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    來源:   作者:  時間:2016-12-12 11:07:21  瀏覽:次

     

    人工濕地技術
    隨著國家經濟的快速發展,環境問題越來越突出,淡水資源短缺與人民生活水平提高之間的矛盾日益加劇。水資源?;と撾褚蒼嚼叢郊杈?。近年來環境科學研究在迅速發展,各種污水處理的方法層出不窮,其中生態技術——人工濕地技術由于其投資低,出水水質好,抗沖擊能力強,操作簡單,建造和運行費用低,維護方便,氨氮去除率高,同時可使污水處理與環境生態建設有機結合,在處理污水同時創造城市生態景觀等特點逐步被國家所接受,并廣泛推廣應用。
    人工濕地污水處理系統
    人工濕地污水處理系統
    人工濕地污水處理系統
    一、人工濕地技術闡述
    1.1 人工濕地定義
    人工濕地(Constructed Wetland)是為處理污水而人工構造的由各種填料(如礫石等)混合組成填料床,床體表面種植有成活率高,生長周期長,美觀及具有經濟價值的水生植物(如蘆葦,蒲草等),床體內存在大量的厭氧、好氧微生物。植物與床體中的微生物形成一個獨特的動植物生態體系。污水在床體的填料縫隙中流動,通過該生態系統的自然降解作用截流、去除污染物。
    人工濕地是在普通人工濕地的基礎上通過改進填料、植物的種類和結構的基礎上解決了人工濕地在我北方越冬期間處理效果低的瓶頸問題。
    人工濕地污水處理系統
    1.2 人工濕地結構
    人工濕地由六部分組成:
       簡單土建、圍堰等基礎設施;
       上下進出水管道
       適于在水中生長的植物蘆葦;
       具有各種透水性的特殊基質,如砂、礫石、殘渣、 特殊材料等;
       水體(在基質表面下或上流動的水);
       好氧和厭氧微生物群落;
    人工濕地,單池長寬比大約在1:1~1:10之間,池底坡度大約為1%~8%,深0.5m~2.5m之間,運行方式可串聯、并聯。
    1.3 人工濕地的特點
                  人工濕地結構較簡單,建設費用低;
                  人工濕地運行簡便,運行費用低;
                  選型植物凈化能力強、根系發達,對環境變化有良好的適應能力;
                  人工濕地運行穩定,耐沖擊負荷;
                  冬季具有防凍保溫設施,可保證冬季運行時具有較好的處理效果,其技術可運用到北方廢水處理工程;
                  人工濕地運行方式效率好, 出水水質穩定,無二次污染;
                  植物的回收和水的回用可直接和間接產生經濟效益;
                  人工濕地增加綠地面積,可美化、改善生態環境。
    二、 人工濕地的作用機制及影響因素
    2.1 基質的作用
    人工濕地中的基質又稱填料、濾料?;試諼參錆臀⑸鍰峁┥そ櫓實耐?,也能夠通過沉淀、過濾、吸附、離子交換、植物吸收和微生物分解等作用直接去除污染物。

     

     

     

     

     

    2.2濕地植物的作用
    對于人工濕地中的植物,我們公司長期研究,反復篩選實驗,決定采用具有對周圍環境適應能力強、根系發達、凈化能力強等優點
    人工濕地種植的植物具有四個作用:
    ①植物能顯著增加微生物的附著(植物的根莖);
    ②植物可將大氣氧傳輸至根部,使微生物在微氧的環境下生長;
    ③植物根和莖的生長可以疏松、增強或穩定基質的透水性能;
    ④植物的生長吸收污水中的營養物質(例如N、P等);
    2.3微生物制劑的作用
    微生態制劑是主要由假單胞桿菌屬、產堿桿菌屬、放線菌、真菌、酵母菌等微生物組成的菌群,通過它們自身代謝、吸收、氧化分解從而達到去除有機污染物的目的。
    人工濕地建成初期,微生物的種類和數量不太充足,隨著廢水不斷進入人工濕地,通過定時、定量添加微生態制劑,使其在人工濕地中形成優勢菌群。
    微生態制劑結合人工濕地生化處理,形成一套完整的廢水處理技術體系,其去除機理是:微生態制在整個濕地系統中形成巨大的生物膜反應器,濕地廢水中溶解的有機污染物向濕地填料表面覆蓋的生物膜進行傳遞,并通過生化反應得到降解。
    2.4人工濕地去除污染物的機理
    人工濕地去除的污染物種類包括;N、P、SS、色度、有機污染物、重金屬和病原體等。通過濕地運行表明,人工濕地在其小的生態系統食物鏈尚未完善的條件下,進水濃度在200mg/L以下、在水力停留24h后,人工濕地對COD去除率可達到70%以上,BOD5去除率可達85%以上,出水COD的濃度在90mg/L以下,BOD5的濃度在10mg/L--30mg/L左右,SS小于20mg/L。再經過長期運行后,濕地中的植物、微生物等組成的生態系統進一步完善,種群生物量逐步增加,出水水質會更加良好。
    2.4.1懸浮物去除機理
    懸浮物固體通過微生物生長、濕地基質表面吸附機理截留、去除,濕地對懸浮物的去除非常有效,懸浮物出水值一般在10mg/L左右,為防止較高懸浮物負荷而產生的堵塞現象,進水前一般設置預處理,以避免過高懸浮物負荷而造成的堵塞現象。
    人工濕地污水處理系統
    2.4.2有機物的去除機理
    人工濕地對有機污染物具有較強的去除能力。廢水中的有機物包含顆粒性有機物和溶解性有機物,不溶性有機物通過在濕地基質中的過濾作用可以很快地被截留進而被分解或利用,可溶性有機物則通過植物根系生物膜的吸附、吸收及厭氧、好氧生物代謝降解過程而被分解去除。由于濕地特有的微生物環境,形成了系統中好氧菌、兼性菌及厭氧菌的良好生存狀態。尤其是介質表層,微生物活性較高,對有機物的去除能力較強。
    反應機理以方程式表述如下:

    微生物作用

     
    CxHyOz + O2
    CO2 + H2O

     

     
    由兼性厭氧菌和專性厭氧菌控制的厭氧過程分步進行。第一步主要產物為脂肪酸,如乙酸、乳酸、乙醇、CO2和H2。

    微生物作用

     
    C6H12O6 + H2O
    CH3COOH + H2 + CO2

     

    微生物作用

     
    C6H12O6
    2CH3CHOHCOOH

     

     

    微生物作用

     
    C6H12O6
    2CO2 + 2CH3CH2OH

     

     
    硫酸鹽還原菌和產甲烷菌利用上述脂肪酸進行代謝活動。

    微生物作用

     
    CH3COOH + H2SO4
     
    2CO2 + 2H2O +H2S
             

     

    微生物作用

     
    CH3COOH + 4H2
    2CH4 + 2H2O

     

     

    微生物作用

     
    CO2 + 4H2
     
    CH4 + 2H2O
                

     

     
    2.4.3氮的去除機理
    氮在污水中主要以有機氮和無機氮形態存在,有機氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶,無機氮包括氨、亞硝酸(NO2-)和硝酸鹽(NO3-)。在人工濕地無機氮主要存在形式是NH4+,還有NO2- 、NO3-、N2O以及溶解的N2。除氮的機理主要包括揮發、微生物轉化(氨化,硝化/反硝化)、植物吸收、介質吸附和沉淀過濾等,但主要還是通過微生物硝化/反硝化作用完成的。
    人工濕地污水處理系統
    2.4.4磷的去除機理
    人工濕地對磷的去除是通過基質的吸附、植物的吸收和吸附沉淀儲存等協同完成的。磷在人工濕地系統中的去除主要有3個方面的作用①微生物正常的同化或植物的吸收作用;②聚磷菌的攝磷作用;③基質的物理化學作用。其中,無機磷以植物的吸收作用為主,這主要是由于蘆葦等大型植物長期生長對無機磷的需求。
    2.5 人工濕地的影響因素及對策
    濕地的物理和化學環境影響生物過程,反過來濕地中發生的生物過程也影響濕地的物理和化學環境。重要的影響因素是溫度和溶解氧。
    2.5.1 溫度的影響
    溫度隨晝夜、季節變化很大,溫度的變化可引起一些化學和生物過程的天然變化,在出水水質相對去除率會降低,甚至為零。
    經我公司長期科研,反復的實驗,總結出一套有效的冬季保溫運行方法,包括:
    ①人工濕地填料為1.0—1.5米(南方為0.8—1.2米);

    ②人工濕地進水管上覆蓋20公分以上填料,可起到防凍保溫作用;

    ③冬季把秋末收割的蘆葦平鋪在濕地表面,上面也可再鋪一層塑料薄膜,特別在下雪的天氣,積雪也起到保溫作用,填料床內被處理的廢水溫度可保持在150C—200C左右。從而解決歷年來人工濕地在北方不能過冬使用的問題;

    2.5.2 溶解氧影響
    污水進入到潛流濕地后,主要有兩個需氧因素:碳化需氧量(CBOD)和硝化需氧量(NOD)。主要表現沉積的散落物需氧量,溶解有機需氧量和溶解的硝化需氧量等。水中溶解氧過低過高都會影響微生物活性,從而影響處理效果。水中的氧的恢復主要通過大氣復氧、直接傳質到水表面、通過植物莖葉的傳導輸送及進入濕地時水中加氧。
    雖然,自然復氧及植物增氧已能滿足微生物的大部分需求,但是為提高微生物處理效率,人工濕地在進入濕地前的預處理中增加曝氣環節以人為的增加水中的溶解氧提高處理效率。
    三、人工濕地技術展望
    自西德1974年首次建造人工濕地以來,各種不同的濕地在世界各地已被用來處理大量不同的廢水。1996年9月在奧地利維也納召開的第四次國際研討會,標志著人工濕地作為一種獨具特色的新型廢水處理技術已經正式進入水污染控制領域。近些年西方發達國家人工濕地技術蓬勃發展,北美多采用自由表面流人工濕地,歐洲則傾向于地下潛流系統。絕大多數人工濕地系統種植有蘆葦,也有種植其它濕地植物的,人們認為根的生長和蘆葦根區會增加導水性。在歐洲人工濕地系統趨向對鄉村級社區進行二級處理,北美則趨向更多人口的高級處理。在澳大利亞和南非則用于處理各類廢水。
    雖然我國從“七五”以來不斷地有對人工濕地的研究成果附著報端,但總體上仍處于起步階段。一方面,國家層面的相關部門還沒有形成足夠的重視,地方省、市政府及相關部門也大都處于觀望的態度中。另一方面,眾多的科研院所、專家的研究雖然有了一定的規模,但是仍處于“點”上的研究,不具有整體性和系統性,尚未形成長期的、系統的濕地運行經驗和設計數據積累。目前人工濕地的實際應用也只是集中在南方(主要是深圳)熱帶、亞熱帶地區的少數地區。由于人工濕地工藝本身的原因,冬季北方地區的低溫及霜凍期的低效率運行一直是人工濕地運行中的缺陷,北方地區尚未有成熟完整的人工濕地設計運行經驗積累。
    總的來說,人工濕地污水處理系統是一種較好的廢水處理方式,特別是它充分發揮資源的生產潛力,防止環境的再污染,獲得污水處理與資源化的最佳效益。適合于處理水質變化不很大、管理水平不很高的城鎮污水、工業廢水,如我國農村中、小城鎮的生活污水處理。
    因此可以說,人工濕地是一種投資低,運行費用低,經濟、環境、社會效益好的一種較為先進的廢水處理工藝,應當進一步推廣和應用。

     

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