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人工湿地污水处理技术及其在青海省的实践应用

来 源:中华水网   发布时间:2013-12-12 移动版

  概述人工湿地在国内外研究应用的现状,人工湿地污水净化处理技术机理、特点和主要类型,总结了不同类型人工湿地的适用范围和影响人工湿地处理效率的因素。并在此基础上介绍了人工湿地污水处理技术在青海省的探索性研究与示范应用情况。人工湿地是指利用工程措施建立起来的具有湿地性质和特殊用途或功能的仿自然处理系统。人工湿地污水处理系统是通过模拟自然湿地,人为设计、建造和调控的由处于水饱和状态的基质、水生植物、微生物、动物以及水体所组成的复合体污水处理生态系统J,其人工建设的湿地构筑物及其湿地区域,对污水净化处理、湿地生态功能和景观功能都有极大地强化作用。目前,人工湿地污水处理技术在国内外迅速发展,形成了较为成熟的理论和工艺体系,并得到广泛应用。

  1国内外人工湿地研究和应用现状

  1.1国外人工湿地研究与应用现状。自1953年第一个人工湿地污水处理系统建造以来,人们对湿地的污水净化机理开展了广泛的研究,逐渐从“黑箱理论”深入到污染物去除机理、影响因素、工艺结构等各方面的研究。1953年,德国Max Planck研究所的Dr.Kathe Seidel博士在研究中发现,芦苇能够去除污水中大量的有机和无机物质,随后开发出Max—Planck—Institute—Process系统。1972年Kickuth提出了“根区法”(采用栽种芦苇的水平潜流湿地使有机物降解,硝化反硝化去除N,沉淀去除P),标志着人工湿地污水处理机理的初步萌芽。与此同时,美国的国家空间技术实验室研究开发了“厌氧微生物和芦苇处理污水”复合系统J。此后,人工湿地处理污水技术不断完善。20世纪70年代,北美已有174座人工湿地,并对其进行了广泛的试验。20世纪八九十年代,欧洲、北美和亚洲等地的许多国家对生活污水人工湿地处理技术的研究日益重视,在技术研究和应用方面积累了许多经验,并得到了迅速的发展和广泛的推广应用J。在此期间,国际上曾就人工湿地这一新型污水处理工艺召开了多次研讨会,总结各国人工湿地污水处理的经验,并提出了相关的理论和参考设计参数,标志着人工湿地作为一种独具特色的新型污水处理技术正式进入水污染控制领域。据统计,截至2006年,欧洲已建有1万多座人工湿地投入运行,较多为潜流人工湿地,特别在一些东欧国家应用较广,趋向于对近1 000人口当量的乡村级社区进行二级处理;北美有近2万座人工湿地,其中一半为自然湿地,其余多为表面流人工湿地,趋向于对人口较多的地区进行深度处理;在澳大利亚和南非则用于处理各类废水。目前,美国已有近千处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水(如用于处理煤矿废水、生物污泥、暴雨径流、奶产品加工废水等);在丹麦、德国、英国至少有200处人工湿地(主要为地下潜流湿地)系统在运行;新西兰也有80多处人工湿地系统被投入使用。在亚洲、大洋洲、拉丁美洲已有越来越多的人工湿地建成和投入运行,用于处理各类污水。

  1.2国内人工湿地研究与应用概况。我国的人工湿地污水处理技术研究起步较晚,直到“七五”期间才开始了相关的探索眭研究工作和实验。从20世纪80年代末开始,继天津市环保所建成我国第一个芦苇湿地工程之后,先后在北京昌平、深圳、南京、山东日照、成都和上海等地建设了人工湿地污水处理示范工程,初步取得了良好效果。20世纪90年代以来,我国对人工湿地系统及其污水处理的机理和规律进行了较系统的研究。进入2l世纪以来,我国在人工湿地污水处理技术及其工程应用方面均取得了较大的进展,全国已有数十座城市开展了人工湿地的研究和示范应用,并已有数百座投入运行。污水处理量从10m。/d~100m/d的小规模到10 000m/d的大规模,应用于处理生活污水、市政污水、景观河湖水、工业污水、采矿污水等。目前,在我国单一的表面流人工湿地实际工程应用较少,大多是与水平潜流或垂直潜流混合应用。尤其近年来,深圳市环境科学研究所、上海市环境科学研究院等环境科研院所在水平潜流、垂直潜流人工湿地的研究和工程应用上取得了较大的进展,但大多数主要集中在南方和东部地区。针对北方地区气候特点,沈阳环境科学研究院开展了水平潜流人工湿地技术在北方地区的单元应用研究与工程示范"J。2003年底建设运行的沈阳满堂河生态污水处理厂,其污水处理量为20 000m/d,工程采用浮动生物床预处理+水平潜流人工湿地的组合工艺,大幅度降低了污染物含量,处理后的水质达到了再生水回用景观水体的水质要求。经过20多年的研究,我国在人工湿地污水处理技术及其工程应用方面取得了一定的发展,产生了良好的经济、环境和社会效益,为我国的环境保护做出了贡献。2010年12月,环境保护部发布《人工湿地污水处理工程技术规范》(HJ2005-2010),使我国人工湿地污水处理工程的科学化建设、规范化管理迈上了一个新台阶。人工湿地作为一种生态型污水处理技术,在国外很多国家已得到普遍关注和广泛应用。在我国南方与东部一些城市和农村,也已开展了大量的示范研究和推广应用。而针对我国西部地区的人工湿地应用技术研究却并不多见,尤其是针对青藏高原高寒、缺氧地区的人工湿地污水处理技术研究和示范应用,尚属空白,亟待开展相关探索性实验研究、技术开发与示范应用。

  2人工湿地污水处理技术机理与特点

  2.1人工湿地污水处理净化机理。人工湿地污水处理技术具有独特而复杂的污水净化机理,主要是利用基质一水生植物一微生物这一复合生态系统的物理、化学和生物的三重协同作用,通过过滤、吸附、共沉、离子交换、化学降解、植物吸收、微生物分解等作用,实现对污水的高效净化;同时,通过营养物质和水分的生物地球化学循环,促进植物生长,实现废水的无害化与生物的资源化;其系统水生植物除可增加湿地基质的透水性,还可与周围的原生动物、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,强化净化污水的能力。人工湿地具有高效的污水净化处理功能,对有机污染物有较强的降解能力。人工湿地系统中的基质、植物和微生物对有机物、BOD、COD、N、P、SS、重金属、石油类和病原体等均有显著的处理作用和去除效率。综合研究数据表明,在进水污染物浓度较低的条件下(一般为COD<~125mg/1,B OD~<100mg/1,SS≤60mg/1,NH 3一N≤25mg/1,T P≤5mg/1¨),人工湿地对BOD的去除率可达85%~95%,对COD的去除率可达80%,处理出水BOD的浓度在10mg/l左右,SS小于2 0 m g/1-1 4]。人工湿地对有机污染物降解的基础机制是微生物的硝化和反硝化活动,丰富的微生物资源为湿地污水处理系统提供了足够的分解者。尤其在氮的去除中,微生物的硝化和反硝化活动起着重要作用。有研究发现,人为提高湿地中BOD与NO一N之比(如添加秸秆或甲醇),氮的去除率会大幅度提高,能从30%左右上升至80%一90%,原因是BOD:NO一N的比值太低时不利于反硝化作用的进行,当比值上升到2.3或是C:N>5:1时,反硝化率达到最大值¨。在人工湿地系统中,磷主要是通过基质的吸附、络合,与ca、Al、Fe和土壤颗粒的沉淀反应及泥炭累积、植物吸收、微生物去除等作用而去除。据资料显示,人工湿地对各种类型污水中的TP的去除率为4 7.0%~97.2%_l61。水生植物是人工湿地的重要组成部分,在系统污水净化过程中具有十分重要的功能和作用。在人工湿地污水处理系统中,植物代替曝气机输氧,同时也为基质内微生物群落创造了有利的活动场所。一方面,水生植物自身能够吸收一部分污染物作为其生长的营养物质;另一方面,其根区能够为微生物的生存和降解营养物质提供必要的场所和好氧、厌氧等条件。水生植物去除氮的主要途径是氨的挥发作用、NH的阳离子交换作用、吸收、硝化和反硝化作用等;其对磷化物的处理除作为营养成分吸收外,还可以通过在苗床基质中的吸附、络合和沉淀反应来去除。研究表明,有植物的人工湿地系统对污染物的去除率明显高于无植物的系统,植物修复的作用很明显¨。同时,湿地土壤对有毒物质同样具有“净化”作用,其机理主要是通过沉淀作用、吸附和吸收作用、离子交换作用、氧化还原作用和代谢分解作用等途径实现的。目前,对于人工湿地污水净化处理的一些机理研究,虽然已经得到了初步的认可,但其深度方面仍然存在很多问题,需要进一步深入研究,如污水中的有机污染物、无机污染物、金属污染物的协同去除过程与机理,根际微生态系统的综合作用,有机物、无机化合物和金属离子在湿地系统的相互作用,及其对植物、微生物和土壤的影响等。而这些方面的探索研究,因涉及到生物、物理、化学、生态等多学科的交叉与融合,难以从微观角度定量化,因此人工湿地污水处理技术机理进一步深入研究的难度很大。 转载请注明出处: https://www.chndk.com/view-60558-1.html

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