人工湿地污水处理系统的分析与优化_刘真

收稿日期:2003-07-01.作者简介:刘真(1979-),女,硕士研究生;武汉,华中科技大学环境科学与工程学院(430074).人工湿地污水处理系统的分析与优化刘真1章北平1(1.华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074)摘要:从系统论的角度,应用整体性原理、相关性原理、结构性原理、动态性原理和综合优化原理分析了人工湿地污水处理系统的优缺点、发展方向和原则,并针对人工湿地污水处理系统中的填料选择与级配、植物栽种与选择、湿地床构造形式、系统工艺流程及布置形式提出了一系列综合优化措施和建议.关键词:人工湿地;系统论;污水处理中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1000-5730(2003)04-0064-04人工湿地污水处理系统是目前世界最廉价的低投资、低能耗、行之有效的处理与利用污水的系统工程,是在长期应用天然湿地净化功能基础上发展的水净化资源化生态工程处理技术,脱氮除磷效果明显,可作为污水二级处理的替代技术.国外人工湿地污水处理系统的应用始于20世纪70年代初,目前,美国和加拿大已有300多个人工湿地污水处理系统,欧洲有500多个,其规模小自40m2,大至1000多公顷.我国自“六五”开始开展了人工湿地小试、中试到实用规模的试验,取得了人工湿地工艺特征、技术要点及工程参数等研究成果[1].人工湿地污水处理系统已被大量用来处理生活污水[2]和工业废水[3],还被应用于处理矿山废水、农业废水、垃圾填埋场渗滤液、高速公路暴雨径流和富营养化湖水[4～6].而且人工湿地可以作为自然景观,具有一定的欣赏价值[7,8].1人工湿地污水处理系统的分析人工湿地污水处理系统一般包括污水的输配水工程、预处理设施、污水调蓄系统、生物利用系统和统一的管理、监测系统.以自然生态系统的净化作用为核心,在技术上通过对生态因子的优化与调控,强调在污水污染成分处理过程中植物-微生物共存体系与处理环境或介质的相互协调关系.它的目标就是在促进废水中污染物质良性循环的前提下,充分发挥资源的生产潜力,防止环境的再次污染,获得污水处理与资源化的最佳效益.1.1应用整体性原理根据整体性原理,对环境效益和社会效益仅需作定性分析,对经济效益则应定量考察.只要城市污水处理系统能够实现收集、输送和处理污水并达标排放尾水,则其环境和社会效益就为正效应,且城市污水处理率越高,其正效应越大.1.1.1建设成本低据国外统计,一般人工湿地污水处理系统的投资和运行费用仅为传统的二级污水厂的1/10～1/2.对我国已建成或正在建的常规生化二线水处理厂投资进行分析,也表明人工湿地的投资远远低于常规二级水处理设施(表1)[9].1.1.2运行管理成本低人工湿地运行费用仅为生化二级处理厂的1/10.原因如下:a.由于人工湿地基本上不需要机电设备,故维护上只是清理渠道及管理作物,一般人员完全可以承担,只需个别专业人员定期检查.b.人工湿地基本上不耗能,也不需要投药,其它处理方法无法与之相比.而且其它水处理工艺的能耗不仅是经济问题,也是环境问题,因为耗能过程中产生的CO2及SO2等会污染大气环境.1.1.3污水处理产物资源化人工湿地污水处理系统注重污水处理与水资源利用相结合,代表了21世纪小城镇污水处理发展的主要方向[10].1.1.4N及P处理效果显著从表2可看出,人工湿地污水处理系统对N及P等指标的去除效果是传统二级处理所不及的.第20卷第4期2003年12月华中科技大学学报(城市科学版)J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Vol.20No.4Dec.2003表1人工湿地污水处理系统与其它污水处理系统比较表项目名称处理方式总投资/万元吨水投资/元·t-1运行费/万元·a-1水处理费/元·t-1年耗电/104kW·h吨水耗电/kW·h吨水用地/m2深圳某水质净化厂鼓风曝气3300660>100>0.203190.1752珠海某水质净化厂鼓风曝气1500833>100>0.204200.641海南某水质净化厂氧化沟57457436.50.20102.40.281.2白泥坑人工湿地人工湿地4.891382.00.02002.7表2人工湿地污水处理系统与传统二级污水处理系统处理效果比较表污水成分/mg·L-1人工湿地污水处理系统平均最高传统二级污水处理系统BOD10～20<3030SS10<2030TN10<2020NH3-N5～10<1515Tp4<1010大肠菌群/个·L-14000004000000-1.2应用相关性原理相关性原理提示人们重视系统的全局性和平衡性,通过加强薄弱环节、抑制膨胀因素,把各种影响因素都控制在合理限度内,从而控制系统的发展规模和速度.为了提高人工湿地污水处理系统的效益,就要不断完善和发展它.人工湿地污水处理系统还存在以下缺点.a.占