造紙廢水的蘆葦人工濕地處理

1、第24卷第3期濱州學(xué)院學(xué)報(bào)2008年6月【環(huán)境與生態(tài)研究】造紙廢水的蘆葦人工濕地處理夏孟婧1,陸兆華2,1,謝國(guó)莉1,劉志梅1,何小青1(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究所,1000832.濱州學(xué)院,山東摘要:、作用特點(diǎn)及類型,分析了不同構(gòu)造工藝,的效果,.;造紙廢水;處理:X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):167322618(2008)0320018205人工濕地技術(shù)是近30年發(fā)展起來的一種廢水處理新技術(shù),自1974年第一個(gè)人工濕地污水處理的系統(tǒng)在西德建成以來,這方面的研究在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展.人工濕地污水處理系統(tǒng)具有低投資、低運(yùn)行費(fèi)、低能耗、不需要復(fù)雜的維護(hù)、污染物質(zhì)去除率較高等特點(diǎn),并

2、且與傳統(tǒng)的二級(jí)生物處理工藝相比,蘆葦濕地的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用低1.因此,在一些地域廣闊、灘涂較多的地方,可以因地制宜地建立人工濕地或利用現(xiàn)有的濕地,利用濕地系統(tǒng)的水草、蘆葦?shù)人参锏纳顒?dòng)代謝作用、地表系統(tǒng)自然凈化功能、土地吸收和吸附作用等因素,對(duì)經(jīng)隔柵、絮凝等初步處理或二級(jí)生物處理后的廢水作深度處理,使之達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn).選擇蘆葦作為人工濕地處理廢水的植物有以下原因:(1)經(jīng)過處理達(dá)到農(nóng)業(yè)灌溉要求的造紙廢水,對(duì)蘆葦生長(zhǎng)來源不再是廢水,而是重要的新資源,因?yàn)樗堑直鹊缓袡C(jī)物和氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),可以促進(jìn)蘆葦生長(zhǎng),提高產(chǎn)量.(2)蘆葦對(duì)造紙廢水具有凈化作用,C.H.House2的實(shí)驗(yàn)

3、表明蘆葦對(duì)氮、磷的去除能力非常強(qiáng),而氮、磷是造紙廢水中較難去除的物質(zhì).(3)蘆葦是優(yōu)良的造紙?jiān)?濕地中生長(zhǎng)的蘆葦可回用于造紙,實(shí)現(xiàn)生態(tài)紙業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式.1濕地的概念從生態(tài)學(xué)的角度看,濕地是陸地與水系之間的過渡區(qū)域,其地表水和表面積水的頻度和持續(xù)時(shí)間很充分,在正常的環(huán)境條件下能夠供養(yǎng)適應(yīng)于潮濕土壤植被的區(qū)域3.濕地通常指有50%以上的生物物種為水生或適宜于水生生境,平均積水深度少于或等于2m,必須有挺水或木本植物生長(zhǎng)4.1971年濕地公約將濕地定義為“:濕地系指不論其為天然或人工、長(zhǎng)久或暫時(shí)的沼澤地、泥炭地或水域地帶,帶有或靜止或流動(dòng),或淡水、半咸水或咸水水體者,包括低潮時(shí)水深不超過6m的水域

4、.”濕地是一種具有多種功能和使用價(jià)值的生態(tài)系統(tǒng),在蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、控制土壤侵蝕、促淤造陸、降解環(huán)境污染等方面起著極其重要的作用.人工濕地就是利用自然濕地生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)、生物的協(xié)同作用并通過人工設(shè)計(jì)建造的一種收稿日期:2008203206基金項(xiàng)目:國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAC01A13),國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30770412),女,安徽岳西人,在讀碩士,主要從事生態(tài)恢復(fù)研究.第一作者簡(jiǎn)介:夏孟婧(1985第3期新型污水處理工藝.夏孟婧,等造紙廢水的蘆葦人工濕地處理192蘆葦人工濕地的基本構(gòu)造和工藝蘆葦人工濕地主要由3部分組成:(1)具有各種透水性的基質(zhì)(如土壤砂

5、、礫石).基質(zhì)為植物提供物理支持,為各種復(fù)雜離子、化合物提供反應(yīng)界面,為微生物提供附著.(2)適于在飽和水和厭氧基質(zhì)中生長(zhǎng)的植物蘆葦.蘆葦對(duì)污水中污染物質(zhì)具有吸收、吸附和富集作用.(3)生物種群.生物種群也對(duì)污水中污染物質(zhì)有吸收、吸附和富集作用.,流動(dòng)過程中,經(jīng)過耐水植物蘆葦和土壤(或其他基質(zhì)).,常見的有以下4種:推流式、回流式、5.,階梯進(jìn)水式可以避免填料床前部的堵塞問題,.BOD5和SS進(jìn)行稀釋,增,出水回流還可以促進(jìn)填料床中硝化和反,另一方面還將進(jìn)水分布到填料床的中部,以減輕填料床前端的負(fù)荷6,如單一式、串聯(lián)式、并聯(lián)式和綜合式等.圖1蘆葦濕地中的基本流向3蘆葦人工濕地的作用和特點(diǎn)蘆葦人

6、工濕地處理污水系統(tǒng)是一種污染生態(tài)系統(tǒng)7,它是利用自然生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來完成對(duì)污水的凈化8.蘆葦人工濕地具多種重要的作用和特點(diǎn):(1)吸收利用、吸附和富集作用.當(dāng)污水通過蘆葦濕地系統(tǒng)時(shí),蘆葦能從污水中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)加以利用,并能吸附和富集重金屬及一些有毒有害物質(zhì),使水質(zhì)得到凈化.蘆葦對(duì)重金屬等污染物質(zhì)有顯著的吸附和富集作用,蘆葦體內(nèi)的重金屬濃度可達(dá)到污水中重金屬濃度的幾十、幾百甚至幾千倍,在蘆葦體內(nèi)富集的污染物質(zhì)通過每年對(duì)蘆葦?shù)氖崭钭罱K從系統(tǒng)中去除.(2)能顯著增加微生物的附著.蘆葦?shù)母o發(fā)達(dá),有利于微生物生長(zhǎng)附著.廢水流經(jīng)蘆葦床時(shí),大量的SS被根系阻擋截留,有機(jī)污染物則通

7、過微生物的吸收、同化及異化作用而被去除.(3)將大氣氧傳輸至根部.人工濕地的脫氮機(jī)理主要是硝化反硝化,氧化是脫氮的限制步驟.蘆葦?shù)母当容^發(fā)達(dá),泌氧能力強(qiáng),蘆葦?shù)拿谘豕δ鼙人⑺[、黃昌蒲、美人蕉等水生植物的要高,蘆葦根系的輸氧速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由于空氣擴(kuò)散所得的氧量9.(4)增加或穩(wěn)定土壤的透水性.蘆葦可向地下部分輸氧,根和根狀莖向基質(zhì)中輸氧,因此可為根際中好氧和厭氧微生物提供良好環(huán)境.蘆葦?shù)母伤蓜?dòng)土壤,死后可留下相互連通的孔道和有機(jī)物.無論土壤最初的孔隙率如何,蘆葦可穩(wěn)定根際的導(dǎo)水性相當(dāng)于粗砂25年10.4蘆葦人工濕地的類型根據(jù)處理工藝的不同,蘆葦濕地可分為地表流濕地和地下流(包括平行流和下

8、行流)濕地11.不同類型濕地對(duì)有機(jī)物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物的去除率也各不相同.4.1地表流蘆葦濕地地表流蘆葦濕地中的污水從一端引入,水面高出濕地表面1060cm,在濕地的土壤表層緩慢流動(dòng),床體表層一般未經(jīng)密封.污水中的懸浮物、膠體和一些無機(jī)化合物主要依靠沉淀、吸附、氧化還原等物理作20濱州學(xué)院學(xué)報(bào)第24卷用去除.蘆葦?shù)臋C(jī)械阻擋作用可以減緩水流速度和風(fēng)速,有利于懸浮物質(zhì)的去除.蘆葦?shù)母o、葉片均具有發(fā)達(dá)的通氣組織,可以將氧氣直接輸送到植株各處.蘆葦根系釋放的氧氣向水中擴(kuò)散,使水體底部形成許多缺氧區(qū)和好氧區(qū).在好氧區(qū),通過附著在根系上的好氧微生物的作用,分解污水中的有機(jī)物,礦化后的一部分無機(jī)物(如氮和磷

9、)可被植物利用;在缺氧區(qū),可通過反硝化作用而脫氮,使污水得以凈化.在以上機(jī)理協(xié)同作用下,污水中COD、無機(jī)氮和磷等都有了顯著的降低.地表流蘆葦濕地與其他工藝相比較,投資少,運(yùn)行和管理費(fèi)用也較低,但其缺點(diǎn)是水力負(fù)荷低,占地面積大.除此之外,在北方地區(qū),冬季地表流蘆葦濕地表面會(huì)結(jié)冰,夏季可能會(huì)滋生蚊蠅,還會(huì)有臭味,.4.2地下流蘆葦濕地和下行流兩種類型12.因污水在地表下流動(dòng),.雖然地下流工藝的投資要比地表流的大,.4.2.1,水面一般低于床體表層約510.,因此濕地中經(jīng)常存在有氧和無氧區(qū)域.,一般認(rèn)為有氧部分位于床體上層和蘆葦根附近.平行流蘆葦濕地的深度一般取0.6m,濕地底層坡度不超過0.5%

10、1.5%.4.2.2下行流蘆葦濕地在下行流蘆葦濕地中,為了保證污水垂直向下流,采用了不同的進(jìn)水方式和出水收集方式.目前較為可行的辦法是采用間歇進(jìn)水或者將進(jìn)水管埋設(shè)在距濕地表面60100cm深處,濕地的總深度約為23m.污水緩慢地濾過濕地土壤,因此也有人把此稱為“滲濾濕地”,下行流蘆葦濕地的輸氧能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平行流的輸氧能力.5蘆葦人工濕地處理造紙廢水效果的實(shí)例分析在鐘玉書等人研究的用蘆葦濕地處理金城造紙廠廢水實(shí)驗(yàn)中13,用灌溉廢水不栽蘆葦為空白、灌溉自來水為對(duì)照.其廢水的主要成分為:COD含量為1560mg/L,BOD5含量為805mg/L,揮發(fā)酚含量為0.051mg/L,SS含量為139mg

11、/L,礦化度含量為3592mg/L,pH值為7.82.調(diào)查和監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目包括:(1)蘆葦生育調(diào)查:處理結(jié)束后調(diào)查蘆葦高度、莖粗、密度和植株干重.(2)水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和時(shí)間:處理后不同時(shí)間分析出水中COD、BOD5、SS、揮發(fā)酚、礦化度和pH值.(3)土壤分析項(xiàng)目:年終取土分析有效氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)、全鹽、Cl-、pH值.在本研究中,(1)利用蘆葦濕地處理造紙廢水的凈化效果:COD凈化率在70%以上,BOD5凈化率在83%以上,揮發(fā)酚凈化率在60%以上,SS凈化率在60%以上,廢水中這些物質(zhì)的凈化主要是通過土壤及土壤微生物的綜合作用.(2)廢水對(duì)土壤主要成分的影響:由于蘆葦?shù)奈兆饔?土壤氮、磷含量

12、未增加,沒有造成土壤氮素、磷素的積累.有機(jī)質(zhì)含量比原土增加43.17%,說明對(duì)土壤有培肥的作用,有利于第二年的蘆葦生長(zhǎng)和發(fā)育.土壤全鹽量有所提高,說明灌溉造紙廢水使土壤鹽離子積累,在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)配合淡水進(jìn)行灌溉.(3)廢水對(duì)蘆葦生長(zhǎng)的影響:廢水對(duì)蘆葦生長(zhǎng)不但沒有產(chǎn)生不良影響,而且使蘆葦增產(chǎn)量達(dá)10.7%.總之,利用蘆葦人工濕地處理造紙廢水不但有良好的進(jìn)化效果,而且對(duì)土壤主要成分和蘆葦生長(zhǎng)有一定的改善和提高作用.王慶九等人研究了蘆葦人工濕地處理射陽雙燈造紙廠廢水14,該人工濕地系統(tǒng)包括氧化塘系統(tǒng)、蘆葦田系統(tǒng)和灌排系統(tǒng)三部分,其中氧化塘系統(tǒng)占地面積66.7hm2,深度4m,屬于超深氧化塘,有利

13、于提高COD去除率、調(diào)節(jié)pH值和延長(zhǎng)冬季處理時(shí)間;蘆葦田系統(tǒng)占地面積1800hm2.該人工濕地系統(tǒng)經(jīng)氧化塘處理后的廢水由于COD濃度仍高于12001500mg/L,不能直接進(jìn)入蘆葦田系統(tǒng),為此建立了一個(gè)清水系統(tǒng),利用清水稀釋,引清水進(jìn)調(diào)節(jié)池與出水混合后,當(dāng)混合水COD的濃度小于500mg/L、pH值小于7.5時(shí),可用此混合水來灌溉蘆葦田.灌溉后的尾水由排水溝匯集,通過提升泵站集中進(jìn)一步處理后再與第3期夏孟婧,等造紙廢水的蘆葦人工濕地處理21混合水一道進(jìn)入灌溉系統(tǒng)進(jìn)行灌溉蘆葦田,從而形成污水在濕地系統(tǒng)中的循環(huán)利用,其運(yùn)行效果見表1.從表1中數(shù)據(jù)可知射陽雙燈造紙廠廢水經(jīng)處理后COD和pH值均達(dá)到了

14、造紙廢水的排放標(biāo)準(zhǔn).表1射陽雙燈造紙廠人工濕地系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果氧化塘出水14837.2氧化塘進(jìn)水COD/mgL-1pH值220028007.58.0蘆葦田出水1137.1造紙廢水排放標(biāo)準(zhǔn)450696結(jié)束語蘆葦人工濕地作為一種新型生態(tài)污水處理技術(shù),并且也有較好的處理效果,有待于進(jìn)一步完善.:6.1(1),處理系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定,對(duì)有機(jī)物、氮和磷等難以處理的成分去除能力強(qiáng).(2)人工濕地系統(tǒng)相對(duì)于其他處理方法而言,有如下優(yōu)點(diǎn):建造費(fèi)用便宜,易于管理、維護(hù),技術(shù)含量低,可緩沖水力和污染負(fù)荷的沖擊;人工濕地工藝無需曝氣、投加藥劑和回流污泥,也沒有剩余污泥產(chǎn)生,因而可大大節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用.(3)造紙企業(yè)是用水大戶

15、,現(xiàn)在廣泛提倡廢水回用、封閉循環(huán)和造紙廢水零排放.蘆葦人工濕地處理后的出水水質(zhì)較好,可以根據(jù)出水水質(zhì)情況和用水要求進(jìn)行回用或灌溉,同時(shí),蘆葦還可以作為造紙企業(yè)的材料,實(shí)現(xiàn)造紙企業(yè)和蘆葦人工濕地一體化,形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系.(4)人工濕地經(jīng)過系統(tǒng)規(guī)劃建成后,不但可以改善生態(tài)環(huán)境,為野生動(dòng)物增加了棲息場(chǎng)所,提高區(qū)域景觀價(jià)值;而且人工濕地還可作為環(huán)境教育與宣傳的基地,有助于改變?nèi)藗兊纳鷳B(tài)觀念,提倡節(jié)約水資源、重復(fù)利用可再生資源的理念,使人們建立起尊重自然的嶄新生活觀15.6.2蘆葦人工濕地處理造紙廢水存在的問題(1)人工濕地系統(tǒng)土地需求量大,環(huán)境潮濕,容易孳生蚊蟲,而且目前對(duì)人工濕地缺乏精確的設(shè)計(jì)運(yùn)

16、行參數(shù)、長(zhǎng)期運(yùn)行系統(tǒng)的詳細(xì)資料、人工濕地設(shè)計(jì)管理知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)16,缺乏對(duì)熱帶濕地生態(tài)及本地濕地物種的了解,在生物和水力復(fù)雜性、重要工藝動(dòng)力學(xué)等方面的理解也很有限.另外,人工濕地系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定成熟的時(shí)間長(zhǎng),據(jù)已有數(shù)據(jù),在系統(tǒng)建成幾年后才達(dá)到完全穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)10,要使?jié)竦叵到y(tǒng)達(dá)到其最優(yōu)效率,則需2-3個(gè)生長(zhǎng)周期.(2)應(yīng)用人工濕地系統(tǒng)遇到的另一個(gè)主要問題是人工濕地的堵塞.堵塞使得廢水的有效停留時(shí)間減少,原來的流動(dòng)路徑短路,廢水在濕地表面徑流,影響濕地長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性,甚至使?jié)竦叵到y(tǒng)失去其應(yīng)有的功能.RyszardBlazejewski17等認(rèn)為厭氧條件加速了系統(tǒng)的堵塞,因而間歇的投水方式和適當(dāng)?shù)臐竦?/p>

17、干化期對(duì)于系統(tǒng)避免堵塞也是必要的.(3)冬季運(yùn)行問題.氣溫的降低會(huì)使污染物的去除率降低,影響人工濕地的正常運(yùn)行,因此,在冬季人工濕地需要覆蓋隔離保溫或增加人工濕地的構(gòu)筑深度來達(dá)到保溫的效果18.參考文獻(xiàn):1GreenMB.Constructedreedbeds:Acost2effectivewaytopolishwastewatereffluentsforsmallcommunitiesJ.WaterEnvironmentResearch,1998,66(3):1882192.2HouseCH,BroomeSW,HooverMT.Treatmentofnitrogenandphosphorus

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