人工濕地課件

人工濕地

水生植物處理系統(tǒng)的基本原理產(chǎn)生于人們的觀察，即很多天然水生系統(tǒng)(如池塘和濕地)具有凈化廢水的固有能力。這一認(rèn)識(shí)被轉(zhuǎn)用來(lái)專門設(shè)計(jì)各種去除廢水中污染物的人造水生植物處理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)分為三種基本類型：人造濕地、浮水生植物系統(tǒng)和活機(jī)器系統(tǒng)。人造濕地濕地是指一年中至少有部分時(shí)間為潮濕或水澇的地區(qū)，例如沼澤、沼地、泥炭地和沼澤群落。一般來(lái)說(shuō)，人們并不太重視濕地。從北美到歐洲，無(wú)數(shù)英畝的濕地被排干并被改作農(nóng)田或用于商業(yè)和住宅區(qū)開發(fā)。直到最近，我們才認(rèn)識(shí)到濕地的價(jià)值、它令人注目的水凈化能力以及它在自然生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮的至關(guān)重要的作用。

對(duì)濕地凈化能力的研究起始于本世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)，德國(guó)科學(xué)家凱瑟·塞德?tīng)?KatheSeidel，1978)和萊因霍爾德·基庫(kù)思(Rein—holdKickuth，1970)，首次調(diào)查了用濕地去除污染水中養(yǎng)分和懸浮固體的可能性。塞德?tīng)栕C實(shí)寬葉香蒲能去除污染水中的大量有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)。在后來(lái)的一些研究中，她證明寬葉香蒲還能通過(guò)從其根部分泌天然抗生物質(zhì)，大大降低廢水中的細(xì)菌濃度，而且它們能隔絕重金屬并清除碳?xì)浠衔?。?duì)這項(xiàng)工作的興趣從德國(guó)擴(kuò)展到歐洲、北美、澳大利亞和全世界。如今，北至加拿大的育空地區(qū)和西北地區(qū)，南到澳大利亞和新西蘭，數(shù)以百計(jì)的天然濕地和人造濕地被用來(lái)處理廢水和暴雨水，該系統(tǒng)的規(guī)模不等，從設(shè)計(jì)處理單門獨(dú)戶廢水的小系統(tǒng)，到相當(dāng)大的系統(tǒng)，例如墨西哥的—塊人造濕地用來(lái)處理10萬(wàn)多人的廢水。

設(shè)計(jì)由于天然濕地通常是脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，接觸太多的污染物就會(huì)使它不堪重負(fù)，所以最好專門根據(jù)廢水處理的目的來(lái)設(shè)計(jì)和建造濕地。這些系統(tǒng)被稱為人造濕地或蘆葦床。它們有三個(gè)關(guān)鍵組分：植物、微生物和基質(zhì)。耐水的植物扎根于土壤或砂礫基質(zhì)，該系統(tǒng)浸滿了水，基質(zhì)支持著這些植物，而植物的根則為各種微生物提供了家園。

幾乎任何一種水生植物都適合于濕地系統(tǒng)，最常見(jiàn)的有蘆葦(Phragmitesaustralis)、香蒲屬(Typhaspp.)和草屬(Scirpusspp.)。某些植物如蘆葦和香蒲的空心莖能將空氣輸送到根部，所以能為微生物提供額外的氧。一些植物吸收特定金屬或化學(xué)物質(zhì)，其它一些植物分泌能殺死病原體的滲出液。處理一個(gè)人產(chǎn)生的廢水大約需要1—2平方米濕地，通物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程和生物過(guò)程的組合來(lái)完成：·懸浮固體到滯水底部，或被濕地基質(zhì)和植物過(guò)濾；·有機(jī)物質(zhì)被植物根部的微生物分解；·硝酸鹽可以被脫氮菌轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓虮恢参镂?；·氨被?xì)菌轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；-·磷隨鈣、鐵和鋁化合物沉淀，通過(guò)沉積和吸附于土壤以及植物吸收而被去除；·金屬和有毒化學(xué)物質(zhì)通過(guò)氧化、沉淀和植物吸收來(lái)去除；·病原體在不適宜生存的環(huán)境中逐漸死去并被其它生物所攝取，或被抗菌化合物殺死(雖然濕地中的野生動(dòng)物可能會(huì)引入更多的病原體)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布局將取決于當(dāng)?shù)氐牡匦巍⑤斎霃U水的性質(zhì)以及特定的處理目標(biāo)。需要多少土地將取決于污染物的輸入負(fù)荷、濕地設(shè)計(jì)和處理目標(biāo)，但一般說(shuō)來(lái)，負(fù)荷越高或處理程度越高，所需的土地面積就越大。人造濕地系統(tǒng)有兩種：表流濕地和潛流濕地。另外，潛流系統(tǒng)可以分為平流濕地和垂直流濕地。表流濕地表流濕地通常是襯有不透水材料層的淺蓄水池，它們充填有土壤或砂礫基質(zhì)，并種上露出水面的植物(見(jiàn)圖9．1)。它們被設(shè)計(jì)成水淹型，所以水位在基質(zhì)表面之上，使廢水在基質(zhì)上面流動(dòng)，通過(guò)稠密的植物。從這點(diǎn)上看，它們模擬天然濕地的水流，表流濕地的建造費(fèi)用較低(根據(jù)系統(tǒng)的大小，建造費(fèi)用為1萬(wàn)—10萬(wàn)美元／公頃)，主要用于土方工程。潛流濕地潛流濕地與表流濕地相似，但它們的設(shè)計(jì)是使廢水流過(guò)基質(zhì)，而不是在基質(zhì)上面流動(dòng)，所以水位保持在基質(zhì)表面之下。潛流系統(tǒng)比表流濕地更適合于較冷的氣候，因?yàn)榇蟛糠痔幚戆l(fā)生在地表之下，冬季地表下的環(huán)境一般比地面上要暖和。這種較暖的環(huán)境，加上輸入廢水本身的溫度，可以防止處理床在零下氣溫時(shí)結(jié)冰。潛流濕地不像表流濕地那樣容易產(chǎn)生臭味或蚊子問(wèn)題，而且它們可以處理較高負(fù)荷的廢水。但如果有機(jī)負(fù)荷太高，它們往往會(huì)堵塞。由于這一原因，通常在潛流系統(tǒng)前面有一個(gè)沉淀過(guò)程，目的是去除懸浮固體。此外，常常采用多個(gè)進(jìn)口，盡可能均勻地分散懸浮固體，避免堵塞問(wèn)題。潛流濕地的建造費(fèi)用較高(是表流系統(tǒng)建造費(fèi)用的4—8倍)，主要是砂礫填充費(fèi)用。可以將潛流系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為平流或垂直流(見(jiàn)圖9．2)。平流系統(tǒng)有時(shí)被稱為基庫(kù)思法或根區(qū)法，是60年代中期由基庫(kù)思(R．Kikuth)博士首創(chuàng)的。它包括一個(gè)種有蘆葦?shù)妮p粘土或粘重土矩形床。常常添加鈣和鐵或鋁補(bǔ)充物來(lái)改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤沉淀磷酸鹽的能力。它的設(shè)計(jì)使廢水水平地流過(guò)蘆葦?shù)母鶉?。這些系統(tǒng)最初很受歡迎，歐洲和英國(guó)建造了數(shù)百個(gè)這類系統(tǒng)。遺憾的是，這種系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上存在著某些問(wèn)題。為了正常發(fā)揮作用，平流系統(tǒng)依靠土壤的高度多孔性以使廢水適度流動(dòng)?；鶐?kù)思認(rèn)為，扎進(jìn)土壤的蘆根死后形成了可使廢水流過(guò)的小孔，會(huì)提高土壤的多孔性。幾十年的經(jīng)驗(yàn)證明，情況并非如此。由于土壤的透水性不夠，廢水流過(guò)土壤表面時(shí)產(chǎn)生了很多問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，現(xiàn)在廣泛采用砂礫而不是土壤作為平流系統(tǒng)的基質(zhì)。當(dāng)水力負(fù)荷高、土地非常寶貴時(shí)，用砂礫最合適。雖然平流系統(tǒng)能有效降低生化耗氧量，減少懸浮固體，但由于它們相對(duì)缺氧，所以這類系統(tǒng)改進(jìn)氨的硝化問(wèn)題。它去除病原體的效果極佳。近年來(lái)，人們逐漸對(duì)垂直流床產(chǎn)生了興趣。在垂直流系統(tǒng)中，以間歇的劑量將廢水施用于床表面，廢水垂直滲透過(guò)多為砂礫的基質(zhì)。間歇投放廢水可促進(jìn)基質(zhì)的氧合作用，這種充氧環(huán)境能更多地去除生化耗氧量并進(jìn)行更大程度的氨硝化。植物在床表面形成一個(gè)墊層，捕集需氧降解的懸浮固體。廢水慢慢流過(guò)時(shí)，基質(zhì)中的細(xì)菌開始進(jìn)一步處理。用砂礫作基質(zhì)，避免了以土壤為基礎(chǔ)的平流系統(tǒng)所遇到的傳導(dǎo)性問(wèn)題，而交替的潮濕期和干燥期則可以提高基質(zhì)的固磷作用。盡管人們普遍認(rèn)為垂直流床是一種更好的系統(tǒng)，但在某些情況下，平流系統(tǒng)可能是最合適的方案。例如，如果必須要把生化耗氧量和總懸浮固體濃度降至二級(jí)處理標(biāo)準(zhǔn)，但不需要氨硝化，就可以安裝平流系統(tǒng)。在缺氧或厭氧條件下用生物脫氮去除硝酸鹽方面，平流系統(tǒng)也是有用的。將平流系統(tǒng)與垂直流系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)使用可能也有好處，這種方法常常被用來(lái)進(jìn)行完全的二級(jí)處理。如果廢水先通過(guò)垂直流系統(tǒng)，然后再通過(guò)平流系統(tǒng)，就會(huì)得到最徹底的處理效果。垂直流系統(tǒng)中的需氧細(xì)菌將氨硝化為硝酸鹽，適應(yīng)了平流系統(tǒng)缺氧條件的細(xì)菌將硝酸鹽反硝化為亞硝酸鹽和氮?dú)狻U水在垂直流系統(tǒng)中的滯留時(shí)間短，所以要想有效地去除病原體，最好是讓廢水在平流系統(tǒng)中滯留更長(zhǎng)的時(shí)間。北美大約三分之二的人造濕地是表流系統(tǒng)，而歐洲人則更偏愛(ài)潛流系統(tǒng)。

性能與常規(guī)系統(tǒng)相比，濕地有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，只要有現(xiàn)成的土地，濕地的建造費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)都很便宜。其次，它們能有效地處理廢水——實(shí)際上，在去除某些污染物方面，它們比常規(guī)處理系統(tǒng)更有效。它們比常規(guī)系統(tǒng)更靈活，而且對(duì)負(fù)荷率方面的變化不太敏感，尤其能很好地應(yīng)付沖擊負(fù)荷。它們還形成了野生動(dòng)物生境和綠色空間。不利的是，濕地需要大量的土地。在鄉(xiāng)村地區(qū)這可能不成問(wèn)題，但在土地非常寶貴的城市就是一大障礙(濕地鼓吹者們指出，如果城市能從數(shù)百公里外的水源處用管道輸送飲用水，那么它就沒(méi)有理由不把廢水用管道輸送到類似距離的、更容易獲得土地的鄉(xiāng)村地區(qū)進(jìn)行處理)。關(guān)于人造濕地去除污染物效率方面的報(bào)告差異很大，從幾乎是零到90％以上，但一般來(lái)講它們的去污效果都不錯(cuò)(見(jiàn)表9．2)。很多差的結(jié)果是因?yàn)橄到y(tǒng)超負(fù)荷、管理不善、設(shè)計(jì)差、最適合去除滬的污染物或尚未完全建成。幾位研究人員認(rèn)為，濕地性能方面的易變性不應(yīng)被解釋為濕地不可靠或不可預(yù)測(cè)，而是表明需要制定一個(gè)大家都能接受的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

濕地?fù)洳豢勺锬芸偢钍亲顖F(tuán)有效餓地運(yùn)烏行。前因?yàn)槁邓鼈凐B依靠厚植物勇和微市生物妨作用聚，所概以在敲植被醫(yī)完全潤(rùn)建立遇之前(這可揪能需現(xiàn)要幾凈個(gè)季黎節(jié)的窯時(shí)間)，不竿可能拆達(dá)到雨最高倉(cāng)的去郊污效唇率，柱這也滲意味洞著在家溫帶刮氣候色條件忍下，去濕地早在冬歷季的戰(zhàn)運(yùn)行構(gòu)效果娘不如贏夏季廣好，么尤其奇是在百除氮央方面惹。寒鬼冷的餃溫度執(zhí)會(huì)減騰慢反鼓應(yīng)，愁而且茂植物拿會(huì)死棒亡或繭休眠餐。但些微生艷物整血個(gè)冬動(dòng)季都幸在植照物根覺(jué)上保他持活膀躍狀壯態(tài)，疲整個(gè)臨系統(tǒng)俗會(huì)繼斑續(xù)發(fā)就揮作榮用，祖不過(guò)戒效率哪有所衡降低撫。濕僻地是俱一項(xiàng)代較新熊的技愛(ài)術(shù)，離這是鑄另一咳個(gè)不謠利的理?xiàng)l件汪。如菊上所憶述，絲式需要援制定狠該設(shè)督計(jì)標(biāo)接準(zhǔn)、列建造幅標(biāo)準(zhǔn)化和運(yùn)朱行標(biāo)哭準(zhǔn)。獻(xiàn)以土今壤為射基礎(chǔ)樸的濕太地系駝統(tǒng)中棵最常該見(jiàn)的尿困難啞是如綠何使朋土壤凳保持卡部分多充氣副狀態(tài)醫(yī)，尤痕其是鉛在平四流床便情況味下。期如果掙人造烤濕地戶的需寨氧成陷分超音負(fù)荷斬或水爭(zhēng)太深眾，就稀沒(méi)有女足夠蒼的氧煌供系上統(tǒng)有饒效地董發(fā)揮勻作用勸。結(jié)傭果會(huì)藏造成坑植物完生長(zhǎng)猛不良就，生型化耗桶氧量繁和氨漠的去節(jié)除率終下降扒。人造仆濕地期的預(yù)慨期壽圍命問(wèn)諒題尚烤未解侵決：還它們碑以最識(shí)佳速前率去愧除污進(jìn)染物粱的壽璃命能丹持續(xù)季多長(zhǎng)腸時(shí)間鍵。理擠論上懸講，托這個(gè)魔問(wèn)題創(chuàng)對(duì)除瘦磷尤供為關(guān)顛鍵，秘因?yàn)楹韧寥啦鹬械牟枇诐獗葧?huì)小逐漸命增加漫，直援至達(dá)舅到飽答和點(diǎn)退。但幫實(shí)際舞上，天最早凡的人獨(dú)造濕斧地已惠經(jīng)運(yùn)卻行了宮幾十祖年，臉還都項(xiàng)未達(dá)蝕到磷光飽和襖。維護(hù)偵和保嘩養(yǎng)人造異濕地梁系統(tǒng)搏的管宴理方胖面涉籍及許曲多工畫作。春首先攀，如拒果以懸平行析方式態(tài)同時(shí)鳥使用將幾個(gè)坊床，劫那么蛙就應(yīng)隨定期鏟將輸獲入廢榴水流皺從一徹個(gè)床倦轉(zhuǎn)移游到另抵一個(gè)上床。誤這些釘系統(tǒng)仿可能鴉偶爾場(chǎng)需要摩沖洗爐，而狐且應(yīng)伏當(dāng)定摸期監(jiān)讀測(cè)整繩個(gè)系膨統(tǒng)，熔以確鋼保其湊不超掛負(fù)荷特。像常任何侄廢水名處理作系統(tǒng)鄙一樣屢，應(yīng)正不斷父地檢透測(cè)出糞水，抖以測(cè)廢量系毀統(tǒng)的仰性能番，確枝保達(dá)催到排粗放標(biāo)丹準(zhǔn)。堅(jiān)最后壞一點(diǎn)往是，械植物共有時(shí)末需要例人給達(dá)一些瓣關(guān)照康，如剖種植細(xì)、除濫草和裝季節(jié)丸性收頁(yè)獲。應(yīng)用人造抹濕地伍用于辮處理聰多種吐廢水局，其肝中包龜括城奔市廢胖水、移工業(yè)黃廢水奸、農(nóng)葵業(yè)徑前流、擔(dān)城市姥暴雨露水、相填埋婆場(chǎng)瀝別濾液然、造利紙廢耍水和屈礦山漂酸性濾排水奧?？商钜愿p據(jù)下海列情錢況來(lái)蹈設(shè)計(jì)朝人造落濕地弊：特廳定的鄰氣候勵(lì)條件定、輸焰入廢談水的酸特性銅、所毀需的匹出水紡質(zhì)量虛以及哭可利字用土鏈地的料特性科。下固面舉蒙幾個(gè)拜實(shí)例滾。城市猛廢水人造趁濕地框最大揚(yáng)量地害用于忙處理疲城市躍廢水悔。人姨們成缺功地柄用它筑處理丟來(lái)自侵活性傳污泥丸和氧棒化塘財(cái)系統(tǒng)郊的一臂級(jí)出治水、讓二級(jí)邀出水朱以及駕化糞撇池廢飄水。自在北預(yù)美，嗎人造打濕地裕通通睜常用及來(lái)為繳較大滲城市銜中心槍的城毀市廢蒜水提土供三算級(jí)處否理。瘦而歐言洲一擾般用爬于小猾城鎮(zhèn)徹和村弱莊的飛廢水筋的二構(gòu)級(jí)處食理。鋒一些窄政府峰部門薪還專村門制系定了接利用襖人造澡濕地淚處理扁城市秤廢水尼的政光策。庭在英淚國(guó)英沉格蘭拼中部釣地區(qū)恰和威贏爾士賤，地碌方水斤公司跳在人搶口不洗到20錫00、需俗要三劑級(jí)處杠理的幻玉社區(qū)課建造描人造罪濕地吧。結(jié)鋸果約密有10擱0個(gè)小鉛社區(qū)滋污水轎處理偽廠現(xiàn)靠已采求用人指造濕聚地，顏進(jìn)一糕步處筐理二難級(jí)出伴水和壞暴雨狂溢流虜。城市洪暴雨黑水表流今濕地專處理某城市孫暴雨父水十姐分有坐效而費(fèi)且已福被廣蓬泛應(yīng)蜻用。昆通過(guò)賞降解混暴雨男水中艦存在肥的很庸多農(nóng)乞藥、陷有機(jī)提化合脂物、朝油和斤油脂召，表度流濕包地改史善了狗水質(zhì)掘。它繞們還慌暫時(shí)胃貯存爪雨水眨，改寨變了如雨水超的流某速，恰從而追減弱銀流量艙，讓熊懸浮承固體饅有機(jī)鎖會(huì)沉職淀。病濕地遣常常豪用作鵝系列拒滯留綱池或丙滲濾宜池。農(nóng)業(yè)崇徑流用人迅造濕辛地處機(jī)理農(nóng)涂業(yè)暴瓣雨水遼或圍予欄育撓肥場(chǎng)芹徑流辭方面屯，雖蹤蝶然已閱發(fā)表識(shí)的資山料較森少，漢但確啟有幾挨個(gè)成嫁功的凳實(shí)例仔。一罪種簡(jiǎn)雨單的床方法陰是在象農(nóng)田奧與溪乳流、偉河流炭或池間塘之蝕間建篩立一拒個(gè)濕食地緩揉沖區(qū)偽。安弊大略胸省正核在建專造幾披個(gè)這捐樣的掩項(xiàng)目奧，在損農(nóng)場(chǎng)駁圍欄航育肥回地的徹徑流德和奶畝牛場(chǎng)逐的沖酒洗水匯流入閘當(dāng)?shù)鼗菟蕾|(zhì)之前喊，用采人造盯濕地引對(duì)其厲進(jìn)行券過(guò)濾婆。工業(yè)絹廢水濕地東有很宋多潛設(shè)在的肆工業(yè)帥應(yīng)用吩。人獵造濕執(zhí)地可創(chuàng)以用妻來(lái)去愛(ài)除金證屬，擱調(diào)整pH值，活降低克生化幅耗氧縮慧量并畫過(guò)濾薯懸浮郊顆粒獲。例烏如，忠用它悅們來(lái)滴處理孔制酪咸工業(yè)車、肉浸食加跡工廠垃和油潑脂廠威的廢杯水、機(jī)煤堆辯和灰遍堆的斤暴雨些徑流僵、造錦紙廢氏水以找及礦笑山的囑酸性府排放奶水(礦山肝酸性欺排水)。爭(zhēng)論貨：人禮造濕游地中趴植物紅的作祥用目前轉(zhuǎn)對(duì)植協(xié)物在勸廢水高處理斯方面毛所起煤作用恨的重對(duì)要性熔方面梅，還夜存在訂著一海些爭(zhēng)件論。廈雖然膀一些遼研究轎人員喉認(rèn)為萌植物倉(cāng)是人創(chuàng)造濕挨地的惰必要輝部分基，但凡其他筒研究第人員遞則認(rèn)完為它猜們的眠價(jià)值友主要贊在美期學(xué)方慨面。姐實(shí)際臟上，搏植物諷發(fā)揮持幾種味作用失：美詞學(xué)、石臭味忍控制桐和昆市蟲控異制，學(xué)以及簡(jiǎn)或多賣或少駐促進(jìn)遲廢水鎮(zhèn)處理(見(jiàn)表9．3)。讓氣我們睛來(lái)更遲詳細(xì)確地論羊述每擔(dān)一種須功能欄。濕地優(yōu)植物伴的美幫學(xué)功采能是柱一種神重要閣作用閑，但訂卻常鵲常被補(bǔ)人們?cè)數(shù)凸郎?。人引造濕販地令螞人愉捆快的沫外觀痕吸引在了很賀多人斯，使歌他們輩想到伸生態(tài)巖污水弓處理連。人核造濕茄地改慕善相蝦鄰地母區(qū)的掙景觀五，并戶為野本生動(dòng)舊物提晚供生豎境。傳很多布人造迎濕地賺兼作演公共撤娛樂(lè)喊區(qū)，奏吸引跪徒步膀旅行若者、做慢跑家者和六觀鳥廚者。采植物