人工湿地法污水处理技术经验交流

编辑:小豹子/2018-08-18 17:59

  一:人工湿地技术简介

  1.1人工湿地的概念

  人工湿地污水处理技术是(cw-constructed wetland)一种人工将污水有控制地投配到种有水生植物的土地上,按不同方式控制有效停留时间并使其沿着一定的方向流动,在物理、化学、生物共同作用下,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等来实现水质净化的生物处理技术。

  采用人工湿地技术净化污水始于1953年德国的max planck研究所,该研究所的seidel博士在研究中发现芦苇能去除大量有机物和无机物。到20世纪70年代末期逐渐发展成为一种独具特色的新型污水处理技术。人工湿地污水处理技术具有处理效果好、出水水质稳定、氮、磷去除能力强、运转维护管理凤凰彩票网(fh643.com)方便、工程基建和运转费用低、对负荷变化适应能力强、适于处理间歇排放的污水等主要特点。同时,人工湿地对保护野生动物和提高局部地区景观的美学价值也有益处。因此,大力开发人工湿地污水处理技术,对我国水环境污染的治理具有重大的意义,在我国具有广泛的发展前景。

  1.2 人工湿地的类型

  人工湿地的基本类型

  自由表面流人工湿地(fws):和自然湿地相类似,水面位于湿地基质层以上,其水深一般为0.3—0.5m,采用最多的水流形式为地表径流,这种类型的人工湿地中,污水从进口以一定深度缓慢流过湿地表面,部分污水蒸发或渗入湿地,出水经溢流堰流出。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点。

  潜流型人工湿地系统(sfs):污水在湿地床的表面下流动,利用填料表面生长的生物膜、植物根系及表层土和填料的截留作用净化污水。主要形式为采用各种填料的芦苇床系统。芦苇床由上下两层组成,上层为土壤,下层是由易使水流通过的介质组成的根系层,如粒径较大的砾石、炉渣或砂层等,在上层土壤层中种植芦苇等耐水植物。潜流式湿地能充分利用了湿地的空间,发挥植物、微生物和基质之间的协同作用,因此在相同面积情况下其处理能力得到大幅提高。污水基本上在地面下流动,保温效果好,卫生条件也较好。

  根据污水在湿地中流动的方向不同可将潜流型湿地系统分为水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和复合流人工湿地3种类型。不同类型的湿地对污染物的去除效果不尽相同,各有优势。

  水平流潜流式湿地:其水流从进口起在根系层中沿水平方向缓慢流动,出口处设水位调节装置,以保持污水尽量和根系接触。

  垂直流潜流式湿地:其水流方向和根系层呈垂直状态,其出水装置一般设在湿地底部。和水平流潜流式湿地相比,这种床体形式的主要作用在于提高氧向污水及基质中的转移效率。其表层为渗透性良好的砂层,间歇式进水,提高氧转移效率,以此来提高bod去除和氨氮硝化的效果。

  复合流潜流式湿地:其中的水流既有水平流也有竖向流。在芦苇床基质层中污水同时以水平流和垂直流的流态流出底部的渗水管中。也可以用两级复合流潜流式湿地进行串联的复合流潜流湿地系统,第一级湿地中污水以水平流和下向垂直流的组合流态进入第二级湿地,第二级湿地中,污水以水平流和上向垂直流的组合流态流出湿地。

  人工湿地的水流类型不同,其对不同污染物的去除效率也有差异。水平潜流湿地对bod、cod等有机物和重金属的去除效果较好,垂直流湿地对氮、磷的去除效果较好,表面流型湿地的处理效果一般。但如果将表面流型与潜流型、表面流型与垂直流型结合起来,去污效率会进一步提高。根据对104座潜流型湿地系统和70 座表面流湿地系统的处理效果数据统计,有如下结果。

  (1)ss表面流湿地系统用于三级处理时出水ss< 20mg/l;用于二级处理时稍高,但通常也低于20mg/l。水平潜流湿地系统进水ss平均为140 mg/l,出水平均为12.4 mg/l。

  (2) bod5一般来说,当潜流湿地系统进水bod5平均为114 mg/l时,则出水平均为17 mg/l;表面流湿地系统进水bod5平均为41 mg/l时,出水平均为11 mg/l。

  1.3 人工湿地的构造

  人工湿地一般都由以下五种结构单元构成:底部的防渗层;由填料、土壤和植物根系组成的基质层;湿地植物的落叶及微生物尸体等组成的腐质层;水体层和湿地植物(主要是根生挺水植物)。

  水生植物: 首先,植物可以有效地消除短流现象;其次,植物的根系可以维持潜流型湿地中良好的水力输导性,使湿地的运行寿命延长;第三,通过其中微生物的分解和合成代谢作用,能有效地去除污水中有机污染物和营养物质,第四,水生植物能够将氧气输送到根系,使植物根系附近有氧气存在,通过硝化、反硝化,积累、降解、络合、吸附等作用而显着增加去除率。第五,致密的植物可以在冬季寒冷季节起到保温作用,减缓湿地处理效率的下降。

  基质层: 基质层是人工湿地的核心。基质颗粒的粒径、矿质成分等直接影响着污水处理的效果。目前人工湿地系统可用的基质主要有土壤、碎石、砾石、煤块、细沙、粗砂、煤渣、多孔介质(leca)、硅灰石和工业废弃物中的一种或几种组合的混合物。基质一方面为植物和微生物生长提供介质,另一方面通过沉积、过滤和吸附等作用直接去除污染物。

  防渗层: 防渗层是为了防止未经处理的污水通过渗透作用污染地下含水层而铺设的一层透水性差的物质。如果现场的土壤和黏土能够提供充足的防渗能力,那么压实这些土壤作湿地的衬里已经足够。

  腐质层: 腐质层中主要物质就是湿地植物的落叶、枯枝、微生物及其他小动物的尸体。成熟的人工湿地可以形成致密的腐质层。

  水体层: 水体在表面流动的过程就是污染物进行生物降解的过程,水体层的存在提供了鱼、虾、蟹等水生动物和水禽等的栖息场所。

  二 人工湿地去除污染物机理

  2.1 有机物的去除

  人工湿地对有机物有较强的净化能力,污水中的不溶有机物通过湿地的沉淀、过滤作用,可以很快被截留下来而被微生物利用;污水中的可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢过程而被分解去除。国内有关学者对人工湿地净化城市污水的研究凤凰彩票官网(fh03.cc)表明,在进水浓度较低的情况下,人工湿地对bod5的去除率可达85%~95%,对cod的去除率可达80%,处理出水bod5的浓度在10mg/l左右,ss小于20mg/l。随着处理过程的不断进行,湿地床中的微生物相应地繁殖生长,通过对湿地床填料的定期更换及对湿地植物的收割而将新生的有机体从系统中去除。

  2.2 氮的去除

  湿地进水中的氮主要以有机氮和氨氮的形式存在,氨氮被湿地植物和微生物同化吸收,转化为有机体的一部分,可以通过定期收割植物使氮得以部分去除,有机氮经氨化作用矿化为氨氮,然后在有机碳源的条件下,经反硝化作用被还原成氮气,释放到大气中去,达到最终脱氮的目的。存在根系周围的氧化区(好氧区),缺氧区和还原区(厌氧区),以及不同微生物种群的生物氧化还原作用,为氮的去除提供了良好的条件。微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除中起着重要作用。

  2.3 磷的去除

  湿地对磷的去除是通过微生物的去除、植物的吸收和填料床的物理化学等几方面的协调作用共同完成的。污水中的无机磷一方面在植物的吸收和同化作用下,被合成为atp、dna和rna等有机成分,通过对植物的收割而将磷从系统中去除;另一方面,通过微生物对磷的正常同化吸收。此外,湿地床中填料对磷的吸收及填料与磷酸根离子的化学反应,对磷的去除亦有一定的作用。含有铁质和钙质的填料可与水中的po43-反应而形成沉淀而去除,含有这些物质的地下水渗入床体内也有利于磷的去除.磷的去除是通过植物吸收、微生物去除及物理化学作用而完成。

  2.4 悬浮物的去除

  进水的悬浮物的去除都在湿地进口处5—10m内完成,这主要是基质层填料、植物的根系和茎、腐殖层的过滤和阻截作用,所以悬浮物的去除率高低决定于污水与植物及填料的接触程度。平整的基质层底面及适宜的水力坡度能有效提高悬浮物的去除效率。

  三 人工湿地处理技术的优凤凰彩票网(fh643.com)缺点

  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。人工湿地在污水处理上具有高效率、低投资、低运转费、低维持技术、处理量灵活、低能耗、处理效果好等优点。

  1、高效率

  人工湿地的显着特点之一是其对有机物有较强的降解能力。有关人工湿地对二级污水处理厂出水试验的研究表明, 以二级污水处理厂出水作为原水的条件下,人工湿地对bod5的去除率可达85%—95%,cod去除率可达80%以上,处理出水中bod5的浓度在5mg/l左右,ss小于8mg/l。

  我国大多数的二级污水处理厂出水中n、p的含量较高,湿地对n、p有很高去除率,可分别达到80%、90%以上。而传统的污水回用工艺对n、p的去除率仅能达到20%—40%。污水中的氮、磷可直接被湿地中的植物吸收,通过对植物的收割而从污水和湿地中去除,另外,氮还可通过湿地中微生物的硝化和反硝化作用去除,磷则通过微生物的积累和填料床的理化作用协同完成去除。此外,人工湿地对微量元素和病原体也有相当高的去除率。

  2、低成本

  据国外统计,一般湿地系统在污水处理方面的投资和运行费用仅为传统的二级污水厂的1/10—1/2。在污水处理方面,由于人工湿地工艺无需曝气、投加药剂和回流污泥,也没有剩余污泥产生,因而可大大节省运行费用,通常只消耗少量电能,用于提高进水水位(如果水位无需提升则无此项费用),处理费用一般仅为传统工艺的1/5到1/6左右。

  由于人工湿地基本上不需要机电设备,故维护上只是清理渠道及管理作物,一般农民完全可以承担,只需个别专业人员定期检查。高昂的运行费用常常是我国开展污水回用的限制条件,而人工湿地则避免了这些缺点。

  3、低能耗

  水处理工艺的能耗不仅是经济问题,同时也凤凰彩票娱乐平台(5557713.com)是环境问题,因为耗能过程中产生的co2、so2等气体,还会污染大气环境。人工湿地基本上不耗能,运行成本低廉。

  4、处理灵活

  人工湿地可根据污水处理厂的规模,可大可小、就地利用;建设施工方便,需要的构筑物、处理设备少。

  5、处理效果好

  出水水质可以因植物池内填料的不同达到《地面水环境质量标准》(gb3838-88)ⅱ类至ⅴ类标准,处理后的水可用作饮用水水源和景观用水的湖泊、水库或河流中,亦可用作冲厕、洗车、灌溉、绿化及工业回用等。

  6、美化环境

  由于植物池内种植的是湿地植物,如果选择合适的植物品种如水竹、睡莲、美人蕉等,可以美化环境,改善地面景观。

  缺点:

  (1)占用土地面积相对其它传统工艺为大。

  (2)由于生物和水力的复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素认识理解的难度,致使该工艺设计运行的参数不够精确,若设计不当会导致出水不达标。正因为如此,选择经验丰富的设计施工合作方显得尤为重要。