中国给水排水2024年污水处理厂提标改造(污水处理提质增效)高级研讨会(第八届)邀请函暨征稿启事
 
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人工湿地技术在污水处理中的应用 Application of Constructed Wetland System on Wastewater Treatment 作者: 张桥英:西华师范

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-29  浏览次数:164
核心提示:人工湿地技术在污水处理中的应用 Application of Constructed Wetland System on Wastewater Treatment 作者: 张桥英:西华师范大学国土资源学院,四川 南充
中国给水排水2024年污水处理厂提标改造(污水处理提质增效)高级研讨会(第八届)邀请函暨征稿启事

中国给水排水2024年污水处理厂提标改造(污水处理提质增效)高级研讨会(第八届)邀请函暨征稿启事
 来源 :https://www.hanspub.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=23585


WPT  >> Vol. 6 No. 1 (January 2018)

    人工湿地技术在污水处理中的应用
    Application of Constructed Wetland System on Wastewater Treatment

  • 全文下载: PDF(342KB) HTML   XML   PP.82-86   DOI: 10.12677/WPT.2018.61010  
  • 下载量: 813  浏览量: 3,173  

作者:  

张桥英:西华师范大学国土资源学院,四川 南充

关键词:
人工湿地污水处理污水处理技术Constructed Wetland Wastewater Treatment Treatment Technology of Wastewater

摘要:

人工湿地法处理污水技术是目前国际污水处理研究领域的热点。本文主要从人工湿地的分类、净化机理、影响净化的因素、国内外应用现状和应用前景等方面对人工湿地技术进行了阐述。人工湿地系统是一个完整的生态系统,是正在不断得到研究应用和发展的污水处理实用新技术,具有投资低,出水水质好,抗冲击力强,增加绿地面积,改善和美化生态环境,操作简单,维护和运行费用低廉等优点。这项技术适合我国国情,尤其适合广大农村、中小城市的污水处理,具有极其广阔的应用前景。

Technique of wastewater treatment with constructed wetlands is currently the highlight in the field of international wastewater treatment research. This review briefly described the classification of constructed wetland, the mechanisms of cleaning wastewater, the factors affecting cleaning, the present situation of the application, and the development direction of constructed wetland application. The constructed wetland system is an integrated ecosystem. It’s also a new wastewater treatment technology being developed and applied. It has such advantages as low investment, high quality effluent, good impact resistance, ecological environment improvement and beautification, increase of green land, simple performance, cheap operation fee, and so on. The constructed wetland system is a suitable technology for wastewater treatment in China, which has wide application prospects especially in rural areas and small cities.

1. 引言

水资源短缺是制约我国经济发展的重要因素,全国660座城市中,有400多座城市缺水,100多座城市严重缺水 [1] 。水资源紧缺不仅仅在于水量型缺水,更重要的是污染造成的,形成日益严重的水质型缺水。强化污水处理,保护现有可用水资源,是缓解我国水资源危机的治本之策。

目前,我国城市污水处理普遍采用活性污泥法、氧化沟法、间歇性活性污泥法等。我国处理污水造价在1000元/m3∙d以上,运行费用在0.13~1.12元/t之间 [2] 。随着经济发展,需处理的污水量越来越大,新环境法的实施对处理要求也越来越高。但现有的污水处理技术由于其高昂的投资和运行费用,使得各种二级、三级处理技术难以大面积推广。人工湿地技术作为一种经济有效的污水处理手段(基建投资为传统方法的1/5至1/2;运行费用仅为传统二级污水厂的1/10至1/5 [3] ),为综合解决上述问题提供了一种新的选择。

人工湿地是指人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统,其设计和建造是通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来进行废水处理。人工湿地污水处理技术是20世纪七八十年代发展起来的一种污水生态处理技术,一般由人工基质和生长在其中的水生植物(如芦苇、香蒲等)组成,是一个独特的基质–植物–微生物组成的生态系统。当污水通过系统时,其中污染物质和营养物质被系统吸收、转化或分解,从而使水质得到净化。它利用生态系统中物种共生、物质循环再生原理,结构与功能协调原则,在促进废水中污染物质良性循环的前提下,充分发挥资源的生产潜力,防止环境的再污染,获得污水处理与资源化的最佳效益,是一种同时具有环境效益、经济效益及社会效益的废水处理技术。

2. 人工湿地的分类

根据湿地中主要水流形式人工湿地可分为以下3类:表面流湿地(SFW, Surface Flow Wetland)、潜流人工湿地(SSFW, Subsurface Flow Wetland)和垂直流人工湿地(VFW, Vertical Flow Wetland) [4] [5] 。

2.1. 表面流人工湿地

表面流湿地也称为自由水面系统,这种系统与值日湿地最为接近。此系统中污水在湿地的表面流动,水深较浅(一般在0.1~0.6 m),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,绝大部分有机污染物的降解由浸没在污水中的植物茎基部生物膜上的微生物完成。常用的植物包括香蒲、芦苇、慈姑、莎草等。其优点是投资省,缺点是负荷低,对N、P的去除率偏低 [6] ,北方地区冬季表面会结冰,夏季会滋生蚊蝇、散发臭味,该类型在美国、加拿大、新西兰、瑞典等国有较多分布,但目前已较少采用。

2.2. 潜流人工湿地

潜流人工湿地是由滤料层与植物共同构造的系统,是一个由填料、植物与微生物共同组成的生态系统,系统中污水在湿地床的内部流动。污水经配水系统均匀分配并缓慢流过填料床植物根系并被其中的植物与微生物处理。介质通常选用水力传导性良好的材料,从进口经由砂石等系统介质,污水在系统表面以下以近水平流方式流向出口。常用的植物包括芦苇、香蒲、美人蕉等。其优点是,由于此系统可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的根系及表土层和填料的截留作用,处理效率得到了提高;另外,由于水流在地表以下流动,具有较好的保温性,从而受气候影响小、卫士条件好。缺点是占地面积较大。

2.3. 垂直流人工湿地

垂直流人工湿地综合了地表流湿地系统和潜流湿地系统的特性,水流在填料床中基本上由上向下垂直流动,水流流经床体后被铺设在出水端底部的集水管收集而排出处理系统。垂直流人工湿地分单向垂直流型人工湿地和复合垂直流型人工湿地两种。单向垂直流型人工湿地一般采用间歇进水运行方式,复合垂直流型人工湿地一般采用连续进水运行方式。其优点是处理效率高、受气候影响小、卫生条件好,并且占地也有所减少。

3. 人工湿地的净化原理

人工湿地对污水的净化是填料、水生植物和微生物共同作用的结果。人工湿地正常运行后,填料表面和植物根系中生长出大量的微生物,污水流经时,悬浮物被填料及根系阻挡截留,有机物通过生物膜的吸附及同化、异化作用而得以去除。湿地床层中因植物根系对氧的传递释放,使其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态,保证了废水中的氮、磷不仅能被植物及微生物作为营养成分直接吸收,还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用从废水中去除。最后通过湿地填料的定期更换或收割使污染物质最终从系统中去除。

3.1. 人工湿地去除有机污染物的机理

对有机物有较强的降解能力是人工湿地的显著特点之一。对有机物的去除作用,湿地床是通过物理的截留沉淀和生物的吸收降解的共同作用而实现。通过湿地的沉淀、过滤作用,系统中的微生物可以很快截留和利用污水中的不溶性有机物,而生物膜和植物根系的吸附、生物代谢降解等过程,又可以很快地分解去除污水出水中的可溶性有机物。资料表明:在进水浓度较低的条件下,人工湿地对BOD5的去除率可达85%~95%,对COD的去除率可达80%以上 [5] 。

3.2. 人工湿地对氮的去除

对氮的去除作用,人工湿地处理系统包括氨挥发,基质的吸附、过滤、沉淀,微生物硝化和反硝化作用,植物吸收等。有机氮在植物土壤系统中,在微生物的作用下首先被截留沉淀下来,然后转化为氨态氮。氨离子很容易被土壤颗粒吸附(土壤颗粒带有负电荷),通过硝化作用,土壤微生物将氨离子转化为 NO3" role="presentation" style="display: inline; line-height: normal; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; white-space: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">NO3 。作为植物生长过程中不可缺少的物质, NO3" role="presentation" style="display: inline; line-height: normal; text-indent: 0px; word-spacing: normal; overflow-wrap: normal; white-space: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; padding: 0px; margin: 0px; position: relative;">NO3 可以被植物直接摄取,合成植物蛋白质等有机氮,通过收割植物,从而将氮从湿地系统中去除 [7] 。

3.3. 人工湿地对磷的去除

人工湿地对磷的去除是由植物吸收、微生物去除及基质的物理化学作用而完成的。废水中的无机磷在植物吸收及同化作用下,可变成植物的有机成分,通过有规律的植物收割去除。然而,也有学者指出通过植物收割从湿地系统中去除的磷是非常少的,因此湿地填料一直被公认为是湿地中磷的最终归宿 [5] 。基质的物理化学作用主要是填料对磷的吸收、过滤和与磷酸根离子的化学反应。生物对磷的去除,包括对磷的正常同化作用和对磷的过量积累。一般二级污水处理中,当进水磷含量为10 mg/l时,微生物对磷的正常同化去除,仅是进水总量的4.5%~19% [7] ,所以,微生物除磷主要是通过强化后对磷的过量积累来完成的。

3.4. 对金属的去除

湿地中金属的去除主要是依靠沉淀–吸附作用。化学沉淀作用通过湿地的代谢而得到加强。湿地对金属的去除不被认为是重要的。

4. 人工湿地净化的影响因素

湿地的污水净化性能主要依赖于当地的气候、湿地中水流动力学特性、植物种类、微生物类群及基质组成。依据影响因素的特征可以将其分为人工湿地自身因素和外部因素,自身因素包括湿地床结构、植物的选择和系统的供氧状况等;外部因素包括温度和污水中物质的毒性等因素。其中当地气候是主要影响因素,因为其有影响其它几项因素的作用,湿地植物种类、微生物活性和土壤中营养物质的生化循环都与气候有关。如Hill和Payton用两个串联的表面流人工湿地系统处理家禽养殖厂污水试验时发现低温对氨、硝酸盐的去除有不利影响 [8] 。不同的植物种类和微生物类群对污水的净化效果不同,全球湿地高等植物多达6700余种,但目前被用于人工湿地处理污水的不过几十种,很多植物还从未试过,选择对污水处理效果好、适应性强的植物对人工湿地的净化效果至关重要,如芦苇属和香蒲属植物是使用频率最高且比较有效的植物。基质的组成与水流过程及某些污染物的积累、释放密切相关,因此,选择合适的填料组成、设计合理的水流动力学特征参数可有效去除污染物质。最近还有研究表明,有机污染物的转化和营养物质循环与基质中的氧化、还原条件及可获电子受体量有很好的相关性。

5. 人工湿地污水处理在国内外的应用

1953年德国Kathe Seidel博士发现芦苇对污水的净化效应,并开发出Max-Planck Institute Process系统。随后,1977年Kichath提出了“根区法”,标志着人工湿地污水处理机理的初步萌芽。1974年德国建成第一座人工湿地,与此同时,美国也开发了“厌氧微生物和芦苇处理污水”复合系统 [9] 。此后,人工湿地处理污水技术得到了迅速的发展和完善。最初人工湿地主要用于生活污水和矿山酸性废水的处理,后来也用于城市污水和各种工业废水的二级处理等,目前多用于农业面源污染、城市或公路径流等非点源污染的治理。国外人工湿地已用于各种污水的处理,如:生活污水、矿业酸性污水、农业废水、垃圾渗滤液、暴雨雨水、富营养化自然水体等 [10] 。人工湿地污水处理系统数量也得到长足的发展,如:在美国已有600多处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水 [11] 。丹麦、德国、英国至少有200处人工湿地系统在运行 [12] 。新西兰也有80多处人工湿地系统投入使用 [13] 。在欧洲应用较多的则是地下潜流系统,特别是在一些东欧国家应用广泛。

我国对湿地处理系统的研究起步较晚,在“七五”期间才开始人工湿地的研究工作。首例采用人工湿地处理污水的工程是1987年由天津市环保研究所建成的1400 m3/d芦苇湿地污水处理工程。之后,1989年建成了北京昌平500 m3/d自由水面人工湿地污水处理工程、1990年建成了深圳白泥坑人工湿污水处理工程、1993年建成的大冶铁矿炸药车间人工湿地污水处理工程、1999年建成的漳州市天宝造纸厂人工湿地污水处理工程、2002年将成的江苏省泗洪县人工湿地污水处理工程、2003年月建成的石岩人工湿地污水处理工程、2003年建成的澄江县马料河人工湿地污水处理工程、2004年月建成的江川县渔村大河人工湿地污水处理工程、2008年月建成的江川人工湿地实验工程、2008年月建成的玉溪市九溪人工湿地污水处理工程、2008年月建成的昆明市体育城人工湿地污水处理景观工程、2009年月建成的萍乡市芦溪县南坑人工湿地污水处理工程等湿地项目都是我国应用人工湿地处理污水的成功实例。此外,我国在人工湿地的机理研究方面也取得了很多成果。

6. 人工湿地在我国的应用前景

人工湿地污水处理系统能够有效地去除有机污染物,吸收氮和磷,防止环境受到再次污染,充分发挥了资源的生产潜力,能够获得污水资源化处理的最佳效益,因此是一种较好的废水处理方式。并且,人工湿地污水处理系统是一种集环境效益、经济效益及社会效益为一体的污水处理方式。其投资和日常运行费用仅为常规二级污水处理厂的1/10~1/2和1/5~1/3,具有高效率、低投资、低运转费用、低维持费用和基本不耗电的特点。利用人工湿地技术进行污水处理,符合人类与水生生物协调发展的客观要求,有利于促进良性生态环境的建设,有显著的社会、环境和经济效益。这种方式尤其适合在中小城市和乡村缺少具有一定操作管理和技术水平的人员的条件下使用,具有极其广阔的应用前景。

鉴于人工湿地占地面积大、废弃后难恢复、受气候及系统中植物影响较大等因素,我们在应用人工湿地时应当做到:尽量节约土地,选择荒废的地段;结合当地的实际情况选择合适的湿地系统和合适的植物;多与其他国家进行合作,交流思想,以便使湿地系统更好地服务于我国的污水处理事业。

文章引用:
张桥英. 人工湿地技术在污水处理中的应用[J]. 水污染及处理, 2018, 6(1): 82-86. https://doi.org/10.12677/WPT.2018.61010

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中国给水排水直播:云中漫步-融合大数据、人工智能及云计算的威立雅智慧水务系统Hubgrade 直播时间:2023年3月15日 中国给水排水直播平台会议通知 | 2023污泥处理处置技术与应用高峰论坛(清华大学王凯军教授团队等)
中国污水千人大会参观项目之一: 云南合续环境科技股份有限公司  海口市西崩潭水质净化中心 中国给水排水 Water Insight直播:刘锐平  清华大学 环境学院 教授 博士生导师—高浓度硝酸盐废水反硝化脱氮过程强化原理与应用 会议时间:2023.1.7(周六)10:00—11:00
智慧水务的工程全生命周期实践分享 直播时间:2023年1月6日 15:00-16:00 对话嘉宾:窦秋萍  华霖富水利环境技术咨询(上海)有限公司  总经理 主持人:李德桥   欧特克软件(中国)有限 苏伊士 直播时间:12月30日14:00-16:00直播题目:污泥处理处置的“因地制宜和因泥制宜” 主讲人:程忠红,苏伊士亚洲  技术推广经理 特邀嘉宾:刘波 中国市政工程西南设计研究总院二院总工 教
苏伊士 直播时间:12月27日14:00-16:00;复杂原水水质下的饮用水解决方案    陈智,苏伊士亚洲,技术推广经理,毕业于香港科技大学土木与环境工程系,熟悉市政及工业的给水及污水处理,对苏伊士 曲久辉  中国工程院院士,美国国家工程院外籍院士,发展中国家科学院院士;清华大学环境学院特聘教授、博士生导师;中国科学院生态环境研究中心研究员
基于模拟仿真的污水处理厂数字化与智慧化:现状与未来 直播时间:2022年12月28日(周三)9:30—12:00 2022城镇溢流污染控制高峰论坛|聚焦雨季溢流污染控制的技术应用与推广 中国给水排水
王爱杰 哈尔滨工业大学教授,国家杰青,长江学者,国家 领军人才:广州大学学术讲座|低碳水质净化技术及实践 直播时间:2022年12月18日 9:30 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议 直播时间:2022年12月15日 20:00—22:00
德国专场直播主题:2022 中国沼气学术年会暨中德沼气合作论坛 2022 中国沼气学术年会暨中德沼气合作论坛德国专场 时间:2022年12月20日  下午 15:00—17:00(北京时间) 2022中国沼气学会学术年会暨第十二届中德沼气合作论坛的主论坛将于12月15日下午2点召开
技术交流 | 德国污水处理厂 计算系列规程使用介绍 城建水业 WaterInsight首期丨王志伟教授:膜法水处理技术面临的机遇与挑战 直播时间:2022年12月10日 10:00—11:00
处理工艺专场|水业大讲堂之六——城市供水直饮安全和智慧提质 直播时间:2022年12月8日 8:30—12:15 建设管理专场|水业大讲堂之六——城市供水直饮安全和智慧提质 直播时间:2022年12月7日 14:00—17:15
国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议 直播时间:2022年12月8日 20:00—22:00 Training Course for Advanced Research & Development of Constructed Wetland Wastewater Treatment Tech
12月3日|2022IWA中国漏损控制高峰论坛 直播时间:2022年12月3日(周六)9:00—17:00 2022-12-03 09:00:00 开始 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议(第八期) 直播时间:2022年12月1日 20:00—22:00 2022-12-01 20:00:00 开始
中国给水排水直播:智慧输配专场|水业大讲堂之六——城市供水直饮安全和智慧提质 直播时间:2022年11月30日 14:00—17:05 2022-11-30 14:00:00 开始 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议(第七期) 直播时间:2022年11月25日 20:00—22:00 2022-11-25 20:00:00 开始
国标图集22HM001-1《海绵城市建设设计示例(一)》首次宣贯会   直播时间:2022年11月24日 13:30—17:30 中国给水排水直播平台 【 李玉友,日本国立东北大学工学院土木与环境工程系教授,博导,注册工程师】颗粒污泥工艺的研究和应用:从UASB到新型高效脱氮和磷回收
中国建科成立70周年|市政基础设施绿色低碳发展高峰论坛   直播时间:2022年11月22日 13:30—18:25   2022-11-22 13:30:00 开始 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议(第六期)   直播时间:2022年11月22日 20:00—22:00
会议预告| 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议(第五期) 中国给水排水 奋进七十载 起航新征程|中国市政华北院第十届科技工作会议暨庆祝建院七十周年大会  直播时间:2022年11月18日 9:30   2022-11-18 09:00:00 开始
樊明远:中国城市水业的效率和服务要做一个规范     樊明远 世界银行高级工程师 黄绵松  北京首创生态环保集团股份有限公司智慧环保事业部总经理,正高级工程师  获清华大学博士学位:海绵城市系统化运维的挑战与实践  直播时间:2022年11月16日 18:30  黄绵松  北京
全国节水高新技术成果展云端活动周寻水路  污水回用专场      转发直播赠送  中国给水排水电子期刊  !!!  直播抽奖 100份 中国给水排水电子期刊  !!! 首届全国节水高新技术成果展即将开幕,同步举行的节水时光云端活动周”也将于2022年11月15日10:00-12:00 、14:30-17:00,在云端与水务行业的专家朋友见面!    在这即将到来激动
会议预告| 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议(第四期) 中国给水排水 国标图集22HM001-1《海绵城市建设设计示例(一)》首次宣贯会
国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议 直播时间:2022年11月3日 16:00—18:00 2022-11-03 16:00:00 开始 中国给水排水直播 会议预告 | 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议 国合环境
精彩预告 | 黄河中上游水环境国际论坛·颗粒污泥水处理创新与应用  来源:《中国给水排水》 全球环境科学高峰论坛系列讲座( BEST):电活性微生物:生物地球化学循环、生物能提升、生物修复、金属腐蚀以及新型电子设备    报告人:马萨诸塞州州立大学-阿默斯特分校的Derek Lovley教授
彭永臻院士直播预告丨城市污水生物脱氮除磷新技术与发展/2022年中国污泥大会(第十三届)/工业污泥大会/固废大会/渗滤液大会 直播预告 | 8月21日 中外雨水管理经验和挑战研讨会 中国给水排水    留德华人资源与环境学会  潘伯寿博士,于1991年在德国卡尔斯鲁厄大学获工学博士学位。曾受聘德国GKW工程设计及咨询公司,贝
清水绕村庄,农家换新颜 山东加快推进农村生活污水及黑臭水体治理--8月9日上午,山东省在日照市召开2022年全省东部片区农村生活污水和农村黑臭水体治理现场推进会,参会代表现场观摩学习了岚山区、高新区等 【水大会直播二位码】中国污水处理厂提标改造/污水处理提质增效/排水管网、水环境综合治理/再生水利用/水环境综合治理大会目次及报告日程
威立雅应对碳中和愿景的思路 原创 Veolia 威立雅水务技术 《中国给水排水》第十八届年会暨水安全保障及水环境综合整治高峰论坛日程
污水千人大会参观典型项目:长春英俊污水处理厂扩容提标改造项目技术介绍 中国给水排水直播预告 | 排水系统数字孪生的核心:借助排水模型开启全面诊断模式   窦秋萍  Vivian Dou   华霖富中国区总经理
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