人工濕地污水處理工程技術(shù)基礎(chǔ)及案例

1、人工濕地污水處理工程技術(shù)基礎(chǔ)及案例介紹李匡文2011.05.111.人工濕地的定義2.人工濕地的形式和組成3.人工濕地系統(tǒng)內(nèi)污染物的去除機(jī)理4.人工濕地的組合與運(yùn)行機(jī)理5.人工濕地污水處理系統(tǒng)的應(yīng)用6.人工濕地系統(tǒng)的植物選擇與配置7.人工濕地系統(tǒng)的填料選擇與配置8.人工濕地需要注意的因素9.梅溪湖人工濕地污水處理工程10.工程案例11.結(jié)語(yǔ)內(nèi)容提要1.人工濕地定義人工濕地系指“人工筑成水池或溝槽，底面鋪設(shè)防滲漏隔水層，充填一定深度的基質(zhì)層，種植水生植物，利用基質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用使污水得到凈化”的一種工程構(gòu)造體。2.人工濕地的形式 按照人工濕地內(nèi)，污水流動(dòng)的方式，可將

2、人工濕地分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。 按照人工濕地工程工藝組合方式，可分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地以及復(fù)合型人工濕地。2.人工濕地的形式和組成 按照人工濕地內(nèi)，污水流動(dòng)的方式，可將人工濕地分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。 按照人工濕地工程工藝組合方式，可分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地以及復(fù)合型人工濕地。2.1人工濕地的形式人工濕地污水處理系統(tǒng)是一套復(fù)雜的、完善的生物凈化處理系統(tǒng)，其關(guān)鍵的組成部件分別是植物、微生物及微型生物、基質(zhì)。2.2人工濕地的組成 植物高等維管束植物。 微生物及微型生物植物

3、根系周圍的區(qū)系微生物、基質(zhì)表面生物膜及周邊的微生物，包括細(xì)菌、原生動(dòng)物、次生動(dòng)物、浮游植物、浮游動(dòng)物等。 基質(zhì)沙礫、碎石或土壤，支撐高等植物，基質(zhì)表面長(zhǎng)滿生物膜，基質(zhì)間布滿植物根系，是人工濕地凈化污水的主要部件之一。3.人工濕地系統(tǒng)內(nèi)污染物的去除機(jī)理人工濕地污水處理是一個(gè)化學(xué)處理、物理處理和生物處理相結(jié)合的過(guò)程。其化學(xué)處理過(guò)程是通過(guò)氧化分解來(lái)完成的，物理處理過(guò)程是過(guò)濾和吸附來(lái)完成的，生物處理過(guò)程是吸收利用和分解來(lái)完成的。3.1氮的去除氮的去除主要依靠硝化/反硝化反應(yīng)、氨氣揮發(fā)、氨化、植物吸收和填料附著幾種形式。3.2磷的去除 磷主要是以有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷兩種形式存在，其去除途徑主要包括微生物同化、

4、填料吸附、植物吸收及污泥沉淀幾種形式。3.3懸浮物（SS）的去除 懸浮物的去除主要通過(guò)填料的過(guò)濾、污泥沉淀及根系附著來(lái)完成。3.4有機(jī)污染的去除 人工濕地系統(tǒng)中，不溶性的有機(jī)物主要通過(guò)物理反應(yīng)，如濕地的沉淀、過(guò)濾作用而被截留；可溶性的有機(jī)物則通過(guò)系統(tǒng)填料及植物根系表層所衍生生物膜的吸收、吸附及生物降解過(guò)程而被分解去除。其分解降解的過(guò)程由多種微生物通過(guò)好氧和厭氧代謝來(lái)完成。3.5重金屬去除 人工濕地對(duì)重金屬的去除主要集中在植物對(duì)重金屬的去除作用上，包括植物的穩(wěn)定、生物富集和攝取吸附。 人工濕地污水處理系統(tǒng)的水質(zhì)凈化功能并不僅僅是基質(zhì)、植物、微生物各自凈化功能簡(jiǎn)單加合的結(jié)果。 人工濕地的本質(zhì)之一就

5、是將基質(zhì)、植物、微生物以合適的構(gòu)型和配比組合在一起并形成人工生態(tài)系統(tǒng)，從而發(fā)揮出“1+1+13”的系統(tǒng)效應(yīng)，達(dá)成高效持續(xù)的凈化效果。3.6小結(jié)4.人工濕地的組合及運(yùn)行機(jī)理一套完整的人工濕地污水處理系統(tǒng)均由預(yù)處理工藝、前處理工藝、主體處理工藝和后處理工藝組成。4.1預(yù)處理系統(tǒng) 預(yù)處理系統(tǒng)屬于污水進(jìn)入人工濕地污水處理系統(tǒng)前的物理處理工藝，一般包括欄污格柵、緩沖池、沉沙池及快速滲濾池等。 沉淀池，也作沉沙池，是廢水進(jìn)入人工濕地前的預(yù)處理工藝，主要起到緩沖水流流速、沉淀泥沙及大顆粒懸浮物的作用。 快速滲濾池，也做沙滲池、沙濾池、快滲系統(tǒng)，主要作用是過(guò)濾掉水體中的懸浮物，防止其在生物塘中的過(guò)量沉淀及堵塞

6、填料系統(tǒng)。成都鳳凰二溝人工濕地前端快速滲濾系統(tǒng)4.2前處理系統(tǒng) 前處理系統(tǒng)是指人工濕地污水處理工程的前端（或稱前段）處理工藝，其主要作用是通過(guò)生物降解，降低污染負(fù)荷、分解大顆粒污染分子，將復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物等。包括生物塘、水解酸化池、接觸氧化池等。 生物塘，工藝常見(jiàn)的類型有好氧生物塘、厭氧生物塘以及兼性生物塘幾種形式。 水解酸化池一般針對(duì)入水濃度較高，或者難降解污染物較多的工程設(shè)置，城鎮(zhèn)生活污水處理時(shí)有設(shè)計(jì)。其主要目的是提高廢水的可生化性（可生物處理性能）。 對(duì)于高濃度污染廢水，在進(jìn)行水體的水解酸化后，即需進(jìn)入好氧處理工藝階段，以完善處理效果。在曝氣池中設(shè)置填料，將其作為生物膜的載

7、體。待處理的廢水經(jīng)充氧后以一定流速流經(jīng)填料，與生物膜接觸，生物膜與懸浮的活性污泥共同作用，達(dá)到凈化廢水的作用。玉溪撫仙湖星云湖出流改道人工濕地工程生物塘系統(tǒng)成都鳳凰二溝人工濕地前端的水解酸化池遵義楓香人工濕地的接觸氧化池4.3主體處理工藝 主體處理工藝即表面流人工濕地、垂直潛流人工濕地及水平潛流人工濕地3種工藝類型。一般主處理工藝所占面積約為整個(gè)工程面積的60-70%左右，所以稱為主體處理工藝。 表面流人工濕地指污水在基質(zhì)層表面以上，從池體進(jìn)水端水平流向出水端的人工濕地。 表面流人工濕地的水力負(fù)荷較低，對(duì)水體的凈化處理效果有限。其主要通過(guò)構(gòu)建好氧生態(tài)環(huán)境來(lái)降解水體污染，并利用植物根系、莖表組織

8、等器官的吸收作用來(lái)去除部分富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，沉淀部分絮狀物以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。 表面流人工濕地的表面水力負(fù)荷為0.1m3/m2/d，實(shí)際操作時(shí)，具體的水力負(fù)荷還應(yīng)根據(jù)水質(zhì)情況考慮。4.3.1表面流人工濕地表流型人工濕地玉溪澄江縣窯泥溝人工濕地表流濕地系統(tǒng) 垂直潛流人工濕地是指污水垂直通過(guò)池體中基質(zhì)層的人工濕地。 垂直潛流人工濕地中水體從床體表層縱向流向填料床的底層，床體處于相對(duì)不飽和狀態(tài)。 垂直潛流人工濕地對(duì)氨氮的去除效果較好。其所選擇的填料粒徑在1.0cm-2.0cm之間。 垂直潛流人工濕地的水力負(fù)荷一般控制在0.1-0.5m3/m2/d之間。4.3.2垂直潛流人工濕地垂直潛流型人工濕地萍鄉(xiāng)南坑

9、人工濕地污水處理工程垂直潛流濕地系統(tǒng) 水平潛流人工濕地是指污水在基質(zhì)層表面以下，從池體進(jìn)水端水平流向出水端的人工濕地。 水平潛流人工濕地的填料系統(tǒng)，處于底部厭氧、中部兼氧和上部好氧的狀態(tài)，適宜濕地系統(tǒng)內(nèi)微生物的好氧和厭氧代謝，對(duì)各種有機(jī)污染的處理效果相對(duì)較好。 水平潛流人工濕地的填料粒徑在2.0-6.0cm之間。水力負(fù)荷一般控制在0.2-0.6m3/m2/d之間。4.3.3水平潛流人工濕地水平潛流型人工濕地?fù)嵯珊窃坪隽鞲牡廊斯竦毓こ趟綕摿鳚竦?水源保護(hù)地地面徑流水凈化； 農(nóng)業(yè)徑流水凈化； 城鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水處理； 城鎮(zhèn)廢水三級(jí)處理； 工業(yè)廢水處理； 入湖、入江、入海河道水末端處理； 湖泊

10、、池塘、公園和生活小區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化水體處理； 住宅區(qū)中水再利用； 城市暴雨徑流水凈化；5.人工濕地污水處理系統(tǒng)的應(yīng)用 人工濕地具有三低一高的特點(diǎn)（投資費(fèi)用低、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、能耗低和污染物質(zhì)去除率高）。 一般人工濕地的出水有以下幾種回用方式：作為景觀用水回用、作為生活雜用水回用（沖廁、洗車等）、作為澆灌水回用、進(jìn)入湖庫(kù)備用。 綜合目前濕地植物在污染水體凈化及修復(fù)工程技術(shù)中的應(yīng)用，在進(jìn)行人工濕地設(shè)計(jì)與工程實(shí)施時(shí)，其所依據(jù)的選擇與配置原則如下： 首選鄉(xiāng)土植物品種。 生育期長(zhǎng)，尤其是常綠植物品種。 根系發(fā)達(dá)，生物量大。 具有一定的經(jīng)濟(jì)效果。 保證生態(tài)安全。6.人工濕地系統(tǒng)的植物選擇與配置 目前我國(guó)人工濕

11、地設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)，其所選用的填料類型主要有以下幾種：礫石、碎石、河沙、泥土、沸石、火山石、陶粒（陶塊）、爐渣等。 實(shí)際工程中，以石灰?guī)r碎石填料為主。7.人工濕地系統(tǒng)的填料選擇與配置 防滲人工濕地防滲的方式有素砼池底、鋼砼池底、素土夯實(shí)+土工膜防滲等。 植物栽植人工濕地中，植物栽植應(yīng)避免覆土。 維護(hù)管理植物栽植完成后的人工濕地水位控制和管理是影響植物成活的關(guān)鍵。8.人工濕地需要注意的因素人工濕地系統(tǒng)中的土工膜敷設(shè)和素土防護(hù)碾壓建成的人工濕地人工濕地植物補(bǔ)植 梅溪湖人工濕地工程建址位于三環(huán)線兩側(cè)，梅溪湖街道辦事處天頂村委會(huì)，工程紅線總占地面積80286.3m2，合120.43畝。其中三環(huán)線以外面積為5

12、5399.13 m2，合83.6畝畝，三環(huán)線以內(nèi)面積為24855.69m2，合37.26畝。9.梅溪湖人工濕地污水處理工程9.1工程簡(jiǎn)介項(xiàng)目項(xiàng)目CODCODcrcr（mg/lmg/l）BODBOD5 5（mg/lmg/l）TPTP（mg/lmg/l）TNTN（mg/lmg/l）HNHN3 3-N-N（mg/lmg/l）SSSS（mg/lmg/l）糞大糞大腸桿菌腸桿菌（個(gè)（個(gè)/l/l）進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)水水質(zhì)303015150.40.44.564.562.502.5020205000050000設(shè)計(jì)出水水質(zhì)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)2020440.050.051.01.01.01.0- -1000010000去除率去

13、除率3333737398.798.778786060- -8080控制目標(biāo)（控制目標(biāo)（IVIV類）類）30306 60.10.11.51.51.51.5- -20000200009.2梅溪湖人工濕地水質(zhì)控制9.3工藝流程龍王港河道 取水泵站 一級(jí)生物塘 表流（景觀）濕地二級(jí)生物塘一級(jí)水平潛流濕地二級(jí)水平潛流濕地三級(jí)生物塘 三級(jí)水平潛流濕地 垂直潛流濕地 景觀水塘龍王港梅溪湖湖體9.4梅溪湖人工濕地的植物選擇類型植物名挺水植物荷花、風(fēng)車草、再力花、蘆竹、花葉蘆竹、荻、蘆葦、千屈菜、梭魚(yú)草、藍(lán)花芯海壽、白花芯海壽、皇冠草、水蔥、香蒲、黃菖蒲、花菖蒲、茭草、野芋、蒙特登慈姑、菖蒲、西伯利亞鳶尾、燕子

14、花、玉蟾花浮葉植物睡蓮、芡實(shí)、萍蓬草浮水植物鳳眼蓮、黃花水龍、水罌粟沉水植物眼子菜、菹草、金魚(yú)藻、穗花狐尾藻、黑藻濕生植物美人蕉、香根草、寬葉斑茅、花葉芒、蒲葦、矮蒲葦、萱草濕地喬木楊柳、垂柳、大葉楊、楓楊、水杉、池杉、落羽杉、木芙蓉、夾竹桃、木槿、毛葉丁香、女真10.工程案例云南省玉溪市江川縣人工濕地試驗(yàn)工程人工濕地及出水撫仙湖窯泥溝人工濕地工程窯泥溝人工濕地進(jìn)水與出水玉溪撫仙湖星云湖出流改道人工濕地工程人工濕地進(jìn)水、沉淀曝氣池及濕地工程主體人工濕地生物塘及濕地出水昆明體育城景觀濕地工程濕地工程實(shí)景及出水景觀萍鄉(xiāng)市蘆溪縣南坑人工濕地污水處理工程南坑人工濕地工程主體及出水序號(hào)序號(hào)分類標(biāo)準(zhǔn)值項(xiàng)目

15、分類標(biāo)準(zhǔn)值項(xiàng)目進(jìn)水進(jìn)水出水出水類類去除率去除率1 1化學(xué)需氧量（化學(xué)需氧量（CODCOD）28.528.56.76.7202076.491%76.491%2 2氨氮（氨氮（NHNH3 3-N-N）4.1434.1430.0650.0651 198.431%98.431%3 3總磷（以總磷（以P P計(jì)）計(jì)）0.3860.3860.0380.0380.2(0.2(湖、庫(kù)湖、庫(kù)0.05)0.05)90.155%90.155%4 4總氮（湖、庫(kù)，以總氮（湖、庫(kù)，以N N計(jì)）計(jì)）5.7495.7490.490.491 191.477%91.477%5 5石油類石油類0.080.080.050.050.050.0537.500%37.500%6 6ssss28282 292.857%92.857%7 7動(dòng)植物油動(dòng)植物油0.090.090.050.0544.444%44.444%南坑人工濕地去除效果分析表 人工濕地作為一門新興的學(xué)科和應(yīng)