于床面底部的缺点是配水调节较为困难.因而,多孔管多设于高出床面0.5m左右,以防床面淤泥和杂草积累而影响配水.湿地的出水系统可采用沟排、管排、井排等方式,设计时应考虑受纳水体的特点、湿地系统的布置及场地条件等因素.为有效的控制湿地水位,垂直流人工湿地排水系统一般是在基质层布设穿孔集水管,并设置旋转弯头和控制阀门.对于严寒地区,进出水管的设置需考虑防冻措施,并在系统的必要部位设置控制阀和放空阀[24].3)防渗层和保温层为防止湿地系统因渗漏而造成地下水污染,要求在工程时尽量保持原土层,并在原土层上设置防渗层.防渗层的设置方法有多种,如采用厚度为0.5 ~1.0m m的高密度聚乙烯树脂,油毛毡密封铺垫等,防止床体填料尖角对薄膜的损坏,施工时可在塑料薄膜上预铺一层细砂.在寒冷地区或冬季,要求对湿地进行隔离.好的覆盖物应具有: 二次有机填料能完全分解而不会影响系统的正常运行;有营养平衡成份,pH值为中性;!结构蓬松,隔热效果好,不堵塞滤床;%种子在覆盖物上易发芽生长(如果将植物的种植作为目的之一);&湿气含养能力较好,湿地植物不会受到干旱的影响.树叶常被认为是一次性隔离物;然而树叶分布经常是不均匀的,同时易使热量散失.即使在隔离层有很小的裂口,也会使流动水中的热量损失很大.为了更有效地隔离,必须在设计的时候就将均衡地布置覆盖物作为人工湿地系统的一个主要部分.早期资料中提到许多用于人工湿地覆盖物的原材料,有树皮、树杆、木屑等,厚度控制在15cm左右,下层覆盖一层5cm左右的空气缝隙[25].4)自动增氧系统为了提高垂直流湿地的硝化能力,可以加设人工增氧系统.可采取的措施有在湿地表面均匀分布曝气管,曝气管底部孔壁钻有小孔,并伸入湿地床体一定深度,设计深度视进出水水质和植物的复氧效率而定,也可在不同高度进行分层布设水平穿孔管. Michal Green[26]等人对垂直流人工湿地加设曝气管,结果表明可明显增加湿地系统中的含氧量,大大提高硝化效率.另有试验在湿地系统中加设3层增氧穿孔管,可使湿地中含氧量保持在0.5mg/L以上[27].42华 东 交 通 大 学 学 报2008年2 结语与发展趋势人工湿地是一种新兴的污水处理工艺,应用领域已从最初处理生活污水扩展到工业废水和控制面源污染等方面.然而,其工艺系统的设计多建立在统计数据和经验公式基础上,目前应用最广的是一级动力学模型,但仍然是建立在一定假设条件和忽略某些影响因素的基础上,其参数具有不确定性.想要得到合理的人工湿地系统设计方法,首先必须对其净化机理进行详细的研究,探讨各个转化过程,并进行细化,综合考虑各种因素,建立完整的数据库,确定具体的物料平衡方程、反应公式和相关动力学参数,运用软件对数据、方程进行统计、演算、修正、验证,最后完善人工湿地工艺系统的设计方法.参考文献:[1]尹 军,崔玉波.人工湿地污水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2006:7-52.[2]E.J.Dunne.An integrated constructed wetland to treat contaminants and nutrients from dairy farmyard dirty water[J].Ecologi cal Engineering,2005,(24):221-234.[3]Miklas Scholz.Performance prediction of mature experimen talconstructed wetlands which treat urban water receivi ng high loads of lead and copper[J].Water Reaearch,2003,(37):1270 -1277.[4]王世和.人工湿地污水处理理论与技术[M].北京:科学出版社,2007:174-188.[5]王 薇,俞 燕,王世和.人工湿地污水处理工艺与设计[J].城市环境与城市生态,2001,14(1):59-62.[6]Cooper,P.,Smith,M.,Maynard,H.The design and performance of a nitrifying vertical-flow reed treatment system[J].Water Sci.Tech.,1997,(35):215-221.[7]Diederik P.L.Rousseau,Peter A.Vanrolleghem,Niels DePauw.Constructed wetland in Flanders:a performance analysis [J].Ecological Engineering,2004,(23):151-163.[8]沈耀良,杨铨大.新型废水处理技术∀∀∀人工湿地[J].污染防治技术,1996,9(1、2):1-8.[9]赵桂瑜,杨永兴,杨长明.人工湿地污水处理系统工艺设计研究[J].四川环境,2005,24(6):24-27.[10]吴振斌,詹德昊.复合垂直流构建湿地的构建方法及净化效果[J].武汉大学学报(工学版),2003,36(1):12-16.[11]文乐元,谢可军.人工湿地∀∀∀新型污水处理技术[J].西南林学院学报,2002,22(2):76-79.[12]陈志澄,郭丹桂,熊明辉等.处理生活污水的植物品种的筛选[J].环境污染治理技术与设备,2006,7(4):90-93.[13]刘春常,夏汉平,简曙光等.多层次多物种配置人工湿地处理生活污水研究[J].生态环境,2006,15(2):229-233.[14]王全金,陈 栋.芦苇人工湿地处理技术研究进展[J].华东交通大学学报,2004,21(4):1-5.[15]王全金,李 丽等.潜流人工湿地基质除氮磷效果研究[J].华东交通大学学报,2006,23(5):1-3.[16]Drizo A,et al.Physico-chemical screening of phosphate-removing substrates for use in constructed wetland systems[J].Water Res,1999,33(7):3595-3602.[17]USEPA.Subsurface flow cons tructed wetlands for waste watertreatmen t[M].A Technology Assessment,1993.[18]郭本华,宋志文,李 捷,等.3种不同基质潜流湿地对磷的去除效果[J].环境污染治理技术与设备,2006,7(1): 110-113.[19]秦志伟,洪剑明.人工湿地不同的水流方式和基质对氮和磷的净化的比较[J].首都师范大学学报(自然科学版),2006,27(5):102-106.[20]Defu Xu,Jian ming Xu,et al.Studies on the phosphorus sorpti on capaci ty of substrates used in constructed wetland systems [J].Chemosphere.2006,(63):344-352.[21]胡康萍.人工湿地设计的水利学问题研究[J].环境科学研究,1991,4(5):8-12.[22]陈水平,夏宜铮.香蒲、灯心草人工湿地的研究-∋.净化污水的空间[J].湖泊科学,1998,10(1):62-66.[23]李爱权,李文朝,等.人工湿地复合基质深度净水除磷实验[J].湖泊科学,2006,18(2):234-138.[24]Carl Dupoldt,Robert Ed wards,et al.A Handbook of Constructed Wetlands[M].Washington DC:The ernment Pri nt ing Office,1990:17-23.[25]S.华莱士,G.帕金,C.考思.寒冷地区污水处理的人工湿地设计与运行[J].中国环保产业.2003,(6):40-42. [26]M ichal Green,Eran Friedler,Iris Safrai.Enhancing Nitrificati on in Vertical Flow Constructed Wetland Utilizing a Passive Air Pump[J].Wat.Res.1998,32(12):3513-3520.[27]孙亚兵,冯景伟,等.自动增氧型潜流人工湿地处理农村生活污水的研究[J].环境科学学报,2006,26(3):404 -408.43第3期李忠卫,等:垂直流人工湿地工艺设计概述Technological Design of Vertical Flow Constructed WetlandLI Zhong-wei,W ANG Quan-jin,LI Li(School of Civil Engineering,East China Jiaotong Universi ty,Nanchang330013,China)Abstract:The paper briefly introduces the definition of constructed wetland,types and the impact of operational factors.It also reveals the design of vertical flow constructed wetland syste m,including the design of wetland bed,selecting and paving the substrate,building the vege table communities and automated additional air system,etc,thus giving the engineer parameters.Key words:construc ted wetlands;vertical flo w;technological design(责任编辑:李 萍)(上接第13页)[4]西南交通大学结构工程试验中心.重庆石柱县沿溪大桥检测评估报告[R].成都:西南交通大学,2006.[5]严 云,徐海燕,任 亮,等.钢管混凝土拉索拱桥桥型结构特性分析[J].世界桥梁,2007,(3):42-44.[6]胡常福,任 亮.应力叠加法在钢管混凝土拉索拱桥中的应用研究报告[R].南昌:华东交通大学,2006.Research on the Problems in Hybrid Truss Arch Bridge andIts Reinforcement SchemeYAN Yun,X U Hai-yan,SHANG Guan-xing(School of Civil Engineering and Architecture,East China Jiaotong Universi ty Nanchang330013,China)Abstract:The sources of problems for the pre-stressed concrete hybrid truss arch bridge are discussed.The shorta ge of construc tion connection,intensity analysis method and internal force adjusting are revealed.The stress superposition method is adapted to evaluate the bearing capacity of the old and dangerous hybrid truss arch that is divided into several construc tion sta ges.A finite ele ment model is set up and verified by an example.The charac ters of the truss and arch are compared.According to variety of internal force of the inclined bar,a reinforcement sche me that the inclined bar is re placed by the cable is also advanced.Its theoretic feasibility is verified.Key words:hybrid truss arch;problem;reinforce;scheme(责任编辑:王建华) 44华 东 交 通 大 学 学 报2008年。
人工湿地工程施工方案
人工湿地工程施工方案目录人工湿地工程施工方案 (1)一、湿地概述 (2)复合垂直流人工湿地系统由下向流池和上向流池串联组成，两池中间设有隔墙，底部连通。
下行池和上行池中均填有不同粒径的碎石和其他填料，其中下行池表层的填料层比上行池厚10cm。
基质种植不同种类的净化植物。
下行流表层铺设布水管，上行流表层布设收集管，基质底层布设排空管。
污水首先经过配水管向下流行，穿越基质层，在底部的连通层汇集后，穿过隔墙进入上行池，在上行池中，污水由下向上经收集管收集排出。
污水在复合垂直流人工湿地系统中的流动完全不需要动力。
其基本结构如下图所示。
该系统独特的下行流—上行流水流方式能有效的解决其它类型湿地易出现的“短路”现象，而且形成了下行流池好氧、上行流池部分厌氧的复合水处理结构。
(2)二、PE土工膜防渗工程 (3)1、材料物理性能 (3)2、运输及储存 (4)3、施工工艺流程 (4)三、无纺布铺设 (8)1、材料要求 (8)2、无纺布铺设 (9)3、回填覆盖 (10)4、质量检查和验收 (10)四、混凝土结构施工 (10)1、施工准备 (10)2、挖槽 (11)3、混凝土垫层基础 (11)4、钢筋工程 (12)5、模板工程 (14)6、止水安装 (16)7、聚乙烯低发泡闭孔泡沫塑料板 (17)8、聚硫密封胶（膏） (18)9、预留孔洞施工 (21)五、管道施工 (22)1、钢管安装、防腐及水压试验 (22)2、PVC-U管道安装 (31)六、滤料填筑 (34)1、概述 (35)2、材料要求 (35)3、施工部署 (35)4、运输和堆放 (36)5、湿地填料铺设 (36)七、运行调试 (37)八、验收 (38)一、湿地概述1、湿地工艺说明本工程采用潜流型人工湿地，具体工艺包括垂直流和水平流，具有多种组合，包括复合垂直流湿地、水平流+上行流湿地。
复合垂直流人工湿地系统由下向流池和上向流池串联组成，两池中间设有隔墙，底部连通。
垂直流人工湿地计算参考书
垂直流人工湿地计算参考书一、什么是垂直流人工湿地呢？垂直流人工湿地是一种超级有趣又很环保的污水处理系统哦。
它就像是一个小小的自然净化工厂，通过湿地里的植物、土壤还有微生物的共同努力，把污水变得干干净净的。
这里面的水流可不是随随便便流动的，而是垂直方向流动的呢。
这种特殊的流动方式让污水在湿地里的净化过程变得更加独特和高效。
比如说，污水会在重力的作用下，缓缓地从湿地的上层渗透到下层，在这个过程中，不同的物质就开始发生各种奇妙的反应啦。
二、计算垂直流人工湿地为什么这么重要呀？这可太重要啦。
如果不进行准确的计算，就像厨师做菜不知道放多少调料一样，整个湿地的运行可能就会乱套哦。
准确的计算可以帮助我们确定湿地的面积大小。
要是面积算小了，污水可能得不到充分的净化，那可就白忙活啦。
而且还能确定水流的速度呢，水流太快，污水和湿地里的各种净化元素接触时间太短，净化效果肯定不好；水流太慢，又会影响整个处理污水的效率。
另外，计算还关系到我们要种多少植物，选择什么样的植物。
不同的植物在净化污水的能力上可是有很大差别的哟。
三、关于垂直流人工湿地计算的参考书籍。
这本书简直就是垂直流人工湿地计算的宝藏书籍呀。
它从很基础的原理开始讲起，就像一个耐心的老师。
书里详细地介绍了垂直流人工湿地的各种数学模型，这些模型可是帮助我们计算湿地的关键哦。
比如说，有关于水力停留时间的计算模型，这个时间可是很重要的参数呢。
它用很通俗易懂的例子来解释这些复杂的模型，让我们这些读者不会被那些密密麻麻的公式吓跑。
而且书里还有很多实际案例的分析，我们可以看到在不同的地区、不同的污水类型下，人家是怎么根据这些计算来建造和运营垂直流人工湿地的。
可别小看这本书哦。
虽然它不是专门讲垂直流人工湿地计算的，但它给我们提供了很多关于湿地生态系统的基础知识。
了解湿地的生态系统，对我们进行垂直流人工湿地计算是非常有帮助的。
比如说，我们要计算湿地里植物的数量和种类，那就得知道湿地的生态环境适合哪些植物生长呀。
复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用
复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用复合垂直流人工湿地是一种常见的生态系统工程技术，用于处理废水中的有机物和氮、磷等污染物。
其中，污水处理系统中的硝化与反硝化作用是非常关键的环节。
硝化是指将氨氮氧化为硝态氮的过程。
在复合垂直流人工湿地中，硝化作用主要由硝化细菌完成。
首先，污水流经人工湿地的填料层，填料表面附着着大量的硝化细菌。
这些细菌利用废水中的氨氮源，通过氧化作用将其转化为亚硝酸盐。
亚硝酸盐在湿地中进一步氧化为硝酸盐。
这个过程是一个耗氧的过程，需要有足够的氧气供应才能顺利进行。
在硝化过程中，温度、pH值和有机负荷是重要的影响因素。
一般来说，硝化细菌在温度在20-30度之间最为活跃，而pH值在6.5-8.5之间则对其生长有利。
当温度较高或pH值过低时，硝化细菌的活性会下降，从而影响硝化作用的效率。
此外，有机负荷的增加也会导致硝化细菌的过度生长，造成硝酸盐的积累，进而降低硝化作用的效果。
与硝化相对的是反硝化作用，它是将硝酸盐还原为氮气的过程。
反硝化细菌是执行这一功能的主要微生物。
在复合垂直流人工湿地中，由于填料层中的氧气供应有限，湿地底部往往是氧气贫乏的。
在这种环境下，通常会形成一定的还原条件，有利于反硝化细菌的生长。
这些反硝化细菌利用硝酸盐作为电子受体，将其还原成氮气释放到大气中。
在复合垂直流人工湿地中，硝化与反硝化作用相互作用，相互促进。
硝化作用消耗氧气，并产生硝酸盐，为反硝化提供原料；反硝化作用则使废水中的硝酸盐得到去除，并释放出氮气。
因此，硝化与反硝化作用的协同作用是实现高效废水处理的重要因素。
复合垂直流人工湿地污水处理系统的硝化与反硝化作用是一个复杂的生态过程。
为了提高系统的处理效果，需要综合考虑温度、pH值、有机负荷等因素，合理设计系统。
此外，对硝化细菌和反硝化细菌的种类和数量有一定要求，因为不同的菌株对环境的适应能力不同，也会影响系统的处理效果。
总之，复合垂直流人工湿地污水处理系统中的硝化与反硝化作用是实现高效废水处理的重要环节。
垂直流人工湿地
垂直流人工湿地1 引言垂直流人工湿地因具有较高的水力负荷、污染物去除效率高、占地小等优点，越来越得到大面积的应用.近年来，垂直流湿地多用于不同污染负荷生活污水的处理，其净化效果主要受湿地类型构造本身、填料、植物类型、进水C/N比与启动季节等因素的影响，而关于进水C/N比对不同植物类型处理生活污水效果的影响研究相对较少.污水C/N比是反映湿地系统内部碳氮循环的主要指标，综合了湿地生态系统功能的变异性，容易测量，是确定废水碳氮平衡特征的一个重要参数.湿地系统的进水C/N比特征直接影响着微生物的群落结构，从而影响污水处理效果.另外，不同湿地植物、不同环境条件下及不同生长时期对N、P的需求量也不同.植物对N、P吸收量及比例的变化，也会间接影响其在不同季节对污水去除效率的贡献.本研究针对垂直流型人工湿地系统，研究水葱(Scirpus tabernaemontani)，香蒲(Typha orientalis，)菖蒲(Acorus calamus)和千屈菜(Lythrum salicaria)4种植物湿地在不同进水C/N比条件下的污水净化能力，探讨其可能的影响机制.2 材料和方法2.1 人工湿地的构建人工湿地污水处理系统于2014年1月建于复旦大学生态学实验基地温室大棚内，为垂直潜流型人工湿地(图 1)，各湿地尺寸均为1.0 m×0.6 m×0.9 m(长×宽×高)，在长边15 cm处分别用隔板隔开，靠近进水端15 cm的隔板底部以尺寸为0.80 m×0.15 m的矩形开口相通.布水区填料上层为粒径约12 mm的炉渣，厚度为45 cm，炉渣在使用前经过5次冲洗，以避免其会产生高碱度的环境，从而危害植物和根系间微生物的生长;下层为粒径约15 mm的砾石，厚度为20 cm，进出水隔板之间10 cm的高度差使得水流可以从布水区自行流入出水端.进水区采用穿孔(15 mm的孔，间距为100 mm)PVC管均匀布水，试验于2014年1—3月先进行湿地驯化，2014年4月到2015年1月为污水处理正式运行阶段，采用连续进水方式，水力负荷为0.67 m3 · m-2 · d-1，HRT为1.5 d，填料层的孔隙率约为43%.3种不同的C/N比进水条件，每种植物湿地均为4个平行处理，共计48个湿地单元.图1 垂直流型人工湿地2.2 模拟生活污水的配制及进水水质特征对4种植物类型湿地进行碳源不同污染梯度水平的添加处理，碳源添加浓度分别为100、200、400 mg · L-1(污染负荷分别为322.64、645.35、1280.06 mg · m-3 · d-1)，N素添加浓度为40 mg · L-1(污染负荷为107.75 mg · m-3 · d-1)，P素添加浓度为5 mg · L-1(污染负荷为16.58 mg · m-3 · d-1).模拟污水的配方为 100、200、400 g · m-3 葡萄糖，80g · m-3 尿素，15 g · m-3 NaH2PO4，1.5 g · m-3 KH2PO4，4 g · m-3 CaCl2，2 g · m-3 MgSO4.3种不同C/N比进水条件分别为C1N(2.5 ∶ 1)、C2N(5 ∶ 1)和C3N(10 ∶ 1).每种湿地植物在相同进水条件下的处理均为4个平行组.模拟生活污水的进水水质特征见表 1和表 2.表1 不同进水C/N比条件下主要理化指标的进出水特征表2 不同进水C/N比条件下主要污染物的进水浓度与去除率及湿地植物收获后生物量2.3 实验步骤本研究选取本实验室前期筛选出的具有较好污染物降解效果的水葱、香蒲、菖蒲和千屈菜，均为挺水植物.2014年的2月1日每个湿地单元分别种植水葱(Scirpus tabernaemontani)、香蒲(Typha orientalis)菖蒲(Acorus calamus)和千屈菜(Lythrum salicaria)，上述4种湿地植物种植时单个湿地平均鲜重分别为0.28、0.34、0.21和0.41 kg，种植密度为 5~8 株· m-2.前期湿地用模拟生活污水灌水2个月，该阶段为湿地的驯化期.实验运行周期为10个月，时间为2014年的4月1日至2015年的1月31日，模拟污水以0.21 m3 · m-2 · d-1的水力负荷进入人工湿地单元，配水装置是一个直径5 cm的塑料管，其上分布着直径1.5 mm的小圆孔.每周通过一个200 L的大水箱向人工湿地供水5 d，另外2 d为停歇时间.2.4 水样、植物样采集与测定每周采集进出水样一次，每月测定的4个周的平均值作为该月处理水样的月平均值.COD 采用重铬酸钾法测定，TP 采用AQ2全自动间断化学分析仪(Automated Chemistry Analyzer ，England )测定，TN 采用德国产Liquor TOC 分析仪测定.物理化学指标的测试包括氧化还原电位(Eh)、pH 值、溶解氧(DO)，均是在现场实地测量，其中，DO 采用Orion Dissolved OxygenProbe(Model 862Aplus ，USA)测量，Eh 采用Orion 250Aplus ORP Field Kit 测量，pH 值采用Orion Portable pH Meter(Model 250Aplus ，USA)测量.分别采集和测定各湿地植物实验前后的生物量，本研究采用种植前与实验结束收获后湿地植物鲜重表示生物量.2.5 数据分析污染物去除率R 的计算公式如下：式中，Ci 和Ce 分别表示进水和出水的浓度(mg · L -1).1个月中每周测量值的平均值用来表示1个月中污染物的去除效果.2.6 统计分析所有的数据都采用SPSS 软件进行分析.一阶方差分析用来分析4种不同植物垂直潜流式人工湿地各种参数条件下的出水状况.二阶方差分析用来分析测试不同的碳元素添加、人工湿地植物类型、季节变化，以及其两两或者3个一起的综合影响作用.Duncan 多倍范围检验用来进一步评价方差分析中的差异显著性.3 结果3.1 主要物理化学指标的变化pH 值、氧化还原电位(Eh)和溶解氧(DO)值见表 1.对于pH 值，3种C/N 比进水条件下，4种植物湿地均表现为出水值(6.38~6.81)低于进水值(7.23~7.56)，但不同处理条件下，不同植物间差异不显著(p>0.05).对于DO 值，C1N 和C2N 处理要显著高于C3N 处理(p<0.05)，但相同处理不同植物类型间差异不显著(p>0.05).对于4种植物湿地类型，Eh 值在C1N 、 C2N 和C3N 处理中差异也不显著(p>0.05).3.2 主要污染物去除率随时间的变化主要污染物去除率在处理过程中各个月份中的变化明显，3种进水负荷下，COD 去除率在香蒲和菖蒲湿地均优于水葱和千屈菜湿地(图 2，表 2).如图 2a 所示，C1N 处理中，4种植物湿地中COD 去除率在秋末和冬初波动相对较大.在C2N 和C3N 处理中，4种植物湿地均表现出在7月和10月COD 去除率较高(图 2b 和2c).到实验结束(1月)，3种处理条件下，不同植物湿地对COD 去除率均下降到最低值，受季节影响显著.由表 3的方差分析发现，季节、植物类型与季节的交互作用对COD 的去除率影响显著(p<0.05).图2 实验期间COD去除率变化(a.C/N=2.5 ∶ 1; b.C/N=5 ∶ 1; c.C/N=10 ∶ 1)表3 湿地植物类型、碳添加、季节变化参数的方差分析如图 3所示，4种植物湿地中TN去除率在所有进水条件下均出现了较为明显的波动.在C1N 和C2N处理中，水葱湿地的TN去除率低于其他3种植物湿地(图 3a，3b)，而香蒲湿地在整个实验阶段TN去除率均较高.在C2N和C3N处理中，4种植物湿地类型在10月TN去除率明显较高，冬初(11—12月)也表现出了相对较高的去除能力(图 3b和3c)，然而到翌年1月均呈明显下降趋势，TN去除率较低.在整个实验启动期间，TN去除率受季节变化影响明显，波动时间相对较长.研究发现，季节对TN的净化效果具有显著影响(p<0.05)(表 3).图3 实验期间TN去除率变化(a.C/N=2.5 ∶ 1; b.C/N=5 ∶ 1; c.C/N=10 ∶ 1)对于TP去除率，其在所有进水负荷条件下都表现出在香蒲和水葱湿地稍高于菖蒲和千屈菜湿地(图 4).表 3分析发现，季节对TP去除率的影响明显(p<0.05).较高的TP去除率出现在4—5月，但最低值大都出现在冬季(12月，C/N=10 ∶ 1情况下最低值出现在6月)(图 4).TP去除率在菖蒲湿地总是相对较低，且受季节变化影响显著.图4 实验期间TP去除率变化(a.C/N=2.5 ∶ 1; b.C/N=5 ∶ 1; c.C/N=10 ∶ 1)4 讨论不同进水C/N比处理条件下，湿地去除能力有明显差别.很多研究结果表明，进水的污染物负荷的C/N比对污水的净化效果有较大的影响.赵永军等研究发现，微生物在不同生长阶段会根据自身需要调节所需要的C/N和P/C比，较高的生长速率不仅仅会出现在较高的C/N和P/C比下，也会出现在较低的N/P比的情况下，如细菌.合理控制C源和N源，以及进水污染物的C/N比，对于提高COD的去除率具有积极意义.本研究COD去除率达63%~78%，与在水平潜流型湿地的处理效果接近(60%)，而略低于Poach等)的研究结果.COD的去除率在香蒲湿地中相对高于其他3种湿地，其机理可能是香蒲植物向根区输氧能力更强，在植物根区的还原态介质中形成氧化态微环境，使有氧区域和无氧区域共同存在，有利于充分发挥微生物降解有机污染物的作用.利用菖蒲湿地处理生活污水时COD的去除率约为76%，与本研究进水C/N=5 ∶ 1时结果基本相同.另外，4种植物湿地均受到了进水负荷和季节变化的较大影响.COD在污染物进水负荷为C/N=5 ∶ 1时的去除率达到最大.C/N=10 ∶ 1时的结果显示，在较高的C/N负荷中，有机污染物的降解率相对较低.此结果与赵永军等的研究结果基本一致.垂直潜流人工湿地对于氮的去除主要是依靠硝化和反硝化过程实现的.当C/N=5 ∶ 1时，TN去除率比C1N和C3N处理高，而香蒲湿地也略高于其他3种植物湿地.这说明在适合的C/N比条件下，可使得硝化反应和反硝化反应达到最佳状态，适量的碳源保证了湿地反硝化过程的顺利进行.而植物的合理选择也在一定程度上提高了TN的去除效果.在不同的进水负荷条件下，平均TN去除率在香蒲湿地中达到了38%~49%，与Seo等(2008)在水平流湿地中48%的去除率接近.比较了水葱、香蒲和千屈菜等湿地植物对生活污水的TN去除率，发现香蒲的去除效果高于千屈菜，这与本实验的研究结果基本一致.另外，该研究结果表明，季节变化对于TN的去除则是有非常显著的影响，特别是在6—7月间，TN去除率达到最高值.TN在夏季有较高的去除率，其原因可能是植物在较高温度下良好生长，根系充分发育，为植物根系间微生物提供了良好的新陈代谢环境所致.人工湿地中TP的去除主要是通过湿地基质填料的吸附作用和沉降作用来实现的.为了可以达到较好的除磷效果，本研究以炉渣作为湿地填料的上层填充物，在不同进水条件下4种植物湿地均表现出了较高的TP去除率.Tanner等研的究结果表明，P在人工湿地中的吸附沉淀降解是一种有限的过程，经过一段时间以后湿地填料必须要更新或者冲洗以后才能再用，否则TP去除效果会下降.因此，人工湿地填料的选择对于TP的去除是一个非常重要的影响因素研究发现，水葱对总氮的净化效率可达到85%，好于其他挺水植物湿地.但本试验中水葱湿地虽去除率高于其他3种湿地，但仅为70%左右.这可能与研究的人工湿地类型与进水浓度不同有关.本研究发现，不同植物类型湿地间TP的去除率差异不大，可能的原因是植物对于磷元素的吸收对于整个TP去除的贡献率较小，湿地基质的吸附降解作用是其主要途径.不同C/N比处理下，TP的去除效果也差异明显，当C/N=5 ∶ 1时，具有最大值(63%~73%).这说明进水的C/N比也是影响人工湿地TP去除效果的重要因素.合理设计人工湿地进水C/N比例，有利于取得理想的TP净化效果。
0694.高效垂直流人工湿地系统水质净化技术介绍
高效垂直流人工湿地系统水质净化技术介绍工艺原理人工湿地系统水质净化技术是一种生态工程方法，其基本原理是在一定的填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个人工湿地生态系统，当污水通过系统时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，使水质得到净化。
方法特点人工湿地系统具有建造成本较低、运行成本很低、出水水质非常好、操作简单等优点，同时如果选择合适的植物品种还有美化环境的作用。
但另一方面具有占地面积较大的缺点。
适用范围经过人工湿地系统系统处理后的出水水质可以达到地面水水质标准，因此它实际上是一种深度处理的方法。
特别适用于饮用水源和景观用水保护，处理后的水可以直接排入饮用水源或景观用水的湖泊、水库或河流中。
因此特别适合处理饮用水源或景观用水区附近的生活污水或直接对受污染水体的水进行处理，或者为这些水体提供清洁的水源补充。
基建与运行费用基建费用与很多因素有关：地形特征、地层结构、选用的前处理方法、进水水质情况、出水水质要求、外观要求等等因素有关。
因而根据情况的不同有很大差异，但比二级污水处理厂低很多。
人工湿地系统运行费用特别低，如果仅以电费计，通常不会超过0.05元/吨/天（主要用于提高进水水位，如果水位不需提升则没有此项费用），另外需要工人进行简单的操作和维护管理。
处理效果出水水质可以因进水水质或停留时间的不同达到地面水水质标准(GB3838-88)II至V类标准。
系统可以根据进水水质状况和出水水质要求进行设计。
研究与应用实例1．研究工作1996年以来，深圳市环境科学研究所开展了热带和亚热带区域水质改善、回用与水生态系重建的生物工艺学对策研究（1996.9-1999.9）项目，此项目为为欧盟科学，研究与发展部主管的与第三世界国家和国际组织合作项目，是由中国、德国和奥地利的六个研究单位合作开展的。
该课题研究的主导思想是利用能耗低、运行费用低的人工湿地系统和生态学方法净化地面水，可应用于饮用水、景观用水的净化和污水处理。
常见人工湿地类型及特点
常见人工湿地类型及特点近些年来，随着我国工业的快速得发展，污水排放与治理逐渐成为人们关注的焦点，人工湿地作为一种新型处理污水的方式，因其独特的净化机制，正不断地得到世界各国的青睐。
本文在参考众多文献的基础上，对人工湿地的类型及特点以及我国人工湿地现在所存在的问题等展开了叙述，并对人工湿地的未来研究做出了展望。
标签：人工湿地；自由表面流人工湿地；垂直流人工湿地；潜流人工湿地1、人工湿地的概念人工湿地也叫构建湿地，它是一种人工建造的、通过在人工管理方式下运行的、与沼泽类似的地面，是我国目前较为流行的一种新型污水处理技术之一，运用人工湿地可作为生活污水和工业废水的二级和三级处理。
人工湿地污水处理技术主要是通过人工将污水有控制的排放到土壤（滤料）—植物—微生物这个复合生态系统中，并以不同的方式来控制污水在各区域的有效停留时间，并使污水沿着一定的方向进行流动，从而在物理、化学、生物三者的协调关系的作用下，通过过滤、沉淀、吸附、离子交换、微生物分解和植物吸收等途径来对废水进行处理，使污水得到不同程度的净化，从而使水质得到改善；而且，在污水处理净化过程中，污水中的一些营养物质，也可以通过湿地的生化循环作用，从而促进湿地中绿色植物的生长并提高其产量，从而使污水真正达到无害化处理，实现污水的资源合理化利用。
人工湿地污水处理技术的研究始于1953年德国科学家Seidel提出根区法理论之后，至上世纪70年代末期人工湿地已逐渐成为世界上普遍接受的一种新型污水处理工艺。
我国开始进行人工湿地方面的研究，起始时间相对来说比较晚，于上个世纪80年代初才开始接触人工湿地，学习了解该技术，但是我国在这方面的研究发展却是非常迅速。
人工湿地具有因地制宜、污水净化效果好、出水稳定、水质良好、抗冲击力强、氮、磷去除效果强、建造和运行费用低和运转维护管理方便、湿地建造和运行费用低、能够很好地适应负荷变化所带来的影响、适于处理非连续性排放的污水同时可使污水处理与环境生态建设有机结合等主要特点。
污水处理中的垂直流湿地技术
汇报人：可编辑
2024-01-05
CONTENTS 目录
• 垂直流湿地技术概述 • 垂直流湿地技术在污水处理中的应用 • 垂直流湿地技术的设计与建设 • 垂直流湿地技术的运行与维护 • 垂直流湿地技术的未来发展与挑战
CHAPTER 01
垂直流湿地技术概述
定义与特点
定义
CHAPTER 02
垂直流湿地技术在污水处理中的应 用
污水处理的流程
预处理
去除大块杂质和悬浮物，为后 续处理做准备。
生物处理
利用微生物降解有机物，去除 氮、磷等营养物质。
深度处理
进一步去除难以降解的有机物 、重金属等有害物质。
消毒处理
杀灭病原微生物，确保出水安 全。
垂直流湿地技术在污水处理中的优势
01
02
03
04
高效去除污染物
垂直流湿地技术能够高效去除 污水中的有机物、氮、磷等污 染物，达到国家排放标准。
节能环保
该技术能耗低，不产生二次污 染，对环境友好。
维护简便
垂直流湿地技术结构简单，日 常维护方便，降低了运营成本
。
适应性强
该技术适用于不同规模和类型 的污水处理，具有广泛的适用
性。
垂直流湿地技术在污水处理中的实际应用案例
去除污水中的悬浮物和杂质。
吸附作用
02
基质表面可以吸附一些溶解性物质，如氮、磷等，有助于改善
水质。
持水能力
03
基质应具有一定的持水能力，能够为湿地中的植物提供足够的
水分。
植物的选择与配置
植物种类
选择具有较强净化能力和适应性的植物，如芦苇、香蒲、水葱等，能够有效地吸 收污水中的营养物质。
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人工湿地污水处理系统的发展与处理机理综述
水资源是基础自 然资源，是生态环境的控制性因素之一；同 又是战略性经济资 时， 源，
是一个国 家综合国 有机组成部分［ 着全球经 会的 力的 １ ］随 济社 发展和人口 剧增长， 的急 水资
源短缺已 成为世界倍受关注的焦点问 题之一。 加之对水域的破坏性开采、 不合理利用及大量
摘 要
基于人工湿地污水处理系统的 应用研究现状， 本研究结合工程实践石岩人工 湿地和甘坑 人工湿地进行探索研究， 容包括前处理、 填料、 植物、 深度、 流系统等对 内 不同 不同 不同 回 处理效果的 影响分析， 工程效益分析， 并就如何管理维护中、 大型规模垂直流人工 湿地提出
２ 人工湿地的 ． ２ 类型及各自 的优缺点
国内 对人工 外学者 湿地系 分 种多 １１ 从工 计的角 发， 系 布 统的 类多 样［ ］ 程设 － ０。 度出 按照 统
水方式的不同或在系统中流动方式不同一般可分为自由 表面流人工湿地、 水平潜流人工 湿地 和垂直流人工湿地（１。 １７ 从水力学角度划分， ２１ ， 人工湿地分为水面湿地和渗滤湿地两种类型 １ 人工湿地按污水在其中的流动方式可分为两种类型： （。 ３ １ 水面式人工湿地 〔 简称Ｆ ） 潜 ＷＳ；
述问题提供了一种新的选择。
２ 人工湿地污水处理系统概述
２ 人工湿地的概念 ． １
湿地是陆地与水体之间的 过渡地带， 是一种高功能的生态系统， 具有独特的生态结构和 功能． ２ １ 年３ １ 修正的 “ 际湿地公约”中， ９ ８ 月 ２日 国 把湿地定义为： 不问 “ 其为自 然或人 工、 长久或暂时之沼泽地、 湿原、 泥炭地或水域地带； 带有戴静止或流动， 或为淡水， 半咸
的处理对象特征选用不同的植物。
（ 对湿地 ５ ） 池三处 深度出 不同 水的水 行对比， 认为 物在不同 质进 分析 污染 深度的 情 去除
况变化规律为： Ｐ ４ ， ： ７ｃ＞０ ＞５ ； Ｄｒ Ｂ Ｄ： ｍ ７ｃ＞５ｍ ０－ Ｎ 一； ５ ６ｃ ４ｃ Ｃ ｃ Ｏ ｓ ６ｃ ＞５ ４ｃ ． Ｐ Ｈ ｍ ｍ ｍ Ｏ ， ０ ｍ
出 浓 ． ｍ／降 ．ｍ／ Ｎ ３ 去 从一 处 水 度２．ｍ Ｌ 至１ 水 度３１ Ｌ 至１６ｇ ； 一的 除 次 理出 浓 ６ 岁 降 ８ ９ ｇ ０ Ｌ Ｈ ７
ｍ ／． ｇ Ｌ
（ 垂直流 ｝ ） 人工湿 地污水处理系 有投资 统具 成本低、 运行费 用低、 处理效果 和景的 除 一 处 水 度 １ ｍ／ 至３ 处 效 较 Ｃ Ｄｒ 去 从 次 理出 浓 ６６ Ｌ降 ４ ６ 统 流 ） ． ｇ
ｍ／ Ｂ Ｄ 的 ｇ ： ｓ 去除从 Ｌ Ｏ 一次处理出 水浓度２．ｍ／降 ｍ ／ Ｐ ４ 的 从 ６ ｇ 至８ Ｌ ０－ 去除 一次处 ２ Ｌ ｇ ； Ｐ 理
对脆弱。 １ 年来南涝北早较明显，北方天然水资 近 ８ 源量有减少趋势。 从支流向 干流延伸， 从城市向 农村蔓延， 从地 从全国看， 水污染正从东部向 西部发展，
表向地下渗透，从区域向流域扩散。
在全中国 七大流域中．太湖、 淮河、 黄河流域都有 ７％以 ０ 上的河段受到 污染； 海河、
面会结冰， 还会有臭味（８ ４ １这种湿地不能 ， １ 充分利用填料及丰富的植物根系。 其绝大部分有 机物的去除是由长在植物水下茎、 杆上的生物膜来完成［ １ ７ １
水平潜流人工 湿地， 这种类型的人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名， 它由一 个或多个填料床组成， 床体填充基质， 床底设有防渗层， 防止污染地下水， 与自 表面流人 由 工湿地相比，水平潜流人工湿地的水力负荷大和污染负荷大， Ｏ ， Ｄ Ｓ， 对Ｂ Ｄ Ｃ ， 重金属 Ｏ Ｓ
流 人 湿 （ 称ＳＳ ［１ ］人 湿 根 湿 主 植 式 分为： 水 物 型 工 地 简 Ｆ） ，． 工 地 据 地中 要 物形 可 １６ ５２ ， １ 浮 植 系
统； 挺水植物系统； 沉水植物系统（０ 人工湿地按水流方式的不同 ７１ ，。 ２ 主要分为四 种类型： 地
表流湿地 （ｕ ａ Ｆ ｗ ｔｎｓ ； Ｓｒｃ ｌ Ｗ ｌ ｄ ＳＷ） 潜流湿地（ ｂ ｒｃＦ ｗ ｔｎｓ Ｗ ； ｆ ｅ ｅａ Ｆ ｏ （ ｓ ｆｅ Ｗ ｌ ｄ ＳＦ ） 垂直 Ｓ ｕａ ｌ ｅａ Ｓ ｕ ｏ
流 地Ｖ ｉｌ Ｗｔ ｄＶＷ ； 汐 湿 （ｄ Ｆｗ ｌｄＴＷ［。 普 认 湿 （ｒａ ｌ ｅ ｎ Ｆ ）潮 流 地 Ｔａ ｌ ｗｔ ｓ ）１但 遍 为 ｅｃ Ｆｗ ｌ ｓ ｔ ｏ ａ ｉｌ ｅ ｎ Ｆ １ ｏ ａ ４
人工湿地按水流方式的不同 主要分为两种基本类型： 表面流型人工湿地：潜流型人工 湿地
松辽流域污染也相当严重，污染河段占６ 以 ０ 上。
水利部专家分析， 中国江河污染主要是城市和工矿企业的点 源污染所致， 一个入河排污 口 污染一大片， 在大江大河形成岸边污染带； 支流小河一个工厂的污染就会使整条河流受到 污染， 变成 “ 排污沟” 。
据水 部门 新 查资 现 废污 排放 超 ０ 代 一 上， 排 最 调 料， 在 水 量已 过５年 初的 倍以 年 废污 利
３
简单、 运行费 用低等优点， 地面积较大， 但占 水力负荷率较小， 去污能力有限。自 表面流 由
人工湿地中氧的来源主要靠水体表面扩散、 植物根系的传输和植物的光合作用， 但传输能力
十分有限， 这种类型的 湿地系统的运行受气候影响 较大， 夏季擎生蚊蝇的现象， 冬季北方表
地生态系统是对自 然湿地生态系统的适 度补充，也是对其功能退化的恢复性建设 ｌ Ｄ
人工湿地 Ｃ ｎｒ ｅ ｅａｄ 是一种由 （ｏｓｕｔ ｗｔｎ） ｔｃ ｄ ｌ 人工建造和监督控制的，与沼泽地 类似的 地
面１ 人工湿地是为处理污水而人为设 ９ １ 。 计建造的， ０ 是２ 世纪７年代发展起来的 废水处 ０ 新型
水达６０ ０ 亿吨，这些废污水 ８％以 ０ 上未经处理直接排入江河湖库。 面对以 上我国水多、 水少、 水脏的问 必须采取新的战略， 题， 使水资源可持续利用， 以 支持我国 经济社会的持续发展１ ５ １ 近年来， 各种水处理技术在实际应用中 取得了 不断的 发展， 特别是作为二级处理的 活性
果好等优点。
本研究在垂直流人工湿地系统的处理规模、 工艺组合及新型填料的选用等方面 均有了一 定的突破，为垂直流人工湿地污水处理系统的推广应用提供实用的 理论依据和实践经验。 关键词： 垂直流人工湿地 污水处理 应用工程 前处理 填料 植物 处理效果 管理与
维护
第一部分 １ 前言
水或为咸水水体者， 包括低潮时水深不超过６ 的水域 １，ｎ 般认为， １ ｎ ７５ 。一 ，６ ９］ 湿地主要是沼泽
地、 泻湖、 泥炭地， 也包括湖泊、 河流、水库、 滩涂、 三角洲、 河口三角湾等。由于人类的
不合理开发， 湿地资 源在我国受到很大破坏。 在特殊时期 和环境条件下， 研究和建立人工 湿
第 ６ 但人均淡水资源量仅 ２０ 立方米， 位， ３０ 只相当于世界人均的１ ，世界排名第 １１ ／ ４ ２ 位。
按联 制订 合国 缺水国 一般标 ３ ０ ００ｍ／ 年推 我国 世界 ”个贫 之一 家的 准 ０ － ００｝ ０１ 人・ 算， 属 水国 Ｘ 中国水资 ２ ７ 。 源不仅人均占有量低， 而且时空分布变化大， 水土资源不相匹配， 态环境相 生
缓其发展趋势［。因此开发和推广适合中国国 ２ １ ） 情的城市污水处理技术成为广大环保工作者
ｚ
面临的一项紧 迫的任务。 「 人 湿地技术应用于污水处理领域， 它独特的优点“ 以 一高三低一
不”即高 效率、 低投资、 低运转费用、 低维持技术、 用地少和基本不耗电间 为综合 解决上
（ 影响整个人工 ２ ） 湿地处理效果的主要因素： 前处理效果、 水力负荷、 填料、 填料深度、
植物生长状况等。
（ 采用四 种新型 ３ ） 湿地填料效果均比 一般采用的砂砾级配填料效果好。 新型填料对 不同
Ｃ Ｄｒ Ｏ ： Ｏ ｃ和Ｂ Ｄ 的去除差异不大， 但对Ｐ ４ ， ３ 去除差异较明显。 ０－ Ｎ － Ｐ Ｈ Ｎ的 对污染物的 整体
污泥法， 其工艺相对成熟， 但运行费用高， 且主要以去除碳源污染物为目的， 对氮、 磷等营
养物质的去除则微乎其微，经处理后的出 水排入水体后仍将引 “ 起 富营养化”等环境问 题。 三级处理虽可解决 上述问 但因 题， 投资和运行费 用昂 贵而难以 大面积推广． 同时事实也说明， 单纯依靠传统的 污水处理方法在我国当 前的 情况下尚难以 从根本上解决水污染问 只能延 题，
污染物的 排放， 质不断 水 恶化， 许多国 家正面临 着水资 严重 源 短缺的 危机（ 在新的 展阶 ２ ） 。 发
段， 水资源将日 益成为主要的瓶颈因 甚至将成为自 素， 然因素中唯一长期严重制约我国 发展 进程的瓶颈因素［ （ ２ ，
根据水资 一般定 ４ 据介绍， 水资 量虽然 源的 义［ １ 。 我国 源总 迭到 ２ 万亿立方 居 ８ 米， 世界
１６ ０ １， ］ ２
不同类型人工湿地对特征污染物的去除效果不同， 具有各自 优缺点。 的 表面流湿地是废
水在填料表面漫流， 它与自 然湿地最为接近１１ 但自 表面流人工湿地是人工设计、 １４ ２１ ，。 由 监督
管理的 湿地系统， 污效果优于自 去 然人工湿地系统。 这种类型的 人工湿地具有投资少、 操作
去除效果规律： 微生物填料＞ 碳填料＞ 铁， 石灰石填料》 活性生 物钙填料。 因此针对不同 处理对
象特征选用不同的填料。
（ 芦苇 风车 去 污染 效 都 好。 花 草 Ｏ ｃ和Ｂ Ｄ及Ｐ４ 草 除 物 果 较 再力 和象 对Ｃ Ｄｒ Ｏ ， ０－ ４ ） 和 Ｐ
的去除效果较好， 但对Ｎ ３ Ｈ－ Ｎ的去除很差， 去除率分别为１． ， ７ ４ ％ ２． ３ ３％．因 此应针对不同
理 艺６１它 据自 湿 生 系 中 理 化 、 化 应的 作 来 理 水， 工 ［ 。 根 然 地 态 统 物 ‘ 学 生 反 协同 用 处 废 一 ， １ ４