复合垂直流人工湿地处理受污染黄河水的可行性研究_董金凯

36MUNICIPALWATERTREATMENT市政水处理水工业市场2011年第9期一、引言人工湿地（ConstructedWetland,CW）技术于20世纪70年代初首先出现在德国，由于其基建投资低、运行费用少、出水水质好、维护管理简单等明显的优点，该技术被迅速推广到世界各地，在美国、澳大利亚、欧洲、日本及一些非洲国家均有应用。我国在“七五”期间开始人工湿地的研究，并且在深圳白泥坑、四川活水公园、北京昌平等地建设了一批人工湿地工程[14]。复合垂直流人工湿地在“九五”期间，中科院水生所与德国科隆大学、奥地利维也纳农业大学等共同承担的欧洲联盟国际合作项目（合同号ERBIC18CT960059）中提出的[14]。复合垂直流人工湿地对污染物的去除是在一系列复杂的物理、化学和生物反应下共同完成的，其中起主要作用的是微生物、水生植物以及基质[14]。垂直流人工湿地是在水平流湿地之后发展起来的，由于其系统内的充氧更充分，有利于好氧微生物的生长和硝化反应的进行，因此对氮、磷的去除率较高[1]。近年来，黄河流域工农业发展迅速，黄河水污染日趋严重，黄河水处理难度越来越大，现有饮用水处理工艺难以适应当前黄河水水质状况[15]。鉴于人工湿地尤其是复合垂直流人工湿地的优越性，探讨采用复合垂直流人工湿地来对引黄水厂原水进行预处理的可行性，具有重要意义。二、人工湿地1、人工湿地的定义人工湿地（CW）是在自然湿地降解污水的基础上发展起来的污水处理生态工程技术，是一种由人工建造和监督控制的，人为地将土壤、沙、石等材料按一定比例组成基质，并栽种经过选择的耐污植物，培育多种微生物，组成类似于自然湿地的新型污水净化系统[1,2]。CW是通过基质的吸附、过滤，植物的吸收、固定、转化、代谢及基质中微生物的分解、利用、异化等过程综合作用，而实现其净化效果的。它不仅能有效去除污水中的悬浮物、有机污染物、氮、磷等；而且能有效去除病原微生物、重金属、藻毒素等外源生物活性物质。经CW处理的城镇综合污水可达到二级乃复合垂直流人工湿地处理受污染黄河水的可行性研究文/董金凯1崔景立1康雅2贺锋3（1机械工业第六设计研究院郑州450007；2郑州市自来水投资控股有限公司郑州450013；3中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室武汉430072）摘要：介绍了人工湿地的发展过程、定义、分类及其净化机理。详细阐述了复合垂直流人工湿地的构造、应用及净化效果。简述了人工湿地处理受污染黄河水的研究进展。介绍了复合垂直流人工湿地应用于北京奥林匹克森林公园、武汉市月湖、杭州植物园的实例，证明了复合垂直流人工湿地的优越性。最后，指出了复合垂直流人工湿地有效净化受污染黄河水的可行性。关键词：人工湿地复合垂直流人工湿地黄河水37水工业市场2011年第9期至一级标准；受污染的劣Ⅴ类地表水可达到Ⅱ～Ⅳ类，有时可以达到饮用水水源水质标准。它适用面广，除处理城镇生活污水外，还能广泛应用于农业、畜牧业、食品、矿山等工农业废水的处理[1,3-5]。与传统污水处理系统相比，人工湿地具有建设运行成本低，耗能少，出水水质好，运行维护简单，对负荷变化适应性强，有较强的氮、磷去除能力以及生态环境效益显著并兼具优良的景观效果，实现废水资源化等特点[6,7]。因此，近年来人工湿地在国内外的应用越来越广泛。2、人工湿地的分类人工湿地按照其系统内的水生植物的不同，可分为：浮水植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统[8,9]。根据人工湿地系统的水流形式可将其分为：表面流湿地（SurfaceFlowWetland,SFW）、潜流湿地（SubsurfaceFlowWetland,SSFW）两类[10-13]。(1)表面流湿地SFW与自然湿地很相似，污水以较慢的速度流过，但表面流人工湿地是人为设计、监督管理的湿地系统，去污效果优于自然湿地系统。其中绝大部分有机物的去除是由水生植物和基质中的微生物群落来完成的。SFW中的氧主要来源于水面扩散、植物根系的传输和水中藻类的光合作用。它的优点是投资少、操作简单、运行费用低；但其缺点是负荷小、处理效果差，且系统的运行受气候影响较大，冬季寒冷地区表层容易结冰，夏季有滋生蚊蝇产生臭味等现象。(2)潜流湿地SSFW中的污水在介质间渗流，水面低于介质表面，因此呈潜流状态。在潜流状态下，可以充分利用填料表面和植物根系上的生物膜更有效地处理废水。由于水流一直在湿地内部流动，避免了表面流湿地中的恶臭和蚊蝇的滋生；潜流型人工湿地的作用位点多、微生物丰富、温度波动小、负荷较大、耐冲击、占地面积小、处理污水效率高；由于水在地表下流动，保温性能好，处理效果受气温影响较小。其缺点主要是控制相对复杂，投资和运行费用相比表面流人工湿地较高。SSFW又可分为水平流和垂直流两种。所谓水平流就是污水从一端进入湿地，以