人工湿地除污机理和对河水净化案例分析.ppt

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1、我国污水处理现状我国污水处理现状Click to add title in here 412人工湿地处理生活污人工湿地处理生活污水节能技术水节能技术人工湿地处理污水技术及应用人工湿地处理污水技术及应用人工湿地对泉河水质净化处理的应用人工湿地对泉河水质净化处理的应用523241人工湿地简介人工湿地简介人工湿地除污机理和除污系统功能人工湿地除污机理和除污系统功能人工湿地处理污水工艺人工湿地处理污水工艺 人工湿地构建与运行中存在的问题人工湿地构建与运行中存在的问题（1）人工湿地定义）人工湿地定义人工湿地系指“人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质层，种植水生植物，利用基质、植物

2、、微生物的物理、化学、生物三重协同作用使污水得到净化”的一种工程构造体。而天然湿地系指有高等生物（包括动植物及微生物）的水环境，包括沼泽、浅水湖泊、自然河道、水域湖滨带、农田、滨水公园等。用于曝气的跌水系统用于曝气的跌水系统上行垂直潜流湿地里的菖蒲上行垂直潜流湿地里的菖蒲（2）、）、人工湿地的组成人工湿地的组成 人工湿地污水处理系统是一套复杂的、完善的生物净化处理系统，其主要组成要件有3 个，分别是植物、微生物及微型生物、基质。在实际运行中，人工湿地系统的水质净化功能并不仅仅是基质、植物、微生物各自净化功能简单加合的结果。人工湿地的本质之一就是将基质、植物、微生物以合适的构型和配比组合在一起并

3、形成人工生态系统，从而发挥出“1+1+13”的系统效应，达成高效持续的净化效果。（3）、）、人工湿地的类型人工湿地的类型按照人工湿地工程工艺组合方式，可分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地以及复合型人工湿地。复合型人工湿地系指，将不同类型的人工湿地工艺，根据场地、气候环境、水质参数及达标要求等客观条件进行系统、优化组合，使其达到最优的净化和处理效果，其所设计和建造出来的人工湿地即复合型人工湿地。复合型人工湿地是人工湿地建设的常态化工艺组合。2、人工湿地除污机理和除污系统的功能、人工湿地除污机理和除污系统的功能2.1.1 悬浮污染物去除机理悬浮污染物在人工湿地中去除的基本机理是

4、拦截、吸附、絮凝和胶体颗粒的沉淀。大量植物根系和饱和状态的基质,使悬浮污染物通过在基质和根区表面的重力沉淀、截留和吸附等作用被分离去除。2.1.2 溶解污染物去除机理污水中的溶解污染物是通过植物根系的吸收和吸附以及植物根际周围和土壤基质中微生物的分解代谢作用最终被降解去除。根际微生物和根际分泌物在其中起到了重要的作用。根际微生物不仅能够降解吸收污染物质,而且其分泌的酶类也能够降解污染物质。而根际分泌物不仅能为根际微生物提供能源,提高微生物对污染物的降解效率,而且其分泌的酶类对污染物也有直接降解作用。2.1 人工湿地除污机理人工湿地除污机理2.1.3 氮去除机理水中氮的去除转化包括很多过程,其中

5、一部分氮可以被湿地中的植物吸收通过收割得以去除。另外,基质也可通过一些物理和化学的途径去除污水中一部分氮。但是氮主要还是在微生物作用下通过硝化、反硝化反应来去除的。植物根际复氧效率对处理效果有很大影响。有实验表明水面以下的植物部分以及附着其上和池壁上的藻类、微型植物通过光合作用产生的氧直接释放到水体能明显引起氧增,而水面以上植物部分光合作用向根部水体输氧的作用并不明显。2.1.4 磷去除机理磷的去除有很多途径:污水中一部分磷可被植物直接吸收,通过收割得以去除;一部分磷被基质通过吸附或离子交换作用去除;一部分磷作为微生物正常代谢所需要物质被磷细菌转化成溶解性无机磷,有利于植物吸收;还有一部分磷被

6、聚磷菌过量聚磷作用去除。2.1.5 对重金属的去除机理湿地中金属的去除机理包括离子交换、与湿地中的基质螯合,或转化为不溶性物质沉淀,主要过程包括不溶性重金属随悬浮颗粒沉淀、溶解性重金属与基质和沉积物的离子交换和络合作用、溶解性重金属以难溶性化合物的形式沉淀或者植物对溶解性重金属的吸收作用。湿地中的植物在修复金属污染的过程中有着重要的作用,包括植物本身的作用以及植物根际分泌物的作用。植物本身作用包括三种类型:植物稳定、植物挥发和植物吸收。而根际分泌物在重金属污染的修复中的作用包括活化重金属元素,使其转化为植物可吸收态;改变金属的化学性质,从而改变其生物有效性和生物毒性;和重金属形成稳定的螯合体,

7、起到固定和钝化作用,进而降低其危害性。2.2 人工湿地污水处理系统的人工湿地污水处理系统的功功能能人工湿地污水处理系统主要由植物、微生物、基质、水体及动物组成,各组成成分分别起着不同的作用,并且相互协同,使得整个湿地生态系统平衡运转,发挥良好的净化功能。植物植物植物是人工湿地的重要组成部分。植物包括挺水植物、浮水植物、浮叶植物和沉水植物等。人工湿地净化污水过程中,植物的作用可以归纳为3个重要的方面:回收利用污水中可利用态的营养物质,吸附、富集重金属和一些有毒有害物质;为根区好氧微生物输送氧气;增强和维持介质的水力传输。不同的植物类型对不同的污染物质具有一定的针对性。对氮磷去除效果较好的湿地植物

8、，如茭白、芦苇、水烛、灯心草。对重金属有较好的去除作用的植物是：宽叶香蒲，且对Pb、Zn、Cd 等重金属有较好的去除作用。微生物微生物微生物系指植物根系周围的区系微生物、基质表面生物膜及周边的微生物根系周围的区系微生物、基质表面生物膜及周边的微生物，包括细菌、原生动物、次生动物、浮游植物、浮游动物细菌、原生动物、次生动物、浮游植物、浮游动物等。人工湿地中微生物是净化污水的微生物是净化污水的“主力军主力军”。其数量在一定程度上可反映数量在一定程度上可反映人工湿地净化污水的能力人工湿地净化污水的能力。它们把有机质作为丰富的能源，将其转化为营养物质和能量。人工湿地系统中的微生物主要去除污水中的有机质

9、和有机质和N N，某些难降解的有机物质和有毒物质需要运用微生物的诱发变异特性，培育驯化适宜吸收和消化这些有机物质和有毒物质的优势细菌，进行降解。人工湿地中的优势菌种有假单胞杆菌属假单胞杆菌属Pseudomonas、产产碱杆菌属碱杆菌属Alcaligens 和黄杆菌属黄杆菌属Flavobacterium，均为生长快速的微生物，其体内含有降解质粒，是分解有机物的主分解有机物的主体微生物种群体微生物种群。假单胞杆菌属假单胞杆菌属基质基质基质系指人工湿地池床中填充的沙砾、碎石或土壤，主要起到支撑高等植物生长，基质表面附着微生物形成生物膜的作用，是人工湿地净化污水的主要部件之一。基质,又称填料,是人为设

10、计的由不同大小的砾、沙、土颗粒等按一定厚度铺成的供植物生长、微生物附着的床体。基质是污水处理的主要场所,也是微生物的主要载体，同时又可以为水生植物提供支持载体和生长所需的营养物质，当这些营养物质通过污水流经人工湿地时,基质通过一些物理、化学途径(如吸附、吸收、过滤、沉淀、络合反应和离子交换等)来去除污水中的SS、N、P等营养物质。自由表面流系统多以土壤为基质,潜流与垂直流系统则根据不同的特征污染物选择不同的基质,并须考虑便宜、易于取材等因素。石子石子炉渣炉渣动物动物动物是作为人工湿地生态系统中必不可少的一部分,其在食物链与营养级的生态平衡中起到重要作用,进而对人工湿地污水处理系统的稳定性作出了

11、重要贡献。目前,关于人工湿地中动物参与污染物净化方面的研究甚少,有研究提到了蚯蚓(Drilonema)能起到清洁垃圾的作用,从而减少了排泥次数。蚯蚓和沙蚕(Nereisdiversicolor)对重金属有富集作用,可以推测这些动物对污水中的重金属去除也能起一些作用。3、人工湿地处理污水、人工湿地处理污水 工艺工艺1.预处理系统预处理系统在实际工程中，预处理系统属于污水进入人工湿地污水处理系统前的物理处理工艺，一般包括拦污格栅、缓冲池、沉沙池及快速渗滤池等。实际工程中，往往结合相关工艺进行，如缓冲池结合沉沙池建造。2.前处理系统前处理系统前处理系统是指人工湿地污水处理工程的前端（或称前段）处理工

12、艺，其主要作用是通过生物降解，降低污染负荷、分解大颗粒污染分子，将复杂的有机物转化为简单的无机物等。常见的前处理工艺包括生物塘、水解酸化池、接触氧化池等。3.人工湿地污水处理主体工艺人工湿地污水处理主体工艺此处所说的主体处理工艺即表面流人工湿地、垂直潜流人工湿地及水平潜流人工湿地3 种工艺类型。一般主处理工艺所占面积约为整个工程面积的60%70%左右，所以称为主体处理工艺。人工湿地主体工艺对比人工湿地主体工艺对比水面暴露于大气，污水在人工湿地基质表面漫流，水位较浅，为-。表面流湿地不需要砂砾等物质作填料，造价较低、操作费用较低，但水力负荷较低、占地面积大，其处理能力较低，对氨氮的去除率偏低。表

13、面流人工湿表面流人工湿地地污水由一端进入，经过配水系统（一般由卵石构成）均匀进入基质层，基质层一般由土壤和砾石构成。表层土壤上栽种耐水植物，通常是芦苇，这些植物有发达的根系，可以深入到表土以下的基质层中。对、等有机物和重金属等去除效果好。保温性好、处理效果受气候影响小、卫生条件好的特点。这也是目前研究最为广泛的一种人工湿地系统。污水水流方向和床区垂直，其水流综合了前两者的特点。污水被投配到床区表面后，淹没整个表面，随后逐步垂直渗流到底部，由底部的集水系统收集后排放。但其建造要求较高，至今尚未广泛使用。水平潜流人水平潜流人工湿地工湿地垂直潜流垂直潜流人工湿地人工湿地4.后处理后处理人工湿地系统的

14、后处理工艺，也叫末端处理工艺，通常起到杀菌消毒、强化出水水质、改善景观效果等的作用。常用的工艺主要包括表流湿地和好氧生物塘（水景塘）造景、沙滤池过滤、紫外线消毒或配药消毒等。工艺流程简图工艺流程简图4、人工湿地构建与运行中存在的问题、人工湿地构建与运行中存在的问题人工湿地作为一种新型技术，具有诸多优点并在国内外得到广泛应用。但也必须明确，目前的应用还不能解决污水处理中的全部问题，很多未知领域和难题有待深入探讨。4.1 人工湿地工程构建中的科学规划与设计人工湿地生态系统工程，是污水净化的新型研究领域，属于应用科学的范畴。它的设计与构建需要符合自然生态系统整体功能的要求，从生态系统物种共生与物质循

15、环再生、分层多级利用的原理及结构功能相协调原则出发，结合生态工程物质生产工艺的最优化方法进行设计。从目前实践来看，一个完整的人工湿地污水处理系统工程，在设计与构建时，一般都应包括预处理系统、人工湿地处理系统、湿地出水回用系统三部分组成。根据所处理的污水类型不同和出水水质要求不同，其工程设计有所差异。比如城市生活综合污水和工业污水污染负荷较大,必须考虑构建二级沉淀预处理系统，而对于池塘养殖污水的处理，由于其污染程度相对较低，一般在预处理一级沉淀的基础上，采用人工湿地处理的方法就可取得好的效果。4.2污水预处理在提高湿地处理效果中的重要性污水预处理在提高湿地处理效果中的重要性预处理是在污水进入人工

16、湿地之前，临时储存期间所采取的处理措施。实践中，由于人们对预处理的重要性认识不足，容易忽视这一环节应有的工艺，往往是在湿地处理效果不理想或运行出现淤堵问题处理效果不理想或运行出现淤堵问题时，才去采取工艺改造等补救的措施。这样就会造成建设资金的浪费。谌伟等采用硅藻土与助凝剂硅藻土与助凝剂(PAM)(PAM)复配对污水进行预处理复配对污水进行预处理，减轻了湿地系统后续潜滤池堵塞隐患，保证高负荷湿地系统连续运转。刘家宝等通过在进入湿地前增加接触水解酸化系统接触水解酸化系统，发现对有机污染物的去除有较好的效果，CODcr去除率为30%53.5%；BOD5的去除率为32.5%66.1%。4.3人工湿地运行中的堵塞问题人工湿地运行中的堵塞问题一是预处理不到位一是预处理不到位，污染负荷过大致使大量不溶性有机物进入湿地来不及降解在基质内大量积累，而加速堵塞。二是基质选择不合理二是基质选择不合理，致使基质比表面积和孔隙率致使基质比表面积和孔隙率降低。降低。比表面积，是指单位体积的基质所具有的表面积。孔隙率是指基质所具有的孔隙与基质总体积之比，二者都是影响堵塞的重要因素。三是水力负荷过大导致有机物短期内大