人工湿地处理技术 主要内容 1、人工湿地概述 2、人工湿地分类及组成 3、人工湿地净化废水的机理 4、人工湿地污水处理系统及性能特点 5、存在的问题及解决方案 6、人工湿地的环境及经济效应 7、人工湿地的发展趋势 8、人工湿地的应用  湿地 湿地是地球上一种重要的生态系统。它处于陆地生态系统（如森林和草地）与水生生态系统（如深水湖和海洋）之间。换言之，湿地是陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡带（Ecotone）。湿地结合了陆地生态系统和水生生态系统的属性，但又不同于二者。 人工湿地（Constructed wetland） 人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，类似自然沼泽地，但由人工建造和监督控制，是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统。它是一种集物理、化学、生化反应于一体的废水处理技术；是一个独特的土壤、植物、微生物综合生态系统。 随着研究逐渐深入，人工湿地还被用于改善饮用水源水质如利用人工湿地改善北京官厅水库水质，出水基本满足地面水Ⅲ类标准。目前，人工湿地还被广泛用于新兴领域，如利用人工湿地生态系统去除水体中的藻类效果显著，这说明人工湿地系统在污水深度处理或者在减少水体富营养化、抑制藻类疯长等方面都有其独特的作用。 优点 投资费用低，建设、运行成本低；处理过程能耗低；污水处理效果稳定可靠；污水处理系统的组合具有多样性和针对性等优点；良好的景观效应；可持续的经济效益；运行管理简单。 缺点 受气候条件限制较大；设计，运行参数不精确；占地面积相对较大；容易产生淤积、饱和现象；对恶劣气候条件抵御能力弱；净化能力受作物生长成熟程度的影响大；此外，可能需要控制蚊蝇孳生。 人工湿地技术的优缺点 根据植物的存在状态，人工湿地主要分为三种类型：浮水植物系统、沉水植物系统、挺水植物系统。不同类型人工湿地结合使用以及和传统污水处理方法联合使用可以获得更好的出水水质。 （1）浮水植物系统  此系统中水生植物漂浮于水面；根系呈淹没状态。浮水植物目前主要用于N和P的去除和提高稳定塘的效率。  （2）沉水植物系统  此系统水生植物完全淹没于水中。系统中水的浊度不能太高，否则会影响植物的光合作用。该系统还处于试验阶段，主要用于初级处理与二级处理后的精处理。 （3）挺水植物系统  以挺水植物为主，植物根系发达，可通过根系向基质送氧，使基质中形成多个好氧、兼性厌氧、厌氧小区，利于多种微生物繁殖，便于污染物的多途径降解；目前人工湿地主要指挺水植物系统。 根据水的流动状态，该系统分为如下类型：自由水面系统（FWS），又称表面流湿地；潜流系统（SFS），又称潜流湿地。潜流湿地又分为水平流潜流系统（HFS）和垂直流潜流系统（VFS）。 （1）自由水面系统 自由水面系统的污水从系统表面流过，水深较浅(一般在0.1-0.6ｍ)，氧通过自由扩散补给。进水中所含的溶解性和颗粒性污染物与系统介质和植物根系接触。常用的植物包括香蒲、芦苇、慈姑、莎草等。与SFS系统相比，其优点是投资省，缺点是负荷低。北方地区冬季表面会结冰，夏季会滋生蚊蝇、散发臭味，目前已较少采用。 ①水平流潜流系统：污水从进口经由砂石等系统介质，以近水平流方式在系统表面以下流向出口。此过程中，污染物得到降解。介质通常选用水力传导性良好的材料。氧主要通过植物根系释放。在欧洲主要应用芦苇，因此又称芦苇床处理系统。香蒲也是常用的湿地植物。 ② 垂直流潜流系统：该系统通常在整个表面设置配水系统，并周期性进水。系统下部排水，水流处于系统表面以下。目的是系统可以排空水，以最大程度地进行氧补给。 人工湿地的组成 绝大多数人工湿地由五部分构成：   ①基质，具有透水性，如土壤、砂、砾石；   ②水体（在基质表面上或下流动的水）；   ③植物，适于在饱和水和厌氧基质中生长，如芦苇；   ④无脊椎或脊椎动物；   ⑤好氧或厌氧微生物种群。 湿地系统正是在这种有一定长宽比和底面坡度的洼地中，由土壤和填料（如砾石等）混合组成的填料床，污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物（如芦苇、蒲草等），从而形成一个独特的动植物生态系统。  3、人工湿地净化废水的机理 人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物组成的生态系统。生活在土壤中的微生物（细菌和真菌）在有机物的去除中起主要作用，湿地植物的根系将氧气带入周围的土壤，但远离根部的环境处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加强了人工湿地去除复杂污染物的难处理污染物的能力。大部分有机物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。 悬浮物去除   污水中的悬浮物含有大量的污染物质，例如有机物、氮磷、重金属和病原菌等，因此去除悬浮物可以提高污水的去除率。悬浮物主要通过过滤、沉淀、湿地介质表面的吸附及微生物生长等作用从水中去除。湿地对悬浮物的去除非常有效，悬浮固体出水值一般低于10mg/L。为防止在进水口附近发生堵塞，进水前必须设置预处理以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。 有机物的去除 污水中的有机物包括包括颗粒性有机物和溶解性有机物。前者通过沉淀和过滤可迅速去除，而后者则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解而去除。微生物降解有机物又分为好氧降解和厌氧降解。 好氧降解主要由好氧异氧菌控制： CH2O+O2=CO2+H2O 厌氧降解由兼性厌氧菌和专性厌氧菌控制，该过程分两步进行。第一步主要产物为脂肪酸，如乙酸、乳酸、乙醇、CO2和H2。      C6H12O6+2H2O=2CH3COOH+4H2+2CO2      C6H12O6=2CH3CHOHCOOH      C6H12O6=2CO2+2CH3CH2OH 硫酸盐还原菌和产甲烷菌利用上述脂肪酸进行代谢活动。      CH3COOH+H2SO4=2CO2+2H2O+H2S      CH3COOH+4H2=2H2O+2CH4      CO2+4H2=CH4+2H2O BOD的去除包括几个生物化学过程：好氧呼吸，厌氧消减 和硫酸盐还原。 氮、磷的去除 污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐。有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。研究表明，人工湿地处理系统对氮的去除作用包括基质的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生物硝化、反硝化作用。 人工湿地系统中对P的去除主要通过下面三个方面：微生物正常的同化或植物的吸收作用；聚磷菌的过量摄P作用；基质的物理化合作用。其中最主要的是基质对P的吸附作用及其纳P容量，其吸附作用与基质中Fe ，Al 和Ca等金属离子有关，而植物吸收对P的去除效率影响不大。 重金属去除  人工湿地对重金属也有很强的去除能力。金属离子去除机理主要有：植物的吸收和富集作用、土壤胶体颗粒的吸附、悬浮颗粒的过滤和沉淀，人工湿地对污水中重金属去除是通过植物、微生物、土壤基质等组成成分共同起作用的。· 4、人工湿地处理系统及性能 人工湿地处理系统 人工湿地污水处理系统由预处理单元和人工湿地单元组成。通过合理设计可将BOD5、SS、营养盐、原生动物、金属离子和其他物质处理达到二级和高级处理水平。 预处理主要去除粗颗粒和降低有机负荷。构筑物包括双层沉淀池、化粪池、稳定塘或初沉池。 人工湿地中的流态采用推流式、回

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