地学科普  
人工湿地技术的应用与发展

      1前言

  随着工业的发展,水污染的加剧,同时淡水资源短缺与人民生活水平提高之间的矛盾日益加剧,水资源保护的任务也越来越艰巨。近年来,环境科学研究在迅速发展,正在积极探索水环境污染全球效应问题,各种水处理污染的方法层出不穷,其中生态处理技术—人工湿地技术由于其低投资、出水水质好、抗冲击力强、操作简单,建造和运行费用低(仅为传统二级污水处理厂的1/10—1/2),维护方便,氨氮去除率高,同时可使污水处理与环境生态建设有机结合,在处理污水同时创造城市生态景观等特点,逐步被越来越多的国家接受,并广泛应用。

  2人工湿地的定义及分类

  2.1人工湿地的定义

  用人工湿地(Constructed  wetland)来处理城市污水是发达国家近十年来才兴起的生态处理法,它是为处理污水而人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料(如砾石等)混合组成填料床,使污水在床体的缝隙中流动,并在床体表面种植具有性能好,成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物(如芦苇、蒲草等)形成一个独特的动植物生态体系。

  (1)人工湿地去除的污染物范围广泛,包括N、P、SS、有机物、微量元素、病原体等。有关研究结果表明,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%,COD去除率可达80%以上,处理出水中BOD5的浓度在10mg/L左右,SS小于20mg/L。(2)废水中大部分有机物作为异样微生物的有机养分,最终被转化为微生物体及CO2、H2O。

  人工湿地面积可视情况而言,可在市郊结合部,也可在污水处理厂出水的附近建造。一些人工湿地属预处理型,在那些目前还不具备建造污水处理厂的城乡结合部建造人工湿地,将生活污水排入,利用所种植物对其进行处理,然后再排入自然水系,保护水体;还有些湿地属于加强型,在污水处理厂附近建造人工湿地,将污水处理厂处理过的水引入,再经过人工湿地的加强处理,提高其水质,然后排入自然水系,作为其补充水源。

  2.2人工湿地的分类

  根据湿地中主要植物形式,人工湿地可分为:1、浮游植物系统;2、挺水植物系统;3、沉水植物系统。其中沉水植物系统还处于实验室研究阶段,其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的精处理。浮水植物主要用于N、P去除和提高传统稳定塘效率。目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。挺水植物系统根据废水流经的方式,可分为表面流湿地(SFW)、潜流湿地(SSFW)、立式流湿地(VFW)。表面流湿地和立式流湿地因环境条件差(易孳生蚊虫),处理效果受气湿影响大,以及对基建要求高,现多不再采用。故人工湿地大部分采用潜流式湿地系统。

  3、人工湿地在国外研究应用发展

  自西德1974年首次建造人工湿地以来,各种不同的湿地在世界各地已经用来处理大量不同的废水。1996年9月在奥地利维也纳召开的第四次国际研讨会,标志着人工湿地作为一种独具特色的新型废水处理技术已经正式进入污染控制领域。

  自由表面流湿地在欧洲发展缓慢。瑞典1994年在Wittgren建一座处理6500PE,占地22公顷的自由表面流湿地。在北美约200座湿地处理系统有2/3是自由表面流湿地,其中一半又是自然湿地。自然湿地的大小从1—1000公顷,其中一半在10—100公顷。人工自然表面流湿地通常较小,60%小于10公顷。自然湿地水力负荷小于人工湿地。系统水深范围5—90 cm,30—40cm较普及。最常用的预处理是兼性或好氧塘,表明许多湿地系统用于现行塘系统的精处理。(4)地下潜流系统在欧洲应用较多,有几百座。在丹麦、德国、英国等国家都至少有200个系统在运行。此技术还在快速发展,特别是在一些东欧国家。绝大多数系统种植有芦苇,也有种植其它湿地植物的。在德国大多数系统介质是土壤,人们认为根在生长和芦苇根区会增加和稳定导水性,但几乎所有土壤系统都遇到表面断流问题。为保证潜流,英国和北美绝大多数采用砾石床。虽有些砾石床也堵塞,但主要是由于预处理不足。在欧洲北美系统趋向对近1000PE的乡村级社区进行二级处理;北美则趋向更多人口的高级处理,在澳大利亚和南非则用于处理各类废水。

  美国EPA目前正在开发北美人工湿地数据库,地方数据库在其它国家已存在,为减少重复劳动改良经验设计方法,所有这些湿地都应通过公共数据库使世界各地的工程师和科技人员能够获得。这样的数据库可减少建设低效湿地的风险。两种湿地的设计指南现已出版,但改良工作仍然需要,有必要更细致的研究不同地区特征和运行数据以便在将来的建设中提供更合理的参数。竖流湿地在欧洲许多地方投入运行已有几十年。竖流系统至今未广泛使用是因为其需要更细致的建设和介质选择。最近国际会议上有几篇文章对竖流系统评价很高,目前世界上科技工作者正投入大量精力以改良人工湿地技术。潜流系统的处理效率可通过选择竖流系统,采用间歇负荷和合理选择介质而获得提高,还可引入一些传统处理技术的理论,如回流。此外,不仅对竖流系统,对所有人工湿地系统都需深入研究以改良优化工程设计参数,还需对系统的长期运行能力和管理问题进行研究。人工湿地不仅可用于城市和各种工业废水的二级处理,还可用于高级处理中的精处理和对农田径流的处理。在有些情况下,人工湿地可能是唯一使用的技术。

  4、人工湿地在我国的应用与发展

  深圳白泥坑人工湿地处理系统

  我国自“七五”开始对人工湿地的研究,已建成一些示范工程,并于1990年7月在深圳建起我国第一个人工湿地污水处理工程—白泥坑人工湿地处理系统。

  白泥坑人工湿地污水处理系统位于深圳市宝安县白泥坑村南500米处,水系沿山脚流向海湾,属海洋性气候。占地面积189亩,日处理量3100立方米/天废水。



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