人工湿地系统概况
近年来,随着环保意识日渐提高和环保科学逐步发展,人们发现湿地生态系统在蓄水防洪、污水净化、保护生态环境和维持区域生态平衡等方面起着其他生态系统不可替代的巨大作用。湿地有利于污染物的吸收沉降,能通过物理、化学、生物作用有效地处理生活污水、农业用水和工业用水,可有效吸收、分解或转化营养物质总氮和总磷,从而大幅度降低COD含量方面。湿地还是多种水生动植物、珍贵水禽的繁衍栖息地,有强大的吸碳、固碳功能,对维持地区物种多样性、生态平衡保护,打造“山水林田湖草生命共同体”具有重要作用。
正因如此,上世纪70年代始,人类进行了人工湿地污水净化方面的研究。近20年发展成为一种污水处理新技术,其投资费用低,净化作用明显、运行维护简便,同时兼有景观作用,受到世界各国的重视和广泛关注。
最近,人们逐渐认识到湿地在生态保护方面起到的重要作用,对此做了大量的研究工作,开始努力采用主动保护或建设模拟湿地系统进行生态的保护修复,并取得了一定的效果。如我国各地设立自然湿地保护区进行生态修复,黑吉蒙等地采用人工湿地保护繁殖丹顶鹤,建设开发城市湿地生态修复系统(如临沂市武河湿地公园、沭河国家湿地公园)。在欧美、澳洲,也有一些成功应用人工湿地系统的工程实例。
目前,对人工湿地系统工程的标准和定义并不统一,但以水体、基质、水生湿生植被和微生物为主要组成,以湿地净化和生态系统循环为主要功能,是构成人工湿地污水处理系统的基本要件。
人工湿地系统工程是专注于生态修复的一种新型污水处理系统,具有广泛优点,具体如下:建造费用相对低廉；运行和维护成本低；环保同时增加水环境容量,实现生态治污；具有景观效应,能有效地和其他景观相结合；对氮磷净化能力强,出水水质好,对污水的净化作用明显。适合于水源、地形等条件好的城镇或乡村进行污水处理、水质净化。同时湿地设计可以同城市景观相结合,代替传统水处理设施,充分发挥湿地美学、景观、生物多样性等多方面优点。可见,人工湿地技术是一种适合人类文明发展进步的处理技术工艺。
基于湿地系统净化机理上的人工湿地系统的主要类型
人工湿地修复系统是模拟天然湿地净化污水的机理,主要是由基质、植被、微生物、水体组成,形成一个独特的土壤—水生植物—微生物和基质组成的生态系统,各组成部分协同作用,包括沉淀、吸附、过滤络合、硝化与反硝化、营养元素摄取、生命代谢活动等,共同发挥作用净化污水。其中,人工湿地中的植物是污水净化的主体,具有去除污水中营养物及有毒、有害物质,通过光合作用释放氧气,保持生态系统稳定。
按照污水的水流方式,人工湿地系统可分为表面流人工湿地系统和潜流式人工湿地系统。
表面流人工湿地的水面位于湿地基质层以上,这种人工湿地处理技术起源于天然湿地系统对污水的处理,并且这些污水需要以一定深度从进口缓慢流过湿地表面,一般在表面0.1-0.6m左右。污水中的氮磷有机污染物通过湿地中植物阻拦截留而沉淀在基质中,其中的填料通过物理化学反应对污染物降解,或通过微生物的代谢活动分解,水体中污染物浓度降低,出水流出。
而潜流型人工湿地的水面位于基质层以下,具有对BOD,COD,重金属等污染指标去除效果好等优点,是目前广泛研究及应用的湿地处理系统。一般情况进口高于出水系统。包括湿地布水系统、集水池、湿地出水系统。潜流人工湿地系统中污水基本上在表层以下流动,对污染物降解及对氮、磷等物质的处理效率高。水流过介质,为微生物的活动和存在提供了更大的表面积,由于水在填充料的表面下渗流,可充分利用各系统的协调作用,成本低,占地面积更小。污染物净化反应均发生在地表以下,去污效果受气温变化的影响不明显。其不利方面是容易阻塞,需要定期清理,建造和运行费用高。
人工湿地技术的发展现状及趋势
人工湿地经过几十年的发展,有关湿地污水处理能力和过程的基础研究已经比较成熟,能对污水进行高效处理,净化水质。许多国家建造了人工湿地污水处理设施,包括欧美等国家,这些系统由于其较低的建设运行费用以及良好应用效果,得到越来越多的广泛认可。
一是面源污染治理。城市暴雨径流、农业区暴雨径流中化肥和农药污染治理及污水净化、垃圾渗滤液处理、尾矿废水处理。二是点源污染处理。主要用于净化生活污水和工业废水,净化污染的生活和工业污水。城市污水的二级和三级处理、畜禽养殖径流废水处理、工业废水、食品工业废水。三是有的地区用于处理一些难降解有毒有机物,如除草剂等。
北方地区人工湿地系统去除氨氮、总磷试验研究对湿地监测结果表明,人工湿地系统对总磷的去除率相对稳定,可达到91.8%,而且对氨氮的去除率相对稳定,可达到56.3%-87.1%,试验表明北方地区利用人工湿地系统净化污水中的氨氮和总磷等污染物可行,净化效果明显。
湿地植物在人工湿地水质净化系统中发挥了重要作用。Gersherg(1986)报道了美国加州Santel水厂的人工湿地试验。结果表明,藨草和芦苇去除氨氮比香蒲好,藨草对BOD5的去除要优于芦苇和香蒲,其去除率依次为96%、81%和74%。
近年来,人工湿地处理污水研究进展迅速,利用湿地处理污水应用广泛,研究人员在湿地处理污水的效率、机理以及湿地系统各组分的作用等方面取得了巨大成就。这些研究充分表明,用人工湿地进行污水处理,水质净化明显,技术上可行,是值得大力推广、解决自然环境问题的优质科技项目。
近年来,随着环保意识日渐提高和环保科学逐步发展,人们发现湿地生态系统在蓄水防洪、污水净化、保护生态环境和维持区域生态平衡等方面起着其他生态系统不可替代的巨大作用。湿地有利于污染物的吸收沉降,能通过物理、化学、生物作用有效地处理生活污水、农业用水和工业用水,可有效吸收、分解或转化营养物质总氮和总磷,从而大幅度降低COD含量方面。湿地还是多种水生动植物、珍贵水禽的繁衍栖息地,有强大的吸碳、固碳功能,对维持地区物种多样性、生态平衡保护,打造“山水林田湖草生命共同体”具有重要作用。
正因如此,上世纪70年代始,人类进行了人工湿地污水净化方面的研究。近20年发展成为一种污水处理新技术,其投资费用低,净化作用明显、运行维护简便,同时兼有景观作用,受到世界各国的重视和广泛关注。
最近,人们逐渐认识到湿地在生态保护方面起到的重要作用,对此做了大量的研究工作,开始努力采用主动保护或建设模拟湿地系统进行生态的保护修复,并取得了一定的效果。如我国各地设立自然湿地保护区进行生态修复,黑吉蒙等地采用人工湿地保护繁殖丹顶鹤,建设开发城市湿地生态修复系统(如临沂市武河湿地公园、沭河国家湿地公园)。在欧美、澳洲,也有一些成功应用人工湿地系统的工程实例。
目前,对人工湿地系统工程的标准和定义并不统一,但以水体、基质、水生湿生植被和微生物为主要组成,以湿地净化和生态系统循环为主要功能,是构成人工湿地污水处理系统的基本要件。
人工湿地系统工程是专注于生态修复的一种新型污水处理系统,具有广泛优点,具体如下:建造费用相对低廉；运行和维护成本低；环保同时增加水环境容量,实现生态治污；具有景观效应,能有效地和其他景观相结合；对氮磷净化能力强,出水水质好,对污水的净化作用明显。适合于水源、地形等条件好的城镇或乡村进行污水处理、水质净化。同时湿地设计可以同城市景观相结合,代替传统水处理设施,充分发挥湿地美学、景观、生物多样性等多方面优点。可见,人工湿地技术是一种适合人类文明发展进步的处理技术工艺。
基于湿地系统净化机理上的人工湿地系统的主要类型
人工湿地修复系统是模拟天然湿地净化污水的机理,主要是由基质、植被、微生物、水体组成,形成一个独特的土壤—水生植物—微生物和基质组成的生态系统,各组成部分协同作用,包括沉淀、吸附、过滤络合、硝化与反硝化、营养元素摄取、生命代谢活动等,共同发挥作用净化污水。其中,人工湿地中的植物是污水净化的主体,具有去除污水中营养物及有毒、有害物质,通过光合作用释放氧气,保持生态系统稳定。
按照污水的水流方式,人工湿地系统可分为表面流人工湿地系统和潜流式人工湿地系统。
表面流人工湿地的水面位于湿地基质层以上,这种人工湿地处理技术起源于天然湿地系统对污水的处理,并且这些污水需要以一定深度从进口缓慢流过湿地表面,一般在表面0.1-0.6m左右。污水中的氮磷有机污染物通过湿地中植物阻拦截留而沉淀在基质中,其中的填料通过物理化学反应对污染物降解,或通过微生物的代谢活动分解,水体中污染物浓度降低,出水流出。
而潜流型人工湿地的水面位于基质层以下,具有对BOD,COD,重金属等污染指标去除效果好等优点,是目前广泛研究及应用的湿地处理系统。一般情况进口高于出水系统。包括湿地布水系统、集水池、湿地出水系统。潜流人工湿地系统中污水基本上在表层以下流动,对污染物降解及对氮、磷等物质的处理效率高。水流过介质,为微生物的活动和存在提供了更大的表面积,由于水在填充料的表面下渗流,可充分利用各系统的协调作用,成本低,占地面积更小。污染物净化反应均发生在地表以下,去污效果受气温变化的影响不明显。其不利方面是容易阻塞,需要定期清理,建造和运行费用高。
人工湿地技术的发展现状及趋势
人工湿地经过几十年的发展,有关湿地污水处理能力和过程的基础研究已经比较成熟,能对污水进行高效处理,净化水质。许多国家建造了人工湿地污水处理设施,包括欧美等国家,这些系统由于其较低的建设运行费用以及良好应用效果,得到越来越多的广泛认可。
一是面源污染治理。城市暴雨径流、农业区暴雨径流中化肥和农药污染治理及污水净化、垃圾渗滤液处理、尾矿废水处理。二是点源污染处理。主要用于净化生活污水和工业废水,净化污染的生活和工业污水。城市污水的二级和三级处理、畜禽养殖径流废水处理、工业废水、食品工业废水。三是有的地区用于处理一些难降解有毒有机物,如除草剂等。
北方地区人工湿地系统去除氨氮、总磷试验研究对湿地监测结果表明,人工湿地系统对总磷的去除率相对稳定,可达到91.8%,而且对氨氮的去除率相对稳定,可达到56.3%-87.1%,试验表明北方地区利用人工湿地系统净化污水中的氨氮和总磷等污染物可行,净化效果明显。
湿地植物在人工湿地水质净化系统中发挥了重要作用。Gersherg(1986)报道了美国加州Santel水厂的人工湿地试验。结果表明,藨草和芦苇去除氨氮比香蒲好,藨草对BOD5的去除要优于芦苇和香蒲,其去除率依次为96%、81%和74%。
近年来,人工湿地处理污水研究进展迅速,利用湿地处理污水应用广泛,研究人员在湿地处理污水的效率、机理以及湿地系统各组分的作用等方面取得了巨大成就。这些研究充分表明,用人工湿地进行污水处理,水质净化明显,技术上可行,是值得大力推广、解决自然环境问题的优质科技项目。