人工湿地废水处理机理_吴晓磊

16卷3期环境科学人工湿地废水处理机理吴晓磊(清华大学环境工程系,北京100084)摘典对人工湿地的构造、作用机理进行了较详尽的说明,湿地中物理、化学及生物协同作用以及湿地植物箱氧造成的湿地基质中好氧、缺权和厌氧状态的交替出现是保证其对氮碑及有机物具有较强处理效率的原因。研究表明:对进水浓度较低的城市污水,湿地的BOD。和COD去除率大于80%,出水BODS为10gnr/L左右。总氮及总确去除率可大于60%和90%,较常规二级处理方式具有一定的优越性。关锐词人工湿地.废水处理,有机物,脱氮,除碑。人工湿地(C石nstruct己Wetlands)是本世纪7。年代末发展起来的一种废水处理新技术。其特点是l[,幻:出水水质好,具有较强的氮、磷处理能力,运行维护管理方便,投资及运行费用低,比较适合于管理水平不很高,水处理量及水质变化不很大的城郊或乡村。与传统生物处理工艺相比,其作用机制及处理系统中物质的变化过程有较大的差异。为此,本文将对人工湿地的构造,作用机制及废水中一些常见物质(有机物、氮、磷、氧)在其中的变化过程进行综合评述。l人工湿地人工湿地是一种人工建造和监督控制的与沼泽类似的地面,其设计和建造是通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来进行的,也正是利用这3种作用的协同关系来进行废水的处理〔3〕。其构造可简述为:在一定长宽比及底面坡降的洼地中,按一定的坡度填充选定级配的填料如石子,在填料表层土壤中种植一些处理性能良好,成活率高,生长周期长,美观及具有经济价值的水生植物(如芦苇),构成一个湿地生态系统。在设计湿地处理系统时,应尽可能增加水流在其中流动的曲折性,以增加该系统的稳定性和处理能力。实际设计中,往往将湿地多级串联或附加一些预处理、后处理构筑物构成处理系统。设计中,湿地的长宽值可按下式计算。W一Q/Ks·S·d其中,W:池宽(m);Q:湿地平均处理流量(m,/d),d:池深(m),Ks:填料导水率[m,/(m,,d)〕;S:湿地床坡度;为了保证废水以推流方式流经湿地,L/w应大于3l/,而且L》20m。池深选择则根据池形、水质及湿地植物的根系深度来进行,以使大部分废水都能在植物根系中流动。在美国,利用芦苇床湿地处理城市污水,池深采用60一76cm,而德国为60cm[’3。池底坡降及填料表面坡降往往受水力坡降及填料级配的影响,一般选值范围为1%一8%。人工湿地因水流方式差异可分为以下3类:表面流湿地,潜流湿地和立式流湿地,其构造如图1所示。(1)表面流湿地(Su汀aeeFlowWetlands缩写为SFW)废水在填料表面漫流,它与自然湿地最为接近,绝大部分有机物的去除是由长在植物水下茎、杆上的生物膜来完成。这种湿地不能充分利用填料及丰富的植物根系,卫生条件亦不好,故设计中一般不采用。(2)潜流湿地(Subsu南eeFlowWetlands缩写为SSFW)水在填料表面下渗流,因而可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其他各收稿日期:1994一01一07DOI:10.13227/j.hjkx.1995.03.024环境科学16卷3期种作用处理废水,而且卫生条件较好,故被广泛采用。以下主要对它进行讨论。(3)立式流湿地(VertiealFlowWetlands缩写为VFW)水流动况综合了SFW和SSFW的特点,但其建造要求高,易滋长蚊蝇,目前亦不多用。」厌淞}污水流」一口桃填料,]vFAsl有机物,Jc02!J卿`}刁H,s等d一厌暇情况!n}1}}阶【1I[洲州目I妞仁世}溶解性有机物溶解饭J只JJ,刁月只月J勺刁填料表面流湿地CO,好氧情况(氧源自废水)污水流溶解性有机物菌一sù等睐一饥:cocH’邸子植物相气好权菌或潜流湿地l;{{七几2万l丰`戈溶解权立式流湿地图13种人工湿地构造2人工湿地处理机理人工湿地对废水的处理综合了物理、化学和生物3种作用。它成熟后,填料表面和植物根系中生长了大量的微生物形成生物膜,废水流经时,S被填料及根系阻挡截留,有机质通过生物膜的吸附及同化、异化作用而得以去除。湿地床层中因植物根系对氧的传递释放,使其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态,保证了废水中的氮、磷不仅能被植物及微生物作为营养成分直接吸收,还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用从废水中去除,最后通过湿地基质的定期更换或收割使污染物质最终从系统中去除。人工湿地中各种物质传递和转化因含氧差异而有所不同,如图2所示。2.1氧变化情况如图2所示,氧来源于植物根毛的释放、来水及水面更新溶氧。湿地植物光合作用产生的氧气,一部分通过输运组织和根毛输送释放到图2人工湿地中物质传递和变化湿地环境中。输送过程及氧在湿地中分布状态如图3所示(以芦苇床为例)。这种输氧作用使根毛周围形成了一个好氧区域,其中好氧生物图