人工湿地污水处理系统的研究进展_陈小敏

中国环境科学学会学术年会论文集(2011)人工湿地污水处理系统的研究进展陈小敏王梅(东北大学材料与冶金学院东北大学材料与冶金学院资源所沈阳n仪刃4摘要本文介绍了人工湿地的定义及分类,概述了国内外人工湿地污水处理系统的发展简史及研究与应用现状,分析了人工湿地去除污染物的机理,最后指出我国目前人工湿地运行存在的问题,对人工湿地污水处理技术应用前景进行展望。关健词人工湿地污水处理研究进展水环境问题已成为限制人类发展甚至生存的严重问题。一方面,人类对水的需求量和品质要求越来越高,另一方面,水污染的范围和程度也越来越大。“水资源短缺,水质恶化”这一现象就摆在了人们面前1[]。目前我国的污水处理主要依赖于传统的污水处理工艺,存在处理水平低、投资运行费用高,且主要以去除碳源污染物为目的,对氮(N)、磷(P)等营养物质的去除率则较低(只有30%一50%),经处理后的出水排入水体后仍将引起“富营养化”等环境问题。三级处理虽可解决上述问题,但因投资和运行费用昂贵而难以大面积推广2[]。因此,寻求投资运行费用低、处理效率高的污水处理新技术成了关注的热点。近年来,各种水处理方法和技术层出不穷,其中人工湿地生态处理技术逐步被越来越多的国家接受,并广泛应用。一、人工湿地的定义及分类人工湿地是为污水处理而人为模拟自然湿地建造的一个自然系统,是在一定长、宽比及地面坡度的洼地中,由土壤和基质填料(如砾石等)混合组成填料床,污水在床体的填料缝隙或床体的表面流动,并在床的表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、成长周期长、美观及具有经济价值的水生植物(如芦苇等),形成一个具有污水处理功能的独特的生态系统,故人工湿地也称为构筑湿地,国外更有人称为生态滤池21[。人工湿地依靠物理、化学、生物的协同作用完成污水的净化过程,强化了自然湿地生态系统的去污能力。根据湿地中主要水流形式,人工湿地可分为以下几类131:1.表面流湿地(Su对抽ceRow研e/tlands,SFW)是指污水在其填料的上面漫流,绝大部分有机污染物的降解由浸没在污水中的植物茎基部生物膜上的微生物完成。2.水平潜流湿地(HoirzonaltSubsud触ceRowMe/tlands,HSFW)是由滤料层与植物共同构造的系统,是一个由填料、植物与微生物共同组成的生态系统,污水经配水系统均匀分配并缓慢流过填料床植物根系,被其中的植物与微生物处理。3.垂立式流湿地(Ve币calRowwedands,VP刃)综合了上述两种湿地的特点,其构造要求也相对较高。表面流湿地和立式流湿地因环境条件差(易滋生蚊虫),处理效果受气温影响较大以及对基建要求较高,现多不再采用。故人工湿地大部分采用潜流式湿地系统。二、人工湿地的发展简史及研究与应用现状人工湿地污水处理技术的发展最早可追溯到1903年,英国约克郡Eabry州建立了世界上第一个用于处理污水的人工湿地并连续运行至1992年,而人工湿地污水处理工艺在世界各地受到重视并被较广泛应用则始于20世纪60年代。1953年,德国KaineeSidel博士在研究中发现,芦苇能去除大量有机物和无机物。实验结果表明,芦苇及其他高大植物能从污水中去除重金属和碳水化第二章环境科技研究进展及应用合物。其后,这些实验室开始推广至许多大规模试验,并用以处理工业废水、江河水、地面径流和生活污水4[J。与此同时,siedel开发出“Max一lPacnkinistute一pores”系统,该系统由四级或五级组成,每级由几个并联并载有挺水植物的池子组成5[]。荷兰于1967年开发了一种称为“LelysadtorPess”的大规模处理系统,该系统是一个占地l腼2的星形自由水面流湿地,水深.04m,该系统后接一个长40m的浅沟,随后这种湿地在荷兰大量建成。20世纪60年代中期,Siedel与兀Ckuht合作并由幻ckuht于1972年开发“根区法”(hetorotzone一method),进一步推动了对湿地污水处理技术的试验研究。根区法由一种载有芦苇的矩形池子组成。土壤经选择含有钙、铁、铝添加剂,以改善土壤结构和提高对磷()P的沉淀性能。水以地下潜流水平流过芦苇根,有机物被降解,N被硝化、反硝化,P与Ca、eF、lA共沉积于土壤中。水面与地面齐平,在池子进、出口处分别进行布水和收集。该理论掀起了研究和应用人工湿地的热潮。这种方法的问题在于土壤渗透能力并非像幻ckuht预测的那样随时间而增大,且芦苇传氧至根部的能力通常比`ckuht所说的要少得多6[]。20世纪60年代末,美国NASA国家空间技术实验室研究开发了一种“采用厌氧微生物和芦苇处理污水的复合系统”。1976年,美国NASA出版了一本题为《充分利用水生植物》的专著,书中描述了欧洲系统及早期的NASA系统。1990年,美国国家环保局(EPA)将湿地的应