复合垂直流人工湿地对低浓度养殖废水循环净化功能研究

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人工湿地处理系统

1、前言目前，我国污水处理工艺几乎全部采用化学工艺，这样处理有一定的弊端，如：原料成本大，容易造成二次污染；污染废弃物还要经过深度处理等。

近年来，环境科学研究在迅速发展，各种水污染处理的方法层出不穷，其中生态处理技术——人工湿地技术由于基建投资低、运行费用省(仅为传统二级污水处理厂的1/10----1/2)，出水水质好，抗冲击力强，氨氮去除率高，操作简单，维护方便，同时可使污水处理与环境生态建设有机结合，在处理污水同时创造城市生态景观等特点逐步被越来越多的国家接受，并广泛应用。

目前，在美国约有600多座人工湿地系统用于处理市政、工业和农业废水；在丹麦、德国、英国每个国家也都至少有200个地下潜流湿地系在运行；新西兰也有80多个人工湿地系统被投入使用。

2、人工湿地的定义用人工湿地（constructed wetland,CW）来处理城市污水是20世纪70~80年代发展起来的生态处理法，是由人工建造的具有自然湿地系统综合降解和净化功能且可人为控制的集物理、化学、生化反应于一体的废水处理系统。

人工湿地的工艺原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的共同作用来实现对污水的净化。

这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合组成填料床，污染水可以在床体的填料缝隙中曲折流动，或在床体表面流动。

在不同材质、不同粒径配比的基质填料上种植特定的处理性能好、成活率高的净水植物，形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理，从而成为人工建造的、可控制的、工程化的湿地生态系统。

当污水通过湿地系统时，其中的污染物质通过沉积、过滤、吸附和分解等作用得到净化。

同时，人工湿地中的植物除了增加湿地基质的透水性，还能与周围环境的原生动物、微生物等形成各种小环境，通过氧的传递，形成特殊的根际微生态环境，这一微生态环境具有很强的净化废水的能力。

研究表明，城市污水在3~5 h 内流过200 hm2 以上的沼泽湿地后，硝酸盐即可减少63%，磷减少57%。

高效垂直流人工湿地小区生活污水处理回用应用研究

（．１广东工业大学环境科学与工程学院，广东广州５００；１０６
２深圳市环境科学研究所，．广东深圳５８０）１０１【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。
维普资讯
２００７年１月
广西轻工业
ＧＡＮＧＩＪＵＮＡＦＬＧＴＩＤＵＳＲＵＸＯＲＬＯＩＨＮＴＹ（总第９８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】Ｘ０【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ＳＢＤＣＤ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＿
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Hale Waihona Puke ２结果分析２１出水效果．

高效垂直流人工湿地在景观湖水循环净化中的应用——以天津东丽湖景观湖水循环净化工程为例

人工湿地（ｏｓｕｔｅａｄｃｎｔｃｄｗｔｎ）是人工建造ｒｅｌ
工艺流程及运行方式：①湖水循环：经取水管
道流入泵池，通过提升至湿地系统进行处理，循环
的、可控制的和工程化的湿地系统，其设计和建造
是通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物
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截留在湿地中；可溶性有机物则通过植物根系生物
水进行了净化处理及湖体进行生态系统修复。１处理目标及工艺流程该出水水质作为住宅小区景观湖用水。《地表水环境质量标准》（Ｂ８８２０）Ⅲ类水质作为Ｇ３３ — ０２湖水水质控制标准。由于补水时上水渠水质较差，因此补水时湿地山水水质按《地表水环境质量标准》（Ｂ８８２０） Ⅲ 一Ｇ３３ — ０２ Ⅳ类标准控制。
作用的优化组合来进行废水处理。高效垂直流人工
水经处理后排入东丽湖。②补充水处理：自上水来渠被污染河水经提升泵提升后进人人工湿地处理系统，净化后出水排入东丽湖，作为东丽湖补充水。
具体处理工艺流程如图１所示。
湿地是一种高效治污技术，具有独特的结构和水流模式，具有工艺先进、技术可靠、高效节能、简便

水平潜流和垂直流人工湿地对生活污水净化效果的比较研究

ｌｆｏｗｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌｎｄａｗａｓ７２．２％，４７．８％ａｎｄ５９．８％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ￣ｗｈｉｌｅ７５．０％。４８．１％ａｎｄ５８．２％ｆｏｒｖｅｒｔｉｃａｌ
文章编号：１６７４－８０８５（２０１３）０５－００３１ — ０５
水平潜流和垂直流人工湿地对生活污水净化效果的比较研究
涂汉，刘强，一，龙婉婉，一，彭鹏，贺根和，２
３４３００９）（１．井冈山大学生命科学学院，江西，吉安３４３００９；２．江西省生物多样性－ｑ生态－Ｖ程重点实验室，江西，吉安
ＴＵＨａｔｒ， ‘ ＬＩＵＱｉａｎｇ ’ ’ ，ＬＯＮＧＷａｎ－ｗａｎ，－，ＰＥＮＧＰｅｎｇ，ＨＥＧｅｎ－ｈｅ，
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＬｉｆｅＳｃｉｎｃｅ￣，ＪｉｎｇｇａｎｇｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉ ’ ａｌｌ，Ｊｉａｎｇｘｉ３４３００９，Ｃｈｉｎａ；
ｏｎｅ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅＣＯＤｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｗａｓｉｎｃｒｅｓｅａｄｗｉｈｔｎｃｉｒｅａｓｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｔｅｎｔｉｏｎｔｉｍｅ（ＨＲＴ），ｗｈｉｌｅｈｅｔ

人工湿地处理农村生活污水的应用研究

人工湿地处理农村生活污水的应用研究【摘要】人工湿地处理系统是利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，来实现对污水的净化。

人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资少、运行费用低等优点，非常适合中、小型村庄生活污水的集中处理。

但由于其特殊的自然生态系统特征，人工湿地在实际推广运行各个方面仍然存在许多问题。

其中最主要的就是气候影响、各地经济状况以及植物选择问题。

【关键词】人工湿地；生活污水；进展；优势；问题0 引言随着农村经济的发展，我国农村地区生活水平不断提高，污水排放量也不断增加，据统计。

2007年，我国农村污水排放总量已超过90亿t，而实际处理率上不及1%。

预计到2015年，中国村镇污水排放量约为270亿t。

但是长期以来，农村生活污水的处理设施相对滞后，绝大部分生活污水没有经过处理就直接排放，已成为我国江河湖泊水体水质下降的主要原因[1]。

人工湿地污水处理技术是通过人工建造类似沼泽地的地面，将污水有控制地投配到湿地上，使污水在湿地土壤沿一定方向流动的过程中，利用土壤、植物和微生物间的理化、生物三重作用实现对污水的净化。

1 国内外研究进展人工湿地是通过人工设计和建造的一种新型污水处理工艺。

第一个完整的人工湿地系统是1974年在西德建成的，我国首例采用人工湿地处理污水的研究工作始于1988年[1]。

目前各国利用人工湿地处理农村生活污水在技术上已基本成熟。

据统计，至2010年欧洲有超过9000座湿地系统在运行，主要用于处理农村或小规模的生活污水[2]。

美国肯塔基州，有1800多座小型人工湿地用于分散污水治理；英国芦苇湿地2010年的统计数据为530余座[3-4]。

而在我国，人工湿地系统更是被视为控制面源污染的有效措施，近年来针对农村生活污水的小型湿地不断增加。

仅安徽绩溪县2010-2012年就新增900余个小型人工湿地[1]。

2 人工湿地处理农村生活污水的优势人工湿地处理系统由于缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资少、运行费用低，非常适合中、小型村庄生活污水的集中处理，因而有广泛的市场。

垂直流人工湿地工作原理

垂直流人工湿地工作原理垂直流人工湿地是一种利用湿地生态系统对废水进行处理的一种方法。

它是通过模拟自然湿地的生物、化学和物理过程，将废水中的有机物、氮、磷等污染物质降解、吸附和沉淀，最终实现水体的净化和治理。

垂直流人工湿地主要由水池和湿地植物两个主要部分组成。

水池是废水净化的主要场所，它通常分为进水池、沉淀池和出水池三个部分。

废水首先进入进水池，通过网格和格栅的过滤作用，去除较大的悬浮颗粒和杂质。

然后，废水进入沉淀池，在沉淀池中，废水的流速减慢，使得其中的悬浮物质和颗粒沉降到底部。

经过沉淀后的废水再进入出水池，准备进入湿地植物的处理阶段。

湿地植物是垂直流人工湿地的核心组成部分，它们承担着生物降解和吸附污染物的重要任务。

湿地植物通常选择具有较强的耐污和净水能力的植物种类，如芦苇、香蒲、菖蒲等。

这些湿地植物具有较大的叶面积和丰富的细菌群落，能够吸附和降解废水中的有机物质和氮磷等营养物质。

同时，湿地植物的根系结构也为水体提供了良好的氧气供应和底质过滤作用，促进废水的净化。

垂直流人工湿地的工作原理主要包括生物降解、物理过滤和化学反应三个方面。

首先是生物降解，湿地植物的根系和微生物共同发挥着降解有机物质的作用。

植物根系分泌的黏液能够吸附并降解废水中的有机物质，同时根系附着的微生物也能够通过代谢作用将有机物质降解为无机物质。

其次是物理过滤，湿地植物的细长根系能够起到过滤和吸附颗粒物质的作用，将废水中的悬浮颗粒和杂质截留在根系附近。

最后是化学反应，湿地植物和根系分泌的物质能够改变水体的pH值和氧气含量，促进废水中的化学反应，如磷酸盐的沉淀和硝化反应等。

通过这些物理、化学和生物过程的作用，垂直流人工湿地能够有效地降解废水中的有机物质、氮磷等污染物质，使水体得到净化和治理。

同时，垂直流人工湿地还具有成本低、运维简单、对环境友好等优点，被广泛应用于城市生活污水、工业废水等领域的处理和治理。

垂直流人工湿地是一种利用湿地生态系统对废水进行处理的方法。

3种湿地植物对养猪废水的净化效果

3种湿地植物对养猪废水的净化效果[目的]研究3种湿地植物对养猪废水的脱氮除磷效果。

[方法]采用人工湿地工艺处理技术，研究水葫芦、芦苇、水花生对养猪废水中氨氮（NH+4-N）、总磷（TP）、化学需氧量（CODCr）的去除效果。

[结果]水力停留时间（HRT）为20 d时，人工湿地对CODCr、NH+4-N、TP的去除效果较好，平均去除率分别达到85.5%、90.6%和82.2%，达到了预期目的。

[结论]该工艺能使工程化处理养猪废水达到国家标准。

目前禽畜養殖业正在向规模化集约化发展，但仍有部分养猪场通过水冲洗粪便排放或将粪便直接排入自然水体中，养猪废水含有较高的化学需氧量（CODCr）、5日生化需氧量（BOD5）及悬浮物（SS）和氨氮（NH+4-N），如果处理不善，会给周围的生态环境、饮用水源等带来威胁和危害[1]。

目前，生物技术（包括人工湿地[2-3]、微生物及其固定技术[4]和生物膜法[5]等）已逐步被应用于养殖废水处理中，处理效果理想。

其中，人工湿地技术[6-7]不仅具有良好的脱氮除磷能力，还能够根据周圍地形因地制宜，运行方便，适宜在养殖区域附近建立。

然而，现有的关于垂直流人工湿地法处理水产养殖废水中运行参数的研究甚少。

因此，笔者以真实的养猪废水为研究对象，探讨不同植物构建的人工湿地系统对废水中总磷（TP）、NH+4-N和有机物（以CODCr表示）的去除效果，旨在为中原地区处理养猪废水，构建本土植物的人工湿地系统提供基础数据。

1 材料与方法1.1 试验材料1.1.1 采集与驯养。

试验所用水葫芦、芦苇和水花生均采自河南省平顶山市某养猪场排水沟。

植物采集后先用猪场废水进行适应性驯化培养，待植物生长状况稳定后再进行人工湿地系统试验。

1.1.2 培养条件。

用氢氧化钠调节溶液pH至7左右，温度23～28 ℃。

通过15 d的驯化，3种供试植物均可在实际猪场废水中正常生长繁殖。

1.1.3 水质参数。

养猪废水污染物参数：CODCr浓度500～1 800 mg/L，NH+4-N含量80～200 mg/L，TN含量100～250 mg/L，TP含量25～80 mg/L，pH为6.5～7.5。

人工湿地水质净化机理

人工湿地净化机理研究引言人工湿地是植物、基质和微生物等各要素相互作用的共生系统，其去污机制较为复杂。

归纳起来，湿地之所以具有强大的净化功能主要由于它特殊的水文条件和生物条件。

湿地处理系统以生长沼泽生植物为主要特征，繁茂的水生生物为微生物提供栖息的场所，可以减缓水流速度和风速，有利于SS 的去除和防止底泥上浮，能够遮盖阳光，避免因藻类大量增殖影响出水水质，维管束植物向根部输送光合作用产生的氧气以及水面复氧作用维持水和根区附近土壤中微生物的正常活动。

其次，植物也能直接吸收和分解污染物。

湿地处理系统的另一特征是保持一定厚度的基质层，其含有大量的有机质和微生物，对吸附和分解污水中污染物起重要作用。

1人工湿地水质净化系统人工湿地水质净化系统是由植物、基质和微生物等各要素相互作用的共生系统1.1 人工湿地的植物一般来说，几乎所有水生维管束植物“水生植物”都能净化污水。

水生植物对污染物的净化包括附着、吸收、积累和降解几个环节。

植物可通过根系吸收，也可直接通过茎、叶等器官的体表吸收。

吴振斌等通过建立小试系统，对有植物湿地系统和无植物湿地系统进行了比较研究,结果表明有植物湿地系统春夏季平均磷的去除率在60%以上，即使在冬季也能达到40%以上，出水总磷浓度达到或低于国家地面水三级标准，处理效果接近二级生化处理厂，而且出水水质稳定，冬季仍能正常运行，而无植物湿地系统磷的去除率仅为28%。

另一方面是植物根系释放到土壤中的酶等物质也可直接降解污染物，且降解速度非常快。

美国乔治亚州Adhens的EN实验室从淡水沉积物中分离鉴定出脱卤酶、硝酸还原酶、过氧化物酶、漆酶和氰酶等五种酶对污染物降解有重要作用,并发现这些酶均来自植物。

所以，酶活性将作为挑选合适湿地植物的重要指标之一。

1.2 人工湿地的基质人工湿地基质又称为填料，这些基质为微生物的生长提供稳定的依附表面,同时也为水生植物提供了载体和营养物质，是湿地化学反应的主要界面之一。

响应面法在复合垂直流人工湿地对村镇污水脱氮优化设计中的应用

果表明．复合垂直流人工湿地ＴＮ去除率随流程的增加呈上升趋势，ＴＮ主要在下行池中去除；随水力负荷增加，ＴＮ去除率呈现下
降趋势；在所研究的范围内，Ｃ／Ｎ为ｌ５．ＯＯ时ＴＮ去除效果最佳。基于正交试验设计的响应面回归方程，可作为垂直流人工湿地的ＴＮ去除率计算函数，相对误差基本控制在１Ｏ以内；使用遗传算法对响应面回归方程进行全局优化分析。对不同植物床湿地的最优点和最差点进行对比分析，这些点与湿地种植的植物相关关系不大，不同植物床湿地呈现相似的参数条件。
摘要构建复合垂直流人工湿地系统处理村镇污水，获得了不同流程、水力负荷、Ｃ／Ｎ条件下湿地系统对污水ＴＮ的净化效
果数据，并进行分析。利用响应面分析法与遗传优化算法对主要工艺参数进行优化设计，找到正交试验以外的最优点和最差点。结
李丽等响应面法在复合垂直流人工湿地对村镇污水脱氮优化设计中的应用
响应面法在复合垂直流人工湿地对村镇污水脱氮优化设计中的应用
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李丽王全金胡常福刘占孟聂发辉
（华东交通大学土木建筑学院，江西南昌３３００１３）
关键词响应面法复合垂直流

人工湿地发展现状

２０２４Ｖｏｌ５６Ｎｏ２林㊀业㊀科㊀技㊀情㊀报收稿日期:２０２３－１１－３０人工湿地发展现状马晓龙㊀赵雪涛㊀杨海娇㊀石坤冉(善水博通(宁夏)环境科技有限公司ꎬ银川７５０００１)[摘㊀要]㊀作为水环境保护体系的重要角色ꎬ人工湿地在我国发展迅速ꎬ被广泛应用于各种污水体系建设ꎮ该文系统总结了人工湿地研究的发展现状ꎬ梳理了近年来国内外人工湿地类型及优缺点现状ꎮ并且针对人工湿地的植物㊁基质等主要组成部分的成果做研究分析ꎬ旨为今后的人工湿地设计㊁建设和运维提供技术参考ꎮ[关键词]㊀人工湿地ꎻ现状ꎻ类型ꎻ植物选型ꎻ基质中图分类号:Ｘ７０３㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００９－３３０３(２０２４)０２－０１２５－０３ＯｎｔｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＳｔａｔｕｓｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＷｅｔｌａｎｄＭａＸｉａｏｌｏｎｇ㊀ＺｈａｏＸｕｅｔａｏ㊀ＹａｎｇＨａｉｊｉａｏ㊀ＳｈｉＫｕｎｒａｎ(ＳｈａｎＳｈａｎｇｓｈｕｉＢａｏｔｏｎｇ(Ｎｉｎｇｘｉａ)ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ.ꎬＬＴＤ.Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５０００１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＡｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｏｆｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍꎬｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｈａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｒａｐｉｄｌｙｉｎＣｈｉｎａａｎｄｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｓｅｗａｇｅｓｙｓｔｅｍｓ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈꎬａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｔｙｐｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ.Ａｎｄｆｏｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄꎬｐｌａｎｔｓꎬｍａｔｒｉｘａｎｄｏｔｈｅｒｍａｉｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ.Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎꎬｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄꎻｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓꎻｔｙｐｅꎻｐｌａｎｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎꎻｍａｔｒｉｘ１㊀人工湿地的发展现状人工湿地是一种人工模拟自然湿地的污水处理技术ꎬ它通过人工构筑湿地ꎬ利用湿地水体植物和微生物活动使污水得到净化ꎬ达到排放标准ꎬ同时也为保护湿地生态系统做出了贡献ꎮ近年来ꎬ随着环保意识的提升和科学技术的进步ꎬ人工湿地作为一种新型㊁高效㊁节能和环保型污水处理技术已经得到了越来越广泛的应用和研究ꎮ２０世纪５０年代ꎬ人工湿地的研究开始进入大众的视野ꎬ自从１９５３年德国科学家Ｓｅｉｄｅｌ发现芦苇能够去除大量的水中污染物ꎬ认识到了湿地具有净化水质的能力ꎬ随后建设了并联净水池ꎬ人工湿地的雏形就此诞生ꎮ２０世纪８０年代开始ꎬ湿地的发展多已人工建设为导向ꎬ以不同粒径大小的砾石作为基质的处理系统ꎬ由此开始ꎬ人工湿地从实验阶段进入到了大规模的工程应用阶段ꎬ在世界各地开始应用ꎮ经过多年验证ꎬ依据大量的处理结果的总结与调查ꎬ世界各地科学家提出了人工湿地去污的相关机理㊁设计规范和参考数据ꎬ推进了这项污水处理技术的发展ꎮ至２０世纪９０年代后期ꎬ人工湿地的类型与结构出现了大的改革ꎬ类型由之前的单一性向复合性发展ꎬ所组成的植物类型与基质类型也呈多元化ꎮ２㊀人工湿地的类型研究进展２.１㊀人工湿地主要分类根据国家湿地相关设计规范㊁手册等文献主要将人工湿地分为以下几种基本类型ꎬ主要有表流ꎬ水平潜流及垂直潜流３种ꎮ其中垂直潜流又可以分为上向流和下向流两种ꎮ通过对湿地研究的深入ꎬ近年来在这些基本湿地流态类型的基础上又出现了其他一些流态改进型湿地ꎬ比如ꎬ垂直上向潜流和垂直下向潜流结合的上下折流人工湿地[１]ꎻ以通过进水－充满－放空－闲置方式交替运行的潮汐流湿地ꎮ如果在一个人工湿地中出现上述３种基本型的组合形态ꎬ则可称为复合型人工湿地ꎮ该类型湿地主要是为了强化突出不同类型人工湿地的优点ꎮ２.２㊀各类型人工湿地的优缺点从构造来看ꎬ表流人工湿地最接近自然湿地系统ꎬ单位面积造价最低ꎬ运行没有填料堵塞风险ꎮ水平潜流人工湿地单位面积造价较表流系统高ꎬ其最大特点是能最大限度的降低水中病源微生物的暴露ꎬ卫生条件好且适合寒冷天气ꎬ对于不同特殊吸附性填料的加入可增强水中重金属的去除(表１)ꎮ张彩莹[２]等利用潜流人工湿地处理养猪场废５２１林㊀业㊀科㊀技㊀情㊀报２０２４Ｖｏｌ５６Ｎｏ２水ꎬ进水ＣＯＤ为４７０ｍｇ/Ｌ时ꎬ气温为３ħ时ꎬ去除率为７０％ꎬ当气温升高到２７ħ时ꎬ去除率达到９３％ꎮ垂直潜流人工湿地单位面积造价最高ꎬ布水和集水系统也最复杂ꎬ但硝化效果好ꎮ在通常实际建设中ꎬ会选择一种基本类型的湿地为主导类型ꎬ与其他类型湿地相互结合建成复合型湿地ꎮ表１㊀不同类型湿地优缺点汇总湿地类型造价堵塞风险卫生条件硝化及反硝化能力表流湿地低低差较差水平潜流湿地中中良好良好垂直潜流湿地高高良好优秀２.３㊀复合型人工湿地处理效果Ｃｈａｎｇ等[３]在武汉市东湖边构建了４套相同的ＩＶＣＷ(复合垂直流人工湿地)小试系统ꎬ每套系统由底部相通的下行流单元(１ｍˑ１ｍˑ１ｍ)和上行流单元(１ｍˑ１ｍˑ１ｍ)构成ꎮ在开展为期１年的实验中ꎬ其中５－６月ꎬＣＯＤ和氨氮的去除率分别达到７８.４％和６１.９％ꎬ７－８月的ＣＯＤ和氨氮的去除率分别达到６８.６％和７８.６％ꎬ８－１０月的ＣＯＤ和氨氮的去除率分别达到６７.９％和７９.７％ꎬ１０月－翌年１月份的ＣＯＤ和氨氮的去除率分别达到５４.４％和２９.２％ꎮ崔丽娟等[４]在验证复合人工湿地对水禽污染废水的净化效果的测试中ꎬ采用由表流湿地和潜流湿地组合构成ꎬ共分为１１部分ꎻ前９部分为表流湿地ꎬ第１０部分为潜流湿地ꎬ最后一部分不做设计和处理ꎬ为敞开水面ꎬ表流湿地对总磷㊁总氮㊁浊度和ＣＯＤ的去除率分别为４２％㊁１４.５％㊁７８.２％和４０.６％ꎻ潜流湿地对总磷㊁总氮㊁浊度和ＣＯＤ的去除率分别为４３％㊁１９.３％㊁３５.４％和３１.９％ꎻ复合人工湿地对总磷㊁总氮㊁浊度和ＣＯＤ去除率分别为６５.１％㊁２２.２％㊁８７.２％和５８.８％ꎮ综上所述ꎬ复合型人工湿地对污染物的去除率高于单一类型的人工湿地ꎬ这也为我们后期探索去污效率高复合型湿地指明了方向ꎮ３㊀人工湿地植物选择研究进展３.１㊀人工湿地植物的去污机理植物作为人工湿地的重要组成部分ꎬ在人工湿地处理污水的过程中起着至关重要的作用ꎮ植物在生长过程中可利用根系吸附污水中的有机物ꎬ供其自身茁壮生长ꎬ且植物生长成熟后可产生一定的经济价值ꎮ在人工湿地净化污水的过程中ꎬ植物的作用主要可归结为以下３个方面:①直接吸收ꎬ利用污水中可利用的营养物质ꎬ吸附和富集重金属及有毒㊁有害物质ꎻ董小霞等[５]在选取再力花㊁美人蕉㊁菖蒲和水葫芦等九种植物组合后探究对Ｃｕ㊁Ｐｂ和Ｃｄ的去除与富集特征后发现ꎬ本系统运行６０ｈ后ꎬ对Ｃｕ的去除率可达到９３.５％~９６.１％ꎬ对Ｐｂ的去除率可达到９４.５％~９５.２％ꎬ对Ｃｄ的去除可达到９５.６％~９７.４％ꎮ②为微生物提供更大的栖息地ꎬ并维持系统的稳定ꎬ积累有机物质ꎻ③为根区好氧微生物输送氧气ꎬ增强和维持介质的水力传输性能ꎬ这一研究基于１９７７年Ｋｉｃｋｕｔｈ提出的根区法理论ꎬ并且在２０世纪和本世纪得到了大量的验证ꎮ３.２㊀植物的选取原则人工湿地植物的选取原则要遵循以下几个方面ꎮ(１)因地因季适种不同生长环境可使植物的净化能力出现偏差ꎬ比如ꎬ在不同季节或者不同的海拔ꎬ植物所处的环境温度及植物的生长周期差异性较大ꎮＫｕｓｃｈｋＰ等经过研究发现:在春㊁秋两个季节ꎬ植物净化氮的效果与所生长环境的氮浓度成正比ꎬ而在夏㊁冬两季ꎬ植物对氮的产生的净化效果几乎为定值ꎬ净化率分别为５３％㊁１１％ꎮ(２)抗逆行强以下这几个方面主要是植物抗逆性强的体现:在高浓度污染环境中的成活率㊁抵制虫害的能力和适应极端气候的能力ꎮ①不同病虫害会对人工湿地植物生长造成影响ꎬ而污水系统中复杂的生长环境对植物的成长造成更多的困扰ꎬ导致植物在此期间出现不同的亚健康状态ꎬ降低了植物生长发育的速率ꎬ从而降低了植物对污水中污染物的吸附去除能力ꎮ②由于人工湿地植物的生长环境污染程度相对较高ꎬ这就要求植物有较强的抗污染能力ꎬ且此种能力可遗传给下一代植物ꎮ崔建伟等[６]在对选取６种水生植物去除污水中总磷的实验研究中ꎬ发现在初始总磷质量浓度４.０ｍｇ/Ｌ时ꎬ中华萍蓬草总磷去除率可达９１.８％ꎬ在力花的去除率可达１００％ꎬ水葱的去除率可达９４.６％ꎬ菹草的去除率可达９７.７％ꎬ苦草的去除率可达９５％ꎬ穗花狐尾藻的去除率可达８９.６％ꎮ在初始总磷质量浓度５.５ｍｇ/Ｌ时ꎬ中华萍蓬草总磷去除率可达９３.４％ꎬ在力花的去除率可达８９.５％ꎬ水葱的去除率可达８７.２％ꎬ菹草的去除率可达９６％ꎬ苦草的去除率可达９９.７％ꎬ穗花狐尾藻的去除率可达９４％ꎮ６２１２０２４Ｖｏｌ５６Ｎｏ２林㊀业㊀科㊀技㊀情㊀报(３)经济效益和观赏价值人工湿地种植植物的选取原则除考虑以上特点外ꎬ还需考虑植物是否具有较高的经济效益和观赏价值ꎮ在达到污水治理合格的目标后ꎬ还能营造出具有观赏性的环境ꎬ同时还能达到较高的经济目标ꎮ比如ꎬ水葱㊁菖蒲和香蒲等在药用方面可体现出较高价值ꎻ凤眼莲㊁皇竹草等可用作饲料ꎻ芦苇㊁纸莎草等可用来造纸原材[７]ꎮ４㊀人工湿地基质研究进展４.１㊀基质类型作为人工湿地中微生物生长和植物生根的载体ꎬ基质表面所附着的生物膜和微生物可对污水中的污染物共同作用去除ꎮ在人工湿地的建设中ꎬ人工湿地的床体就是由不同类型㊁粒径的基质组成ꎮ湿地床体所使用的基质主要有以下几种ꎬ天然矿石基质㊁固体废弃物基质㊁农业废料㊁有机基质㊁无机基质和复合基质ꎮ４.２㊀不同基质的作用不同的基质选择或不同的基质组合对于湿地都起到不同的作用ꎮ其中砾石是最早应用到人工湿地中的基质ꎬ对氨氮的去除率可达到５８.９％ꎬ总氮和总磷的去除率小于３０％ꎬ其中砾石主要起到静电吸附ꎬ物理吸附的作用ꎮ工厂生产过程中产生的废气钢渣含有大量的钙㊁镁等金属元素ꎬ可向水中释放大量的氢氧根ꎬ虽然ｐＨ增大抑制了氨氮的去除及反硝化作用ꎬ但是碱性条件下利于金属元素和磷酸盐结合为磷酸钙ꎬ可对水中总磷的去除达到９８％[８]ꎮ籍等人[９]设置４种组合单元ꎬ通过芦苇＋沸石㊁芦苇＋碎石㊁芦苇＋页陶粒㊁碎石以上４种组合方式对氨氮的去除率可分别达到９１.２％㊁４０.３％㊁２３.１％和４２.２％ꎮ因此ꎬ需着重考虑氨氮的去除ꎬ可首先考虑沸石ꎮ王万宾[１０]等在进行脱氮除磷基质验证选择时也发现ꎬ沸石对氨氮有良好的吸附作用ꎮ４.３㊀影响基质去污能力的因素改变水力停留时间㊁溶解氧含量㊁进水总氮浓度和温度等都会对去除效率产生影响ꎮ而针对解决溶解氧的问题ꎬ有研究表明ꎬ锰砂中锰主要以锰氧化物的形式存在[１１]ꎬ在锰氧化物的催化和氧化作用下ꎬ降解污水中的污染物所消耗氧气更少[１２－１３]ꎮ除此之外ꎬ湿地运行过程中的堵塞也对除污能力有影响ꎬ而基质结构和粒径是表征湿地堵塞的重要参数ꎬ同时水力传导系数也受基质粒径的影响ꎬ粒径越大ꎬ孔隙率和水力传导系数越高ꎮ同样粒径的情况下ꎬ内部多孔的结构基质空隙率比非多孔结构的基质孔隙率高ꎮ５㊀结语人工湿地作为一种绿色㊁可持续的环境治理技术ꎬ在谱写新时代生态文明建设大背景下ꎬ其对污水的处理具有显著的优势和潜力ꎮ目前对于人工湿地的研究已趋于成熟ꎬ包括湿地的类型ꎬ植物的种植及基质的选择ꎮ但是目前人工湿地的受限于地域㊁温度㊁进水水质及后期运维能力的影响ꎬ导致湿地运行过程中出现各种不稳定因素ꎬ相信在广大科研工作者的共同努力下ꎬ这项技术将日益趋于成熟ꎮ参考文献[１]朱凯㊁刘小朋㊁程继辉ꎬ等.厌氧折流板反应器－复合人工湿地处理农村生活污水中试研究.水处理技[Ｊ].２０１４ꎬ４０(１２):９５－９９.[２]张彩莹ꎬ王岩ꎬ王妍艳.潜流人工湿地对畜禽养殖废水的净化效果[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１３ꎬ２９(１７):１６０－１６８. [３]常军军ꎬ吴苏青ꎬ梁康ꎬ等.复合垂直流人工湿地微生物特征对典型污水的响应差异[Ｊ].环境科学研究ꎬ２０１６ꎬ２９(８):１２００－１２０６.[４]崔丽娟ꎬ李伟ꎬ张岩ꎬ等.复合人工湿地对水禽污染废水的净化效果[Ｊ].生态科学ꎬ２０１１ꎬ３０(４):４４６－４５３. [５]董小霞ꎬ颜昌宙ꎬ王灶生ꎬ等.组合式水生植物净化系统对ＣｕꎬＰｂ和Ｃｄ的去除与生物富集特征[Ｊ].环境工程学报ꎬ２０１４ꎬ８(４):１４４７－１４５３.[６]崔建伟ꎬ李金凤ꎬ崔键ꎬ等.６种水生植物去除污水中总磷的实验研究[Ｊ].湿地科学ꎬ２０２３ꎬ２１(３):４３０. [７]刘济祥ꎬ黄林海ꎬ蔡清平ꎬ等.赣南湿地植物资源及其开发利用的研究[Ｊ].江西林业科技ꎬ２００９(１):２７－３０. [８]ＸｕＲꎬＺｈａｎｇＹꎬＬｉｕＲꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｏｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｕｂｓｕｒｆａｃｅｆｌｏｗｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓ[Ｊ].ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｏｌｌｕｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１９(２６):１６２２９－１６２３８. [９]籍国东ꎬ孙铁珩ꎬ李顺.人工湿地及其在工业废水处理中的应用[Ｊ].应用生态学报ꎬ２００２ꎬ１３(２):２２４－２２８. [１０]王万宾ꎬ胡飞ꎬ孔令瑜ꎬ等.人工湿地脱氮除磷基质的吸附能力及其影响因子[Ｊ].湿地科学ꎬ２０１６ꎬ１４(１):１２２－１２８. [１１]ＷａｎｇＱꎬＹａｎｇＰꎬＺｈｕＭ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂｉｒ￣ｎｅｓｓｉｔｅｂｙｆｕｌｖｉｃａｃｉｄｕｎｄｅｒａｎｏｘｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ｅｎｖｉｒｏｎ￣ｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１８ꎬ５２(４):１８４４－１８５３. [１２]佘丽华ꎬ贺锋ꎬ徐栋ꎬ等.碳源调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究[Ｊ].环境科学ꎬ２００９ꎬ３０(１１):３３００－３３０５. [１３]杨怡潇.水钠锰矿沙人工湿地处理典型ＰＰＣＰｓ废水的效果及机制研究[Ｄ].济南:山东大学ꎬ２０１９.７２１。

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复合垂直流人工湿地对低浓度养殖废水循环净化功能研究岳春雷1,常　杰2,葛　滢2,朱荫湄1(1.浙江大学环境与资源学院环境工程系,杭州　310029;　2.浙江大学生命科学学院,杭州　310029)

摘　要:人工湿地已被广泛用于处理各种类型的废水.本项研究采用复合垂直流人工湿地循环净化杭州植物园内低浓度养鱼废水,并对其处理效果进行化学分析.湿地出水的硝态氮、总磷、化学需氧量等绝大多数指标达到了国家地面水一类标准;湿地运行以后,在不进行换水的条件下,养鱼池内水质能保持较好的状态,节约了地下水和电能,产生了显著的经济效益和生态效益.

关键词:环境工程学;人工湿地;养鱼废水;净化效果;生态效益中图分类号:X703.1 文献识别码:A 文章编号:1001-7119(2004)01-0015-03

StudiesonCirculatingPurificationofLowStrengthFisheryWastewaterwithCompoundVertical2FlowConstructedWetland

YUEChun2lei1,CHANGJie2,GEYing2,ZHUYin2mei1(1.EnvironmentalEngineeringDepartmentofEnvironmentandResourceCollege,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China;

2.CollegeoflifeScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China)

Abstract:Constructedwetlandhasbeenwidelyappliedintreatingavarietyofwastewater.ThefisherywastewaterinHangzhouBotanyGardenwaspurifiedincirculationbythecompoundvertical-flowconstructedwetland,anditstreatmentefficiencywasan2alyzed.Mostindexesofoutflowwater,suchasnitrate-N,totalphosphorusandchemicaloxygendemand,metthestandardoffirstgradesurfacewater.Afterconstructed,thewetlandcouldmakewaterqualityinthefishchamberbetterwithoutapplyingunder2groundwater.Thisprojectcouldbringsignificanteconomicandecologicalbenefits.

Keywords:environmentalengineering;constructedwetland;fisherywastewater;treatmentefficiency;ecologicalbenefit 人工湿地(Constructedwetland)污水处理是20

世纪70年代发展起来的一种污水处理技术.在过去几十年里,人工湿地在水污染控制方面的研究引起了人们广泛的讨论.与活性污泥法相比,它具有处理效果好、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低、对负荷变化适应能力强等优点,比较适合于发展中国家采用[1～3].该生态技术已被广泛地用

于处理城市生活污水、工农业生产废水和暴雨径流,在世界许多地方的废水管理和水污染控制方面

发挥着越来越重要的作用[4].

杭州玉泉景区以天然泉和鱼类观赏为特色.水源主要来自降雨和地下水补给.近年来,由于长期抽取地下水更换池水,致使天然泉枯竭.用地下水或自来水成本太高,景区难以自维持.继续大量采取地下水将被国家禁止.水资源短缺一直是制约玉泉景区可持续发展的关键问题.在风景区内通过建立人工湿地(生态绿地)对污水进行循环处理是解决这一问题的最好途径.人工湿地在处理污水的同

　第20卷第1期2004年1月

科技通报

BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.20　No.1

　Jan.2004

收稿日期:2002-10-24

基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(302008)作者简介:岳春雷,男,1969年生,河南永城人,博士.现在浙江省林业科学研究院工作.

© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.时,又美化了景区的环境.1　材料与方法1.1　湿地结构以欧盟合作项目研究成果为基础,于2001年5～8月在杭州植物园内建造人工湿地,用于处理观鱼池内的养鱼废水.湿地总面积为600m2,在结构上与传统的垂直流湿地有所不同,由上池和下池两部分组成.剖面结构如图1所示.湿地底部和四周以水泥墙封闭,并进行防渗处理.上池和下池均以沙和砾石为基质.沙粒径为0～5mm,沙层厚度为40cm;砾石为40～70mm,砾石层厚度为10cm.湿地上池主要种植美人蕉(Cannaindica)、紫露草(Tradescantiavirginiana)和黑麦草(LoliumperenneL.);下池主要种植美人蕉(Cannaindica)、灯心草(Juncuseffusus)、香蒲(Typhaorientalis)等植物.通过泵站,把观鱼池的养鱼废水由输水管道注入该湿地.经埋藏在上池沙层表面的布水管,养殖废水均匀流入上池,向下沉降,经上池底部自流入下池底部,并向上经过下池的砂层,被位于下池沙层表面的集水管均匀收集,最后通过出水管流入集水池.这种独特的水流方式能确保流入湿地的废水与基质和植物根系充分地接触,有利于提高湿地的净化效果.图1　复合垂直流人工湿地结构示意图Fig.1　Diagramofcompoundvertical2flowconstructedwetland1.2　湿地运行条件采用全天自动间歇式注水,每3小时注水1次,每次1h,每日注水8次,日总注水量为160m3,日水力负荷为270mm,水力停留时间为15h.

1.3　测试方法自2001年12月至2002年9月,对杭州植物园人工湿地出水口、观鱼池进行水样采集,同时对南塘和地下水进行取样分析.分析指标包括氨态氮(NH

42N)、硝态氮(NO3

2N)、凯氏氮(K2N)、总磷

(TP)、化学需氧量(CODMn)、五日生化需氧量

(BOD5)、溶解氧(DO)、浊度(TURB)、pH值.其中

采用过硫酸盐氧化法测定[5];NO

2N用电极法测

定;NH

42N用纳氏试剂光度法测定;COD用KMnO4

法测定;BOD用稀释与接种法测定;TURB采用分光

光度计法测定;DO和pH用仪器现场直接测定[6].

2　结果与讨论2.1　湿地出水水质经过湿地系统处理以后的出水水质见表1.在系统运行的各个时期的湿地出水中NO

2N含量、TP

含量、高锰酸钾指数均达到国家地面水一类水标准,但在12月NO

2N含量相对较高;K2N含量在7

月以前相对较高,7月以后K2N含量逐步下降,并达到国家一类水质标准;湿地出水的BOD5在12月高于国家一类水标准,在其余的阶段达到国家一类水标准(<3mg/L).浊度在12月较高,12月以后有明显的降低.综上所述,人工湿地的出水绝大多数指标最终达到了国家一类水的水质标准.

在湿地系统中具有沉降性的有机物通过沉积和过滤可很快被去除,可溶性有机物主要通过微生物的降解而去除,氮则是通过硝化与反硝化反应及水生植物的吸收而被去除,而磷的去除主要靠沉淀、吸附及植物的吸收.在12月,由于在湿地中NO3

2N的去除主要通过反硝化和植物吸收完成.湿

地中的基质和沉积物对细菌无毒害作用,湿地植物的生长为细菌的反硝化作用提供了碳源.因而,湿地为细菌反硝化作用创造了有利的条件[7].但是,

细菌的反硝化作用受温度的影响.在10～30℃范围内,高温有利于反硝化[8].在12月,由于温度较低,

反硝化作用较弱,出水中NO

2N的含量相对较高,

但仍达到了一类水的标准.P容易被土壤颗粒和悬浮物吸附,这是P最有可能的转移途径[9].入水流

经湿地后,水的浊度明显下降,表明水中悬浮物浓度下降.湿地出水中TP的降低可能与水中悬浮物减少有关.在湿地中,P浓度的下降也与植物对可

表1　人工湿地出水水质状况Table1　Qualityofoutflowwateroftheconstructedwetland

采样时间NO32N/(mg/L)KN/(mg/L)TP/(mg/L)CODMn/(mg/L)BOD/(mg/L)DO/(mg/L)

TURB/NTUpH

2001-121.53340.20590.06401.49394.7009.434.57.802002-020.66790.50480.00601.40991.05011.305.57.502002-050.85370.75570.01111.82741.35511.301.07.422002-070.81270.12450.01790.50140.9106.702.57.342002-091.32810.13390.01330.61321.1606.774.07.41

2.2　观鱼池水与南塘水水质比较南塘在观鱼池的附近,也养殖一些观赏鱼,但养殖密度远远低于观鱼池.南塘水质没有经过人工湿地的净化处理.由表2可以看出,在系统运行的各个时期,观鱼池水绝大多数指标优于南塘水.以7月为例,南塘水的NO32N、KN、TP、COD、BOD含量和浊度分别为观鱼池水的1.7、3.2、3.2、2.4、1.6、5.8倍,说明该工程能有效净化观鱼池水.

表2　观鱼池水质与南塘水质比较Table2　ComparisonofwaterqualitybetweenFishChamberandSouthPool

采样时间采样地点NO32N/(mg/L)KN/(mg/L)TP/(mg/L)CODMn/(mg/L)BOD/(mg/L)DO/(mg/L)

TURB/NTUpH　

2001-12观鱼池1.04761.93730.08862.19574.809.10247.57.90南塘1.06772.01590.14106.07235.9011.302108.30

2002-02观鱼池0.68120.64450.01882.48575.1111.80177.00南塘0.91550.94050.01994.22554.479.20157.50