人工濕地工程
發(fā)布時(shí)間：2021-4-9 14:11:57
一、濕地是指天然或人工、常久或暫時(shí)性的沼澤地、濕原、泥炭地或水域地帶，帶有或靜止或流動(dòng)、或?yàn)榈胂趟蛳趟乃w。所謂人工濕地，就是指人為影響、施工形成的濕地系統(tǒng)。不論人工或天然，濕地都具有其十分強(qiáng)大的生態(tài)功能，具有相同的特點(diǎn)其表面常年或經(jīng)常覆蓋著水或充滿(mǎn)了水，是介于陸地和水體之間的過(guò)渡帶，其中生長(zhǎng)著許多挺水、浮水和沉水植物。這些植物能夠在其組織中吸附金屬及一些有害物質(zhì)，很多植物還能參與解毒過(guò)程，對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行吸收、代謝、分解，實(shí)現(xiàn)水體凈化。因此濕地常常被稱(chēng)作“天然污水處理器”而且這個(gè)“天然污水處理器”幾乎不需要添加化石燃料和化學(xué)藥品。目前全世界至少有數(shù)千個(gè)人工與自然濕地用于污水處理， 每個(gè)面積從不足200平方到4000ha不等。
我國(guó)用人工濕地處理污水發(fā)展較晚，“七五”期間開(kāi)始進(jìn)行機(jī)理性的研究，現(xiàn)在已發(fā)展到實(shí)際應(yīng)用階段，我國(guó)自“七五”開(kāi)始對(duì)人工濕地的研究，已建成一些示范工程，并于1990年7月在深圳建起我國(guó)人工濕地污水處理工程――白泥坑人工濕地處理系統(tǒng)。并且在全國(guó)多個(gè)省市建成多處不同處理規(guī)模的人工濕地處理工程。
人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類(lèi)似的地面，將污水、污泥有控制的投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動(dòng)的過(guò)程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對(duì)污水、污泥進(jìn)行處理的一種技術(shù)。其作用機(jī)理包括吸附、滯留、過(guò)濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養(yǎng)分吸收及各類(lèi)動(dòng)物的作用。它是一個(gè)綜合的生態(tài)系統(tǒng)，它應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生原理，結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則，在促進(jìn)廢水中污染物質(zhì)良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境的再污染，獲得污水處理與資源化的好效益。
人工濕地去除的污染物范圍廣泛，包括N , P , SS , 有機(jī)物，微量元素，病原體等。有關(guān)研究結(jié)果表明，在進(jìn)水濃度較低的條件下，人工濕地對(duì)BOD5的去除率可達(dá)85％――95％，COD去除率可達(dá)80％以上，處理出水中BOD5的濃度在10mg/l左右，SS小于20mg/l。(2)廢水中大部分有機(jī)物作為異樣微生物的有機(jī)養(yǎng)分，被轉(zhuǎn)化為微生物體及CO2 , H2O。
人工濕地面積可視情況而言，可在市郊結(jié)合部，也可在污水處理廠出水的附近建造。一些人工濕地屬預(yù)處理型，在那些目前還不具備建造污水處理廠的城鄉(xiāng)結(jié)合部建造人工濕地，將生活污水排入，利用所種植物對(duì)其進(jìn)行處理，然后再排入自然水系，保護(hù)水體；還有些濕地屬于加強(qiáng)型，在污水處理廠附近建造人工濕地，將污水處理廠處理過(guò)的水引入，再經(jīng)過(guò)人工濕地的加強(qiáng)處理，提高其水質(zhì)，然后排入自然水系，作為其補(bǔ)充水源。
下面，我們就介紹一下人工濕地污水處理系統(tǒng)的分類(lèi)。
二、人工濕地的分類(lèi)
人工濕地污水處理技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和研究，根據(jù)濕地中主要植物形式將人工濕地劃分為：1、浮游植物系統(tǒng); 2、挺水植物系統(tǒng)；3、沉水植物系統(tǒng)。其中沉水植物系統(tǒng)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，其主要應(yīng)用領(lǐng)域在于初級(jí)處理和二級(jí)處理后的精處理。浮游植物主要用于N , P去除和提高傳統(tǒng)穩(wěn)定塘效率。目前一般所指人工濕地系統(tǒng)都是指挺水植物系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從工程設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，按照系統(tǒng)布水方式的不同或水在系統(tǒng)中流動(dòng)方式不同將人工濕地處理系統(tǒng)劃分為以下幾種類(lèi)型：自由水面人工濕地處理系統(tǒng)；人工潛流人工濕地處理系統(tǒng)；垂直水流型人工濕地處理系統(tǒng)。
人工濕地污水處理系統(tǒng)（1）表面流濕地( Surface FlowConstructed Wetland) ,是一種污水從濕地表面漫流而過(guò)的長(zhǎng)方形構(gòu)筑物, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 工程造價(jià)低; 但由于污水在填料表面漫流, 易滋生蚊蠅, 對(duì)周?chē)h(huán)境會(huì)產(chǎn)生不良影響, 而且其處理效率較低。污水從濕地表面流過(guò)，如圖1所示。在流動(dòng)的過(guò)程中廢水得到凈化。水深一般0.3~0.5米，水流呈推流式前進(jìn)。污水從入口以一定速度緩慢流過(guò)濕地表面，部分污水或蒸發(fā)或滲入地下。近水面部分為好氧生物區(qū)，較深部分及底部通常為厭氧生物區(qū)。表面流人工濕地中氧的來(lái)源主要靠水體表面擴(kuò)散、植物根系的傳輸和植物的光合作用。但是由于傳輸能力十分有限，故人工濕地大部分采用潛流式濕地系統(tǒng)。
人工濕地污水處理系統(tǒng)（2）潛流濕地( Subsurface Constructed FlowWetland) ,污水在填料縫隙之間滲流,可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其他作用處理污水, 出水水質(zhì)好。由于水平面在覆蓋土層或細(xì)砂層以下, 衛(wèi)生條件較好, 故被廣泛采用。潛流式濕地一般由兩級(jí)濕地串聯(lián)，處理單元并聯(lián)組成。與表面流人工濕地相比，水平潛流人工濕地的水力負(fù)荷大，對(duì)BOD、COD、TSS、TP、TN、藻類(lèi)、石油類(lèi)等有顯著的去除效率。潛流濕地一般設(shè)計(jì)成有一定底面坡降的、長(zhǎng)寬比大于3 且長(zhǎng)大于20 m 的構(gòu)筑物, 污水流程較長(zhǎng), 有利于硝化和反硝化作用的發(fā)生, 脫氮效果較好。或方形構(gòu)筑物, 污水的流程較短, 反硝化作用較弱, 且工程技術(shù)要求較高。由于垂直流濕地可方便地采用工程手段來(lái)改善系統(tǒng)的供氧狀況, 提高布水均勻性, 營(yíng)造更加有利于硝化和反硝化發(fā)生的系統(tǒng)環(huán)境, 故越來(lái)越受到人們的重視。
人工濕地污水處理系統(tǒng)（3）垂直流濕地(Vertical Flow Constructed Wetland),污水沿垂直方向流動(dòng), 氧供應(yīng)能力較強(qiáng), 硝化作用較充分, 占地面積較小, 可實(shí)現(xiàn)較大的水力負(fù)荷長(zhǎng)期運(yùn)行。垂直潛流人工濕地的硝化能力高于水平潛流人工濕地，對(duì)于氨氮含量較高的污水廢水有較好的處理效果。垂直流濕地一般設(shè)計(jì)成高約1 m 左右的圓形或方形構(gòu)筑物如圖2 所示，污水的流程較短, 反硝化作用較弱, 且工程技術(shù)要求較高。由于垂直流濕地可方便地采用工程手段來(lái)改善系統(tǒng)的供氧狀況, 提高布水均勻性, 營(yíng)造更加有利于硝化和反硝化發(fā)生的系統(tǒng)環(huán)境。垂直流濕地的缺點(diǎn)是對(duì)于污水中的有機(jī)物的處理能力不足，控制相對(duì)復(fù)雜，夏季有滋生蚊蠅的現(xiàn)象。具體參見(jiàn)http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
人工濕地污水處理系統(tǒng)（4）復(fù)合流式潛流人工濕地（Composite streaming undercurrents artificial wetland）
沈陽(yáng)環(huán)境科學(xué)研究院的專(zhuān)有及專(zhuān)利技術(shù)復(fù)合流式潛流人工濕地技術(shù)(以水平流為主與上升式垂直流結(jié)合)，示意圖如圖6。與其它類(lèi)型人工濕地相比，復(fù)合流式潛流人工濕地的水力負(fù)荷大，對(duì)BOD5、CODCr、SS、氮磷等污染指標(biāo)的去除效果好，而且沒(méi)有惡臭和孳生蚊蠅現(xiàn)象，特別是能有效解決北方寒冷地區(qū)的冬季運(yùn)行問(wèn)題，同時(shí)解決了濕地項(xiàng)目的尖端難題，即通過(guò)設(shè)置倒膜系統(tǒng)、各種級(jí)配的填料，解決濕地的堵塞問(wèn)題。
三、人工濕地污水處理系統(tǒng)的工藝流程
人工濕地污水處理系統(tǒng)由預(yù)處理單元和人工濕地單元組成。通過(guò)合理設(shè)計(jì)可將BOD5、SS、營(yíng)養(yǎng)鹽、原生動(dòng)物、金屬離子和其它物質(zhì)處理達(dá)到二級(jí)和高級(jí)處理水平。預(yù)處理的目的主要是減少污水中的懸浮物,防止?jié)竦靥盍隙氯?確保人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,增加濕地處理壽命和處理能力。其設(shè)施包括格柵、沉砂池、沉淀池、穩(wěn)定塘等。人工濕地系統(tǒng)一般工藝流程如圖：
污水→ 格柵→ 沉砂池→ 沉淀池→ 穩(wěn)定塘→人工濕地→出水。