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廢水處理設備
人工濕地
作者:中瑞環保 瀏覽次數: 日期:2014年10月21日 05:03


概念
人工濕地生態處理
人工濕地是一個綜合的生態系統,它應用生態系統中物種共生、物質循環再生原理,結構與功能協調原則,在促進廢水中污染物質良性循環的前提下,充分發揮資源的生產潛力,防止環境的再污染,獲得污水處理與資源化的最佳效益。
特點
人工濕地處理系統具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡單、投資省、運行費用低等特點,非常適合中、小城鎮的污水處理。人工濕地處理系統可以分為以下幾種類型:(1)自由水面人工濕地處理系統;(2)人工潛流濕地處理系統。(3)垂直水型人工濕地處理系統。人工合成濕地類型地表流人工濕地表面流濕地與地表漫流土地處理系統非常相似,不同的是:(1)在表面流濕地系統中,四周筑有一定高度的圍墻,維持一定的水層厚度(一般為10~30cm);(2)濕地中種植挺水型植物(如蘆葦等)。向濕地表面布水,水流在濕地表面呈推流式前進,在流動過程中,與土壤、植物及植物根部的生物膜接觸,通過物理化學以及生物反應,污水得到凈化,并在終端流出。潛流式人工合成濕地
人工濕地的核心技術是潛流式濕地。一般由兩級濕地串聯,處理單元并聯組成。濕地中
根據處理污染物的不同而填有不同介質,種植不同種類的凈化植物。水通過基質、植物和微
生物的物理、化學和生物的途徑共同完成系統的凈化,對BOD、COD、TSS、TP、TN、藻
類、石油類等有顯著的去除效率;此外該工藝獨有的流態和結構形成的良好的硝化與反硝化
功能區對TN、TP、石油類的去除明顯優于其他處理方式。主要包括內部構造系統、活性酶
體介質系統、植物的培植與搭配系統、
布水與集水系統、防堵塞技術、冬季運行技術。
潛流式人工合成濕地的形式分為垂直流潛流式人工濕地和水平流潛流式人工濕地。利用
濕地中不同流態特點凈化進水。經過潛流式濕地凈化后的河水可達到地表水Ⅲ類標準,再通
過排水系統排放。
垂直流潛流式人工濕地:
在垂直潛流系統中,污水由表面縱向流至床底,在縱向流的過程中污水依次經過不同的
專利介質層,達到凈化的目的。垂直流潛流式濕地具有完整的布水系統和集水系統,其優點
是占地面積較其它形式濕地小,處理效率高,整個系統可以完全建在地下,地上可以建成綠
地和配合景觀規劃使用。
水平流潛流式人工濕地:
是潛流式濕地的另一種形式,污水由進水口一端沿水平方向流動的過程中依次通過砂石、
介質、植物根系,流向出水口一端,以達到凈化目的。
溝渠型人工濕地:
溝渠型濕地床包括植物系統、介質系統、收集系統。主要對雨水等面源污染進行收集處理,
通過過濾、吸附、生化達到凈化雨水及污水的目的。是小流域水質治理、保護的有效手段。
人工濕地凈化生活污水
費用
人工濕地與傳統污水處理廠相比具有投資少、運行成本低等明顯優勢,在農村地區,由
于人工密度相對較小,人工濕地同傳統污水處理廠相比,一般投資可節省1/3—1/2。在處理
過程中,人工濕地基本上采用重力自流的方式,處理過程中基本無能耗,運行費用低,污水
處理廠處理每噸廢水的價格在1 元左右,而人工濕地平均不到2 毛。
因此,在人口密度較低的農村地區,建設人工濕地比傳統污水處理廠更加經濟。
使用效果
人工濕地在農村地區的使用效果也優于傳統污水處理廠,首先人工濕地使用純生物技術
進行水質凈化,而污水處理廠則使用化學方法,因此污水處理廠在處理過程中會產生大量富
含有害化學成分的淤泥、廢渣影響環境,而人工濕地則不存在二次污染。其次人工濕地以水
生植物水生花卉為主要處理植物,在處理污水的同時還具有良好的景觀效果,有利于改造農
村環境。另外,人工濕地還擁有可持續的經濟效益,在人工濕地上可選種一些具備凈化效果
和一定經濟價值較高的水生植物,在污水處理的同時產生經濟效益。
運行管理
人工濕地的運行管理也比污水處理廠簡單、便捷,因為人工濕地完全采取生物方法自行
運轉因此基本不需專人負責,只需定期清理格柵池、隔油池、每年收割一次水生植物即可。
人工濕地中起主要處理作用的還是微生物,不是土壤的過濾作用,所以濕地設計中應包括防
止濕地填料堵塞問題、植物死亡問題和過冬問題。人工濕地服務年限一般按照10-15 年計算,
也就是說設計比較完善的濕地系統15 年以后才需要清理填料床,達到服務年限的人工濕地
系統在清理填料床后,即可重新投入使用。另外,人工濕地的建設周期短,建設一座傳統污
水處理廠和完成相關管道的鋪設往往需要一年以上,而人工濕地的平均建設周期在3 個月以
內,因此建設人工濕地見效更快。
結論:在人口密度較低、污染排放較少的農村地區,“人工濕地”生活污水處理設施有很多優
點,該處理設施充分利用農戶住房周邊的地形特點,因地制宜、實施簡單,可造在住宅旁的
空地上,也可利用水塘以及公園的景觀池改造;規模可大可小,可以二三十戶家庭共用一塊,
也可以一戶人家造一塊;投資少,維護方便,且占地面積小,配合種植水生植物,還可達到
美化景觀的效果。
污染物去除機理
SS 的去除主要靠物理沉淀、過濾作用,BOD 的去除主要靠微生物吸附和代謝作用,代
謝產物均為無害的穩定物質,因此可以使處理后水中殘余的BOD 濃度很低。污水中COD
去除的原理與BOD 基本相同。
N、P 去除人工濕地主要利用生物脫氮及植物吸收方法。
作用機理:對污染物的去除與影響物理沉淀可沉淀固體在濕地中重力沉降去除、過濾,
通過顆粒間相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固體被阻截而去除;化學
微生物代謝:利用懸浮的底泥和寄生于植物上的細菌的代謝作用將懸浮物、膠體、可溶性固
體分解成無機物;通過生物硝化-反硝化作用去除氮;部分微量元素被微生物、植物利用氧
化并經阻截或結合而被去除。自然死亡:細菌和病毒處于不適宜環境中會引起自然衰敗及死
亡,植物植物代謝利用植物對有機物的吸收而去除,植物根系分泌物對大腸桿菌和病原體有
滅活作用植物吸收相當數量的氮和磷能被植物吸收而去除,多年生沼澤生植物,每年收割一
次,可將氮、磷吸收、合成后分移出人工濕地系統。
1.濕地基質的過濾吸附作用
污水進入濕地系統,污水中的固體顆粒與基質顆粒之間會發生作用,水流中的固體顆粒
直接碰到基質顆粒表面被攔截。水中顆粒遷移到基質顆粒表面時,在范德華力和靜電力作用
下以及某些化學鍵和某些特殊的化學吸附力作用下,被粘附與基質顆粒上,也可能因為存在
絮凝顆粒的架橋作用而被吸附。
此外,由于濕地床體長時間處于浸水狀態,床體很多區域內基質形成土壤膠體,土壤膠
體本身具有極大的吸附性能,也能夠截留和吸附進水中的懸浮顆粒。
物理過濾和吸附作用是濕地系統對污水中的污染物進行攔截從而達到凈化污水的目的
的重要途徑之一。
2. 濕地植物的作用
植物是人工濕地的重要組成部分。人工濕地根據主要植物優勢種的不同,被分為浮水植
物人工濕地,浮葉植物人工濕地,挺水植物人工濕地,沉水植物人工濕地等不同類型。濕地
中的植物對于濕地凈化污水的作用能起到極重要的影響。
首先,濕地植物和所有進行光合自養的有機體一樣,具有分解和轉化有機物和其他物質
的能力。植物通過吸收同化作用,能直接從污水中吸收可利用的營養物質,如水體中的氮和
磷等。水中的銨鹽、硝酸鹽以及磷酸鹽都能通過這種作用被植物體吸收,最后通過被收割而
離開水體。
其次,植物的根系能吸附和富集重金屬和有毒有害物質。植物的根莖葉都有吸收富集重
金屬的作用,其中根部的吸收能力最強。在不同的植物種類中,沉水植物的吸附能力較強。
根系密集發達交織在一起的植物亦能對固體顆粒起到攔截吸附作用。
再次,植物為微生物的吸附生長提供了更大的表面積。植物的根系是微生物重要的棲息、
附著和繁殖的場所。相關文獻表明,植物根際的微生物數量比非根際微生物數量多得多,而
微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。
最后,植物還能夠為水體輸送氧氣,增加水體的活性。
由此可見,濕地植物在控制水質污染,降解有害物質上也起到了重要的作用。
3. 微生物的消解作用
濕地系統中的微生物是降解水體中污染物的主力軍。好氧微生物通過呼吸作用,將廢水
中的大部分有機物分解成為二氧化碳和水,厭氧細菌將有機物質分解成二氧化碳和甲烷,硝
化細菌將銨鹽硝化,反硝化細菌將硝態氮還原成氮氣,等等。通過這一系列的作用,污水中
的主要有機污染物都能得到降解同化,成為微生物細胞的一部分,其余的變成對環境無害的
無機物質回歸到自然界中。
此外,濕地生態系統中還存在某些原生動物及后生動物,甚至一些濕地昆蟲和鳥類也能
參與吞食濕地系統中沉積的有機顆粒,然后進行同化作用,將有機顆粒作為營養物質吸收,
從而在某種程度上去除污水中的顆粒物。
人工濕地的優缺點
人工濕地污水處理系統是一個綜合的生態系統,具有如下優點:
①建造和運行費用便宜
②易于維護,技術含量低
③可進行有效可靠的廢水處理
④可緩沖對水力和污染負荷的沖擊
⑤可提供和間接提供效益,如水產、畜產、造紙原料、建材、綠化、野生動物棲息、娛
樂和教育。
但也有不足
①占地面積大
②易受病蟲害影響
③生物和水力復雜性加大了對其處理機制、工藝動力學和影響因素的認識理解,設計運
行參數不精確,因此常由于設計不當使出水達不到設計要求或不能達標排放,有的人工濕地
反而成了污染源。
另外,據已有數據,當上下表面植物密度增大時, 人工濕地系統處理效率提高,在達到其
最優效率時,需2~3 個生長周期,所以需建成幾年后才達到完全穩定的運行。因此,目前人
工濕地技術最大問題在于缺乏長期運行系統的詳細資料。
總的來說, 人工濕地污水處理系統是一種較好的廢水處理方式,特別是它充分發揮資源
的生產潛力,防止環境的再污染,獲得污水處理與資源化的最佳效益,因此具有較高的環境效
益、經濟效益及社會效益,比較適合于處理水量不大、水質變化不很大、管理水平不很高的
城鎮污水,如我國農村中、小城鎮的污水處理。人工濕地作為一種處理污水的新技術有待于
進一步改良,有必要更細致地研究不同地區特征和運行數據以便在將來的建設中提供更合理
的參數。

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