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人工濕地如何應用于我國分散污水的處理

 
發布時間:2018/8/27  訪問人數:1474
 

人工濕地(CWs)處理技術起源于20世紀70年代,是一種處理污水的綜合生態系統。CWs主要依靠介質填料、植物和微生物的物理、化學及生物協同作用來去除水中的污染物。隨著近年來我國對污水處理要求的提高,CWs在小城鎮及農村分散污水處理方面引起了較大的關注。本文對CWs在我國分散污水處理中的現狀進行綜述,旨在為今后CWs的研究及設計運行提供參考。

一、CWs的類型

CWs為人工修葺的洼地,在底面設置由土壤及填料組成的床體,并種植易于成活、生長速度快、具有吸收污染物能力的水生植物,待處理污水既能夠在填料中流動,也可在濾床上部流動。CWs的凈水是依靠填料、水生植物及水中微生物三者的生態復合作用完成的。這種生態系統可發揮過濾、沉淀、吸附、離子交換、植物吸收和微生物分解作用去除污染物。一些溶解性有機物可被植物根部吸收,通過收割植物而去除。微生物對可生化有機物作用后的最終產物是CO2和H2O。沉淀與過濾作用可以去除不溶性有機物。

CWs可分為表面流人工濕地(SFCWs)、潛流人工濕地(SSFCWs)。SFCWs易滋生蚊蟲、且溫度低時處理效果較差。SSFCWs包括水平潛流(HSFCWs)和垂直潛流(VSFCWs)兩種水流途徑。HSFCWs中水的流向為水平流,水流經介質填料的過程中污染物得以去除。HSFCWs能夠比SFCWs承受更高的負荷,對有機物及重金屬去除效果較好,且保溫效果好,無惡臭和蚊蠅滋生,但是建造費用及維護和管理費高于SFCWs。VSFCWs中污水在濕地中呈豎流,使濾床常處于一種不飽和的狀態,污染物去除效果好,尤其對氮及磷的去除效果更好。

二、CWs的組成

1.土壤基質

CWs的濾床是由人工配比的基質填料構成的,它能為植物和微生物的生長提供合適的環境。常用于CWs基質的有土壤、砂子和礫石等。基質的化學成分和物理性能,如粒徑分布、介質的孔隙空間、不均勻性系數和滲透率等對處理效果有很大的影響。污染物處理效果的提高有賴于適合的基質材料。目前學者們也研究了一些替代的材料,如磷灰石、鋁土礦、白云石、沸石、紅土、石灰石、蛋白土和頁巖等天然材料,還有工業副產品,如燃燒石油頁巖、粉煤灰、儲石、紅泥等,以及人造產品類的明礬石、過濾輕質骨料與牡蝸殼。這些基質材料可通過沉淀、過濾、吸附和離子交換去除水中的污染物質。

2.植物

植物在CWs中發揮重要的作用,一方面能夠吸收污染物,另一方面可以為野生生物提供重要的棲息地,美化環境。植物物種應盡可能是本土的、高增長率的、高生物量的、生態適應性強的并有高積累污染物的能力。用于CWs的植物主要有蘆葦、鳳眼蓮、香蒲、營蒲、美人蕉、旱傘草、花葉蘆竹、蓮水芹、水蔥和菱白等。植物對污水的凈化可分為直接凈化和間接凈化,直接凈化是指植物生長過程中吸收和富集了氮磷及重金屬等污染物,間接凈化是指植物能為微生物等提供有利的生長環境。

3.微生物

作為一種濕地生態系統,CWs中也生長繁殖著多種微生物,根據氧氣條件的不同,存活有好氧、厭氧及兼氧微生物。CWs中的微生物數量也與濕地的植物有關系。各種微生物主要存在的環境是介質中或植物根部。在不同的微環境下,微生物可通過一系列生物化學作用將有機物降解。微生物在自身凈水的同時,還能給予動物或植物營養成分。

4.藻類

CWs中藻類也是重要的組成部分。濕地中的藻類能夠起到貯藏和轉移養分的作用。藻類參與營養成分的吸收固定與釋放的循環。且藻類能控制CWs水體的DO、CO2及水體pH值的晝夜變化,這種變化直接影響植物的生長。

三、CWs在我國分散污水處理中的研究與應用

1.實驗室研究

在實驗室研究方面,CWs著重在于基質填料與植物的選擇及新型CWs工藝及復合CWs工藝的研發。目前主要研究的工藝有潮汐流CWs、自動增氧型CWs、復合CWs。復合CWs一般以水平潛流與豎流復合,或采用厭氧及好氧工藝與CWs復合。輔以的厭氧工藝有厭氧折流板(ABR),好氧工藝有曝氣生物濾池(BAF)。

實驗室研究中濕地容積一般在1m3左右,水力負荷在0.1m3/(m2˙d)左右。基質有礫石、粉煤灰、河砂、沸石、竹碳及自制復合填料。植物有蘆葦、香蒲、鶯尾、美人蕉和再力花。待處理水的COD為40-800mg/L,TN為5-80mg/L,總磷為0.7-6mg/L,NH4+-N為4-64mg/L,SS為72-160mg/L。COD去除率可以達到69%-93%,TN去除率35%-50%,TP去除率49%-53%,部分實驗結果可以達到GB18918-2002的一級B和一級A標準。

2.工程應用

單獨的CWs處理技術在處理生活污水方面還不易達到水質標準,在實際應用中常常將不同工藝與CWs進行串聯,充分發揮各種工藝的優勢,以達到更好的污水處理效果。通常是將生物處理技術與人工濕地生態處理技術進行組合,充分的發揮兩種工藝的優點,這也是當前分散生活污水的主流處理技術。如果污水中的懸浮物含量較大,則可利用格柵或沉淀池等物理設施來去除部分懸浮物。目前有采用的組合工藝有單獨厭氧與CWs組合,還有厭氧及好氧與CWs的組合。

(1)CWs與厭氧工藝復合

厭氧工藝一般放在CWs之前作為預處理工藝。與CWs復合的厭氧工藝有水解酸化、厭氧發酵、厭氧折流板(ABR)等,通常配以SSFCWs。用于工程的填料有碎石,卵石、碳酸鈣、高爐渣和粉煤灰。植物包括蘆葦、美人蕉、再力花、香蒲、燈心草、大花金雞菊、黃花鶯尾、營蒲、梭魚草水蔥和菱白等。濕地容積在50-700m3左右。進水水質為分散的廚房及衛生間等洗菜、洗浴及沖廁等典型的分散污水水質。經復合工藝流程處理后一般均能達到GB18918-2002一級B標準。

(2)CWs與厭氧及好氧工藝復合

采用厭氧及好氧復合工藝時,厭氧工藝通常在CWs前作為預處理,好氧工藝可在CWs之前或之后。好氧工藝以生物接觸氧化、氧化塘、MBR和A2O的O段為主。填料為碎石、卵石和混凝土砌塊,植物有美人蕉、香蒲、營蒲、蘆葦、水蔥、水芹和芭蕉芋等。濕地處理水量最高可達500m3/d。CWs與厭氧及好氧工藝復合后工藝運行穩定、能達到很高的氮、磷去除率,通常出水水質可達到GB18918-2002一級A標準。

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