垂直流人工湿地系统工程的污染物净化效率研究
人工湿地对化粪池出水净化效果的研究
人工湿 地的处理 效果 明显好 于没 有种 芦苇 的人工 湿地处 理效
果 。另 外 ， 力停 留 时 间对 Ｃ Ｄ的 去 除 也 有 一 定 的影 响 。种 植 水 Ｏ
作者简 介： 耿琦鹏 ， 首都师 范大学资源环境与旅游学院 ， 男， 硕士研 究生。
・
２９ ・
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定 的处 理 后 由 阀 门控 制 流 人 人 工 湿 地 。实 验期 间芦 苇 的生 长
良好 。
２ １ 对 Ｃ Ｄ的去 除效果 ． Ｏ
Ｃ Ｄ是水体 中耗氧有机污染 物的综合指标 ， Ｏ 常用 来指示污
水 中有 机物 的含 量 。表 ２反应 了种 植 芦 苇与 否 及 水 力 停 留时 间 长 短对 Ｃ Ｄ处 理 效 果 的 影 响 。 由 表 ２可 以 看 出 ， 植 了 芦 苇 的 Ｏ 种
有 良好 的氧转移特性 Ｊ可用于氨氮含量较 高的污水 以及城 ， 市污水 等方面的处理， 但采 用垂直 流人工湿地处 理化粪 池出
水 的研 究 和 实 例 尚不 多 见 ， 其 在 我 国北 方 地 区 。人 工 湿 地 的 尤 深度 一 般 足 按 水 生 植 物 根 系 自然 扩 展 的 深 度 来 设 计 的 。 因此 ，
１５ 实验分 析方法 ．
ｒ 用 钼 锑 抗 比色 法 。Ｎ ３ Ｉ Ｐ采 。； Ｈ 一Ｎ采 用 纳 氏剂 比色 法 ； Ｏ ＣＤ
本研究 的垂直流人工湿地深度采用 ６ ｍ， 以芦苇作为湿地植 ５ｃ 并
物 ， 究 浅 垂直 流 芦 苇 人 工 湿 地 对 化 粪 池 出水 的处 理 效 果 。 研
采用重铬酸钾法 （ 经重铬酸钾 氧化后 ， 再测 定吸光度 ， 依此确定
Ｃ Ｄ浓 度 ） 测 定 。 Ｏ 来
不同填料在高负荷垂直流人工湿地系统中净化能力的研究
（．ａｅＫ ｙＬ ｂｏ Ｆｅｈ ａ ｒ ｃｌ ｙａｄＢｏｅｈｏｏ ，ｎｔｕｅｏ ｙ ｒｂ ｌｇ， ｈｎ ｓ ｃｄｍ ｆ ｃ ｎ ｅ Ｗｕ ａ ３ ０ ２ Ｃ ｉａ １ ｔ ｅ ａ ｒｓｗ ｔ ｏ ｇ ｎ ｉ ｃｎ ｌ Ｉｓｔｔ ｆ ｄｏｉ ｏ Ｃ ｉｅｅＡ ａｅ ｙｏ ｉ ｃ ， ｈｎ４ ０ ７ ， ｈ ； Ｓｔ ｆ ｅＥ ｏ ｔ ｙ ｇ ｉ Ｈ ｏｙ Ｓｅ ｎ ２Ｇａｕ ｔＳ ｈｏ ｏ ｈｎｓ ｃｄｍｙ ｆ ｃｅｃｓＢ ｉｎ ０ ０ ９ Ｃ ｉａ ３ Ｓｈ ｏｏ ｉｌ ｎｉｅｒ ｇ ｎ ｒｈｔ ｔｒ， ｈｎＵ ｉｅ ．ｒｄ ａ ｃｏｌ ｆ ｉ ｅ ａｅ ｉｎｅ， ｅ ｉ １ ０３ ， ｈｎ ； ． ｃ ｏｌｆ ｖ ｇ ｅ ｎ ｄＡ ｃ ｉｃｕｅＷｕ ａ ｎｖｒ ｅ Ｃ ｅ Ａ ｏＳ ｊｇ Ｃ ｉＥ ｎ ｉ ａ ｅ － ｓｙ ｆ ｅｈ ｏ ｇ， ｈｎ４ ０ ７ ， ｈｎ） ｉ ｃ ｎｌｙ Ｗｕ ａ ３ ００ Ｃ ｉａ ｔ ｏＴ ｏ
Ｅｆｅ ｔ ０ ｆｅ ｅ ｔ Ｆｉｔ ｒ Ｍ ｅ ｉ ｎ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｅ ｆ Ｖｅ ｔｃ ｌ ＦＩ Ｗ ｎｓ ｒ ｔ ｄ Ｗ ｅ ｌ ｎｄｓ ａ ｆ ｃ ｆＤｉｆ ｒ ｎ ｌｅ ｄ ａ ｏ ｔ ｅ Ｔｒ ａｔ ｎ ｒ ｏ ｍ ｎｃ ｓ ｏ ｒ ｉ ａ Ｏ Ｃｏ ｔ ｕｃ ｅ ｔａ ｔ Ｈｉ ｈ Ｈｙｄ ａ ｉ ａ ｎｇ ｇ ｒ ｕｌｃＬｏ ｄｉ
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农业环境科学学报 ２０ ， （ ：９ ５ １ １ ０ ７２ ５ １０ — ９０ ６）
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。
高效垂直流人工湿地小区生活污水处理回用应用研究
２深圳市环境科学研究所， ． 广东 深圳 ５ ８０ ） １ ０ １ 【 要 】本文主 摘 要介绍了 高效垂直流 人工湿 理深 梅山 地处 圳市 苑小区 生活污 水的工程实 并分析了 例， 污水中 各种污染物
指标的去除效果。通过一年 多的运行 实践表明 ， 高效垂直流人工湿地在小区污水处理 中是可行的 ， 赶 具有 好的 实用价值和应 用前景。
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２０ ０ ７年 １月
广 西轻工 业
Ｇ ＡＮＧ ＩＪ Ｕ ＮＡ Ｆ ＬＧ Ｔ Ｉ ＤＵＳ Ｒ Ｕ Ｘ Ｏ Ｒ Ｌ Ｏ Ｉ Ｈ Ｎ Ｔ Ｙ （总第 ９ ８期 ）
第 １ 期
高效垂直流人工湿地小 区生活污水 处理 回用应用研究
朱宝玉 ， 罗建 中 雷志洪 ２ 王永秀 ２ ， ，
【 关键词 】高 效垂直流人工湿 污 理； 效率 地； 水处 去除 【 中图分类号 】 Ｘ ０ 【 ７３ 文献标识码 】 Ａ
小 区生活污水 中含有大量 的 Ｓ 、Ｏ 、Ｏ 、氮磷以及动 ＳＢ Ｄ Ｃ Ｄ 植物油 。 如果将污水直接排入水 体 ， 会造成对水体 的严重污染 ； 如果经污水管网收集后进行集 中处理 ， 则需要大量 的污水输送
１２ 工艺 流 程 的选 择 ＿
出水 进 水
ｌ ｌ １ ６ ２
出水 进 水
６ ６ ． ３３
出水 进水 出水
５２ ． 已３ Ｏ４ ＿
２ ０ ．５１ ０ ６ｏ ． ９ ２ ０ ｌ 口 ＆０ ８ ０ ．２ ８Ｏ ２ ０ ２ 口 ＆０ ７
９ ４ ９ ０ ７ ４ ｌ０ ｌ
Hale Waihona Puke ２ 结果 分析 ２１ 出水 效 果 ．
垂直流人工湿地系统
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。
不同填料垂直流人工湿地系统的净化能力研究
Ｗ Ｕ ａ —ｅ ｇ，ＺＯＵ ａ — ｉｏ，Ｌ ｉ —ｅ ｇ Ｘｉｏ ｆｎ Ｘｉｏ ｂ ａ ＩＬ ｎ ｆｎ
（ ｏ ｅｅｏ ｇｉｕ ｕｅ Ｇ ａｇ ｏｇＯ ｅｎＵ ｉ ｒｔ ，ｈ ｎ ａ ｇ５４ ８ ， ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｒ ｌ ｒ ， ｕ ｎ ｄｎ ｃａ ｎｖ ｓｙ Ｚ ａｊ ｎ ２ ０ ８ Ｃ ｉａ ｌ Ａ ｃｔ ｅｉ ｉ
有较好去除磷 的能力 ８ ％ 外 ， ６ 其余填料 系统对磷 的去除效率均 在 ３ ％左右 。与单一填料 湿地系统 相 比， ０ ９种
组合填料系统对 主要污染物的去除效率均有所增 加 ， 其对 Ｃ Ｄ、Ｎ和 Ｔ Ｏ Ｔ Ｐ的去除率分别为 ５ ％ ～８ ％ 、０ ～ ４ ２ ４％
９ ％ 、７ ～ ４ ， ｌ ４ ％ ８ ％ 且均优于单一填料系统。 由此可见 ， 在垂直 流人工湿地 系统 中， 通过选择 适宜的填料 组合 ， 完 全可以在相对较高 的水力负荷条件下取得较好的处理效果。 关键词 ： 垂直流人工湿地 ； 填料 ； 净化能力 中图分 类号 ：７ ３ Ｘ０ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ：００— ２ ６ ２ １ ）２— ４４－ ５ １０ ２ ８ （ ０２ ０ ０ １ ０
Ａ ｔ ｄ ｎ Ｐｕ ｉ ｃ ｔｏ ｐ ｃｔ ｆＤｉ ｅ ｅ ｔＳ ｂ ｔ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｓ ｕ ｙ ｏ ｒｆ ａ ｉｎ Ｃａ ａ ｉｙ ｏ ｆ ｒ ｎ ｕ ｓｒ ｔ ｓｏ ｈ ｉ
Ｔｒ ａ ｍ ｅ ｔ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｆＶｅ ｔｃ ｌＦｌ ｗ ｎ ｔ ｕ ｔ ｄ Ｗ ｅ ｎ ｅ ｔ ｎ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅ ｏ ｒ ｉａ ｏ Ｃｏ ｓ ｒ ｃ ｅ Ｕａ ｄ
《2024年垂直潜流人工湿地中污染物去除机理研究》范文
《垂直潜流人工湿地中污染物去除机理研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，水体污染问题日益严重，如何有效处理和净化污水成为当前环境治理的重大课题。
垂直潜流人工湿地作为一种新兴的污水处理技术，因其投资成本低、维护简单、生态友好等优点，受到广泛关注。
本文将就垂直潜流人工湿地中污染物的去除机理进行深入研究。
二、垂直潜流人工湿地概述垂直潜流人工湿地是一种特殊的湿地生态系统，其基本原理是利用植物、介质和微生物的共同作用，对污水进行物理、化学和生物三重处理。
与传统的水平潜流人工湿地相比，垂直潜流人工湿地具有更高的处理效率和更强的抗冲击负荷能力。
三、污染物去除机理研究1. 物理去除垂直潜流人工湿地通过介质过滤、吸附和沉淀等物理作用去除污水中的悬浮物、胶体等污染物。
介质中的颗粒物能够吸附和截留污水中的污染物，从而达到净化水质的目的。
此外，湿地中的植物根系也能截留部分颗粒物，进一步增强物理去除效果。
2. 化学去除在垂直潜流人工湿地中，化学作用主要表现在介质与污染物之间的化学反应。
例如，湿地中的氧化还原反应可以降低重金属的毒性，使其从污染物质中解离出来。
此外，湿地中的pH值也可以通过缓冲作用影响污染物的化学形态和活性。
3. 生物去除生物去除是垂直潜流人工湿地中最为重要的污染物去除机制。
湿地中的微生物通过生物膜、生物膜内部的微生物群落等作用，将有机物、氮、磷等污染物转化为无害物质。
具体来说，有机物被微生物分解为二氧化碳和水等无机物；氮通过氨化、硝化、反硝化等过程转化为氮气；磷则被微生物吸收或与介质中的钙离子结合形成难溶性的磷酸盐沉淀。
四、结论通过对垂直潜流人工湿地中污染物的去除机理进行研究，我们可以发现，该技术利用了物理、化学和生物的协同作用来净化污水。
物理去除主要依靠介质的过滤、吸附和沉淀作用；化学去除则通过氧化还原反应等过程改变污染物的化学形态和活性；生物去除则是通过微生物的分解、转化和吸收作用来实现对污染物的有效去除。
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垂直流人工湿地系统工程的污染物净化效率研究刘家宝1,2,唐晓斌1,莫凤鸾3(1.中国地质大学,北京 100083;2.深圳市宝安区环境保护局,广东深圳 518101;3.深圳市环境科学研究所,广东深圳 518001)摘要:将传统污水处理技术与人工湿地工艺相结合,通过将强化型前处理系统引入到高效垂直流人工湿地水质净化系统,从而提高了人工湿地的处理效率。
9个月的实际运行证明,该预处理装置的设置降低了湿地负荷,提高了人工湿地对污水的净化效率,特别是对有机污染物有较好的去除效果。
改良后的湿地系统对合流制污水污染物净化具有良好效果,且运行成本低,适用于土地资源比较丰富、资金紧张的地区。
关键词:垂直流人工湿地;污水净化效率;净化机理中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:1001-6929(2005)06-0068-04Study on Wa stewater Purification E fficiency of VerticalFlow Constructed Wetland SystemsLI U Jia 2bao1,2,T ANG X iao 2bin 1,M O Feng 2luan3(1.China University of G eosciences ,Beijing 100083,China ;2.Environmental Protection Bureau of Baoan ,Shenzhen 518101,China ;3.Shenzhen Institute of Environmental Science ,Shenzhen 518001,China )Abstract :Artificial wetland was applied in combination with traditional wastewater treatment technology ,and an intensified pre 2treatment system was introduced to high 2efficiency vertical flow constructed wetland s o as to improve the wetland treatment.Through 9m onths of running ,it had been proved that the pretreatment setting declined the pollutant am ount into the wetland ,and increased the wastewater purification efficiency.The improved wetland system had the satis factory purification effect on con fluence sewage ,and the cost was rather low.S o the treat system is suitable to the areas which have relatively rich land but fewer funds.K ey w ords :vertical flow constructed wetland ;wastewater purification efficiency ;treatment mechanisms收稿日期:2004-11-21作者简介:刘家宝(1959-),男,江西南昌人,博士研究生. 人工湿地作为一种低投资、低能耗、低处理成本和具有氮磷去除功能的废水生态处理技术,已逐渐被世界各国所接受。
在欧洲和北美,数以千计的天然湿地和人工湿地被广泛应用于处理多种废水,其中包括城市污水、工业废水、农业径流、城市暴雨、填埋场沥滤液和矿山酸性排水[1-3]。
垂直下行流芦苇床被认为是废水净化的可靠天然处理系统,由于其具有优良的氧转移特性[4],可用于处理氨氮含量较高的污水,如城市污水等。
目前,世界各国都投入了大量精力以改良人工湿地技术,并将一些传统污水处理技术引入人工湿地。
笔者采用了前处理系统(水解酸化)与深圳市环境科学研究所专有技术“高效垂直流人工湿地”联合使用,经过9个月的运行,对高效垂直流人工湿地的污染物净化效率进行研究。
1 石岩人工湿地工程111 工程概况石岩水库是深圳市宝安区的主要饮用水源之一。
随着工业的发展和人口数量的增加,导致大量的生产废水和生活污水排入石岩河并流入石岩水库,使石岩水库的水质日益恶化。
黄家庄溪是石岩河下游最大的支流,在旱季该河河水几乎完全是污水。
石岩人工湿地污水处理规模为115×104t Πd ,可保证该条支流旱季污水全部被截流,经湿地系统处理后再排入石岩水库。
湿地占地面积214×104m 2,湿地系统分为8组,每组湿地池的面积约为3000m 2,湿地池中种有多种湿地植物,填料为不同的砂砾级配和特殊湿地填料,湿地填料高度均为112m 。
布水由PVC 穿孔管在填料表面下10cm 处均匀喷洒,填料底部设PVC 穿孔集水管,水流为垂直流,水力停留时间约为12h 。
工程总投资为800×104元,运行管理简单,运行费用仅0118元Πt ,主要由进水提升所需电费及工人进行相对简单的操作和维护管理费用。
设计进水水质:ρ(C OD Cr )≤250mg ΠL ,ρ(BOD 5)≤150mg ΠL ,ρ(TP )≤6mg ΠL ,ρ(NH 4+-N )≤15mg ΠL 。
设计出水水质:要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(G B18918-2002)中的一级A 类标准,即第18卷 第6期环 境 科 学 研 究Research of Environmental Sciences V ol.18,N o.6,2005ρ(C OD Cr )≤50mg ΠL ,ρ(BOD 5)≤10mg ΠL ;氮和磷的出水要求按广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44Π26-2001)来控制,ρ(TP )≤015mg ΠL ,ρ(NH 4+-N )≤10mg ΠL 。
112 系统工艺流程垂直流人工湿地系统包括前处理系统和垂直流人工湿地系统两部分,其工艺流程如图1所示,进水时间和配水模式由自动控制系统控制。
图1 垂直流人工湿地系统工艺流程Fig.1 The flow chart of vertical flowconstructed wetland systems 考虑到合流制污水系统泥沙含量高,容易造成湿地堵塞等问题。
为增强人工湿地生态系统的稳定性,增加湿地处理寿命及提高整个系统处理效率,采用粗隔栅、细隔栅和强化型酸化水解池进行前处理。
强化型的水解酸化池内置弹性立体填料,污水有效接触时间为415h 。
湿地系统进水通过穿孔管布水,出水通过收集管网排入排水渠进入景观池,出水最后通过防洪闸排入溢流坝下游河道。
污泥经过浓缩、干化后可作为果树用肥。
格栅拦污送至生活垃圾填埋场处理。
2 工程运行结果与分析211 人工湿地净化一般机理人工湿地处理污水的机理较为复杂。
多年的研究表明,人工湿地能够利用基质-微生物-植物这一复合生态系统的物理、化学和生物的三重协同作用,通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解,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化学循环,促进绿色植物生长并使其增产,实现废水的资源化与无害化。
人工湿地净化污水主要机理见表1。
表1 人工湿地污水净化主要机理T able 1 Wastewater treatment mechanisms occurringin constructed wetlands反应类型净化过程物理大颗粒物沉降;水生植物和生物滤膜对轻颗粒物的过滤;通过沉淀或过滤聚集颗粒物以达到去除目的,UV 作用化学沉降;吸收到基质和腐殖质;挥发生物微生物降解、有机物质矿化;转化作用(硝化Π反硝化);从水体直接生物吸收(藻类、细菌生物膜);从根区间接生物吸收(水体生物膜、挺水植物);微生物竞争导致部分病菌死亡212 接触水解酸化池处理效果与分析分别于2003年7月29日,2003年9月8和19日及2004年3月17日进行了4次采样,水质分析结果见表2。
表2 水解酸化池污染物去除情况T able 2 The ability to rem ove pollutant by acid hydrolysismg ΠL采样时间指标ρ(COD Cr )ρ(BOD 5)ρ(TP )ρ(NH 4+-N )进水215121513410162003-07-29出水1004151431614去除率Π%53156611-1168-5417进水8640110871582003-09-08出水452711619117去除率Π%47163215-4911-2019进水1841916114211172003-09-19出水1171015012115125去除率Π%3614461485123013进水39010231231172004-03-17出水2736215312524185去除率Π%30381711562116 由表2可见:①水解酸化池对C OD Cr 和BOD 5的去除较稳定,主要是通过厌氧微生物降解有机物。
该工程在水解酸化池中布置有填料,形成的生物膜强化了有机物的去除能力。
此外,污水中的颗粒态有机物通过水解池填料拦截、沉淀而得以去除。
②在多数情况下,水解酸化池中ρ(NH 4+-N )的增高,是由于在缺氧、厌氧条件下,废水中有机物分解所产生的可溶性游离氨氮所致。
③水解酸化池中ρ(TP )在多数情况下都96第6期刘家宝等:垂直流人工湿地系统工程的污染物净化效率研究会增加,这是由于在厌氧条件下污水中的聚磷菌因受到压抑而释放体内的磷酸盐,导致水解池酸化内ρ(TP )有增高的趋势。
213 人工湿地系统处理效果与分析该系统从2003年7月建成运行,在工程运行的初期每月采样1次,进水水质呈黄褐色至棕黑色,经人工湿地处理后的出水清澈洁净,透明度极好,具体进、出水水质和污染物去除率见图2。
图2 石岩人工湿地系统处理效果Fig.2 Performance of shiyan constructed wetland21311 C OD Cr 的去除该系统对C OD Cr 的去除效果很好(见图2(a )),出水ρ(C OD Cr )除运行的第6个月略高于50mg ΠL 外,其他时间均低于50mg ΠL ,出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(G B18918-2002)中的一级A 类标准。