垂直流人工湿地系统

松辽流域污染也相当严重，污染河段占６ 以 ０ 上。
水利部专家分析， 中国江河污染主要是城市和工矿企业的点 源污染所致， 一个入河排污 口 污染一大片， 在大江大河形成岸边污染带； 支流小河一个工厂的污染就会使整条河流受到 污染， 变成 “ 排污沟” 。
据水 部门 新 查资 现 废污 排放 超 ０ 代 一 上， 排 最 调 料， 在 水 量已 过５年 初的 倍以 年 废污 利
地生态系统是对自 然湿地生态系统的适 度补充，也是对其功能退化的恢复性建设 ｌ Ｄ
人工湿地 Ｃ ｎｒ ｅ ｅａｄ 是一种由 （ｏｓｕｔ ｗｔｎ） ｔｃ ｄ ｌ 人工建造和监督控制的，与沼泽地 类似的 地
面１ 人工湿地是为处理污水而人为设 ９ １ 。 计建造的， ０ 是２ 世纪７年代发展起来的 废水处 ０ 新型
（ 系 回 理 果 好， Ｏｃ 的 除ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ一 处 水 度 １ ｍ／ 至３ 处 效 较 Ｃ Ｄｒ 去 从 次 理出 浓 ６６ Ｌ降 ４ ６ 统 流 ） ． ｇ
ｍ／ Ｂ Ｄ 的 ｇ ： ｓ 去除从 Ｌ Ｏ 一次处理出 水浓度２．ｍ／降 ｍ ／ Ｐ ４ 的 从 ６ ｇ 至８ Ｌ ０－ 去除 一次处 ２ Ｌ ｇ ； Ｐ 理
摘 要
基于人工湿地污水处理系统的 应用研究现状， 本研究结合工程实践石岩人工 湿地和甘坑 人工湿地进行探索研究， 容包括前处理、 填料、 植物、 深度、 流系统等对 内 不同 不同 不同 回 处理效果的 影响分析， 工程效益分析， 并就如何管理维护中、 大型规模垂直流人工 湿地提出
流 地Ｖ ｉｌ Ｗｔ ｄＶＷ ； 汐 湿 （ｄ Ｆｗ ｌｄＴＷ［。 普 认 湿 （ｒａ ｌ ｅ ｎ Ｆ ）潮 流 地 Ｔａ ｌ ｗｔ ｓ ）１但 遍 为 ｅｃ Ｆｗ ｌ ｓ ｔ ｏ ａ ｉｌ ｅ ｎ Ｆ １ ｏ ａ ４
人工湿地按水流方式的不同 主要分为两种基本类型： 表面流型人工湿地：潜流型人工 湿地
果好等优点。
本研究在垂直流人工湿地系统的处理规模、 工艺组合及新型填料的选用等方面 均有了一 定的突破，为垂直流人工湿地污水处理系统的推广应用提供实用的 理论依据和实践经验。 关键词： 垂直流人工湿地 污水处理 应用工程 前处理 填料 植物 处理效果 管理与
维护
第一部分 １ 前言
对脆弱。 １ 年来南涝北早较明显，北方天然水资 近 ８ 源量有减少趋势。 从支流向 干流延伸， 从城市向 农村蔓延， 从地 从全国看， 水污染正从东部向 西部发展，
表向地下渗透，从区域向流域扩散。
在全中国 七大流域中．太湖、 淮河、 黄河流域都有 ７％以 ０ 上的河段受到 污染； 海河、
水或为咸水水体者， 包括低潮时水深不超过６ 的水域 １，ｎ 般认为， １ ｎ ７５ 。一 ，６ ９］ 湿地主要是沼泽
地、 泻湖、 泥炭地， 也包括湖泊、 河流、水库、 滩涂、 三角洲、 河口三角湾等。由于人类的
不合理开发， 湿地资 源在我国受到很大破坏。 在特殊时期 和环境条件下， 研究和建立人工 湿
（ 影响整个人工 ２ ） 湿地处理效果的主要因素： 前处理效果、 水力负荷、 填料、 填料深度、
植物生长状况等。
（ 采用四 种新型 ３ ） 湿地填料效果均比 一般采用的砂砾级配填料效果好。 新型填料对 不同
Ｃ Ｄｒ Ｏ ： Ｏ ｃ和Ｂ Ｄ 的去除差异不大， 但对Ｐ ４ ， ３ 去除差异较明显。 ０－ Ｎ － Ｐ Ｈ Ｎ的 对污染物的 整体
３
简单、 运行费 用低等优点， 地面积较大， 但占 水力负荷率较小， 去污能力有限。自 表面流 由
人工湿地中氧的来源主要靠水体表面扩散、 植物根系的传输和植物的光合作用， 但传输能力
十分有限， 这种类型的 湿地系统的运行受气候影响 较大， 夏季擎生蚊蝇的现象， 冬季北方表
面会结冰， 还会有臭味（８ ４ １这种湿地不能 ， １ 充分利用填料及丰富的植物根系。 其绝大部分有 机物的去除是由长在植物水下茎、 杆上的生物膜来完成［ １ ７ １
水平潜流人工 湿地， 这种类型的人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名， 它由一 个或多个填料床组成， 床体填充基质， 床底设有防渗层， 防止污染地下水， 与自 表面流人 由 工湿地相比，水平潜流人工湿地的水力负荷大和污染负荷大， Ｏ ， Ｄ Ｓ， 对Ｂ Ｄ Ｃ ， 重金属 Ｏ Ｓ
水达６０ ０ 亿吨，这些废污水 ８％以 ０ 上未经处理直接排入江河湖库。 面对以 上我国水多、 水少、 水脏的问 必须采取新的战略， 题， 使水资源可持续利用， 以 支持我国 经济社会的持续发展１ ５ １ 近年来， 各种水处理技术在实际应用中 取得了 不断的 发展， 特别是作为二级处理的 活性
的处理对象特征选用不同的植物。
（ 对湿地 ５ ） 池三处 深度出 不同 水的水 行对比， 认为 物在不同 质进 分析 污染 深度的 情 去除
况变化规律为： Ｐ ４ ， ： ７ｃ＞０ ＞５ ； Ｄｒ Ｂ Ｄ： ｍ ７ｃ＞５ｍ ０－ Ｎ 一； ５ ６ｃ ４ｃ Ｃ ｃ Ｏ ｓ ６ｃ ＞５ ４ｃ ． Ｐ Ｈ ｍ ｍ ｍ Ｏ ， ０ ｍ
去除效果规律： 微生物填料＞ 碳填料＞ 铁， 石灰石填料》 活性生 物钙填料。 因此针对不同 处理对
象特征选用不同的填料。
（ 芦苇 风车 去 污染 效 都 好。 花 草 Ｏ ｃ和Ｂ Ｄ及Ｐ４ 草 除 物 果 较 再力 和象 对Ｃ Ｄｒ Ｏ ， ０－ ４ ） 和 Ｐ
的去除效果较好， 但对Ｎ ３ Ｈ－ Ｎ的去除很差， 去除率分别为１． ， ７ ４ ％ ２． ３ ３％．因 此应针对不同
了有意义的见解。研究结果表明：
（ 人工湿地的 １ ） 预处理系统非常必要， 水解酸化池内置有弹性立体填料的 系统对有机污 染物有较好的去除效果，Ｏ ｃ去除率范围：０ ＾５． ； Ｓ Ｃ Ｄｒ ３％ ＇ ５ Ｂ Ｄ 去除率范围：２ ％ ＇ ％ ３％ Ｏ ３． ＾６ ， ５ ６
为后续人工湿地处理系统提供可靠稳定的水质。
等污染指 标的去 除效果好１，且 ５ 很少有恶臭 ７ １ 和攀生蚊蝇现象。目 水平潜流 湿地已 前， 人工
被美国、日 澳大利亚、 本、 德国、 瑞典、 英国、 荷兰和挪威等国家广泛使用。 这种类型人工 湿地的缺点是控制相对复杂， ， 脱Ｐ 除Ｎ的效果不如垂直潜流人工湿地。 垂直流人工湿地， 污水从湿地表面纵向流向 填料床的底部， 床体处于不饱和状态， 氧可 通过大气扩散和植物传输进人人工湿地系统， 垂直流人工湿地的硝化能力高于水平潜流湿 地， 可用于处理氨氮含量较高的 污水， 其缺点是对有机物的去除能力不如水平潜流人工 湿地
２ 人工湿地的 ． ２ 类型及各自 的优缺点
国内 对人工 外学者 湿地系 分 种多 １１ 从工 计的角 发， 系 布 统的 类多 样［ ］ 程设 － ０。 度出 按照 统
水方式的不同或在系统中流动方式不同一般可分为自由 表面流人工湿地、 水平潜流人工 湿地 和垂直流人工湿地（１。 １７ 从水力学角度划分， ２１ ， 人工湿地分为水面湿地和渗滤湿地两种类型 １ 人工湿地按污水在其中的流动方式可分为两种类型： （。 ３ １ 水面式人工湿地 〔 简称Ｆ ） 潜 ＷＳ；
污泥法， 其工艺相对成熟， 但运行费用高， 且主要以去除碳源污染物为目的， 对氮、 磷等营
养物质的去除则微乎其微，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 但因 题， 投资和运行费 用昂 贵而难以 大面积推广． 同时事实也说明， 单纯依靠传统的 污水处理方法在我国当 前的 情况下尚难以 从根本上解决水污染问 只能延 题，
人工湿地污水处理系统的发展与处理机理综述
水资源是基础自 然资源，是生态环境的控制性因素之一；同 又是战略性经济资 时， 源，
是一个国 家综合国 有机组成部分［ 着全球经 会的 力的 １ ］随 济社 发展和人口 剧增长， 的急 水资
源短缺已 成为世界倍受关注的焦点问 题之一。 加之对水域的破坏性开采、 不合理利用及大量
理 艺６１它 据自 湿 生 系 中 理 化 、 化 应的 作 来 理 水， 工 ［ 。 根 然 地 态 统 物 ‘ 学 生 反 协同 用 处 废 一 ， １ ４
般由 人工基质 〔 一般碎石） 和生长在其上的水生植物 〔 如芦苇、 香蒲等） 组成， 是一个独特
的 土壤 （ 基质）植物微生物生 统［ 一 态系 ６ ］
缓其发展趋势［。因此开发和推广适合中国国 ２ １ ） 情的城市污水处理技术成为广大环保工作者
ｚ
面临的一项紧 迫的任务。 「 人 湿地技术应用于污水处理领域， 它独特的优点“ 以 一高三低一
不”即高 效率、 低投资、 低运转费用、 低维持技术、 用地少和基本不耗电间 为综合 解决上
污染物的 排放， 质不断 水 恶化， 许多国 家正面临 着水资 严重 源 短缺的 危机（ 在新的 展阶 ２ ） 。 发
段， 水资源将日 益成为主要的瓶颈因 甚至将成为自 素， 然因素中唯一长期严重制约我国 发展 进程的瓶颈因素［ （ ２ ，
根据水资 一般定 ４ 据介绍， 水资 量虽然 源的 义［ １ 。 我国 源总 迭到 ２ 万亿立方 居 ８ 米， 世界
第 ６ 但人均淡水资源量仅 ２０ 立方米， 位， ３０ 只相当于世界人均的１ ，世界排名第 １１ ／ ４ ２ 位。
按联 制订 合国 缺水国 一般标 ３ ０ ００ｍ／ 年推 我国 世界 ”个贫 之一 家的 准 ０ － ００｝ ０１ 人・ 算， 属 水国 Ｘ 中国水资 ２ ７ 。 源不仅人均占有量低， 而且时空分布变化大， 水土资源不相匹配， 态环境相 生
流 人 湿 （ 称ＳＳ ［１ ］人 湿 根 湿 主 植 式 分为： 水 物 型 工 地 简 Ｆ） ，． 工 地 据 地中 要 物形 可 １６ ５２ ， １ 浮 植 系
统； 挺水植物系统； 沉水植物系统（０ 人工湿地按水流方式的不同 ７１ ，。 ２ 主要分为四 种类型： 地
表流湿地 （ｕ ａ Ｆ ｗ ｔｎｓ ； Ｓｒｃ ｌ Ｗ ｌ ｄ ＳＷ） 潜流湿地（ ｂ ｒｃＦ ｗ ｔｎｓ Ｗ ； ｆ ｅ ｅａ Ｆ ｏ （ ｓ ｆｅ Ｗ ｌ ｄ ＳＦ ） 垂直 Ｓ ｕａ ｌ ｅａ Ｓ ｕ ｏ
１６ ０ １， ］ ２
不同类型人工湿地对特征污染物的去除效果不同， 具有各自 优缺点。 的 表面流湿地是废
水在填料表面漫流， 它与自 然湿地最为接近１１ 但自 表面流人工湿地是人工设计、 １４ ２１ ，。 由 监督
管理的 湿地系统， 污效果优于自 去 然人工湿地系统。 这种类型的 人工湿地具有投资少、 操作
出 浓 ． ｍ／降 ．ｍ／ Ｎ ３ 去 从一 处 水 度２．ｍ Ｌ 至１ 水 度３１ Ｌ 至１６ｇ ； 一的 除 次 理出 浓 ６ 岁 降 ８ ９ ｇ ０ Ｌ Ｈ ７
ｍ ／． ｇ Ｌ
（ 垂直流 ｝ ） 人工湿 地污水处理系 有投资 统具 成本低、 运行费 用低、 处理效果 和景观 好 效
述问题提供了一种新的选择。
２ 人工湿地污水处理系统概述
２ 人工湿地的概念 ． １
湿地是陆地与水体之间的 过渡地带， 是一种高功能的生态系统， 具有独特的生态结构和 功能． ２ １ 年３ １ 修正的 “ 际湿地公约”中， ９ ８ 月 ２日 国 把湿地定义为： 不问 “ 其为自 然或人 工、 长久或暂时之沼泽地、 湿原、 泥炭地或水域地带； 带有戴静止或流动， 或为淡水， 半咸
系统，落干／ 淹水时间较长。控制相对复杂，夏季有孽生蚊蝇的现象。
潮汐流湿地系统是 近年来由 翰大学提 〔， 伯明 出的１ 他们利用芦苇末进行了 验。 ９ ］ 该试 在
这种湿地系统中， 床交替被充满水和排干， 床内 芦苇 在向 充水的过程中 空气被挤出， 床的基 底材料逐渐被淹没， 芦苇床完全被水所饱和以 水就全部被排出， 当 后， 在排水过程中 新鲜的 空气被带入床内。 伯明翰大学的 最新研究成果表明当 水被排出 芦苇床， 有机污染物留 在基底 内时是氧消耗量最大的时刻，因 此在排水过程中 进入的新鲜空气可以看作是去除污物的 氧 源。 通过这种交替的 进水和空气运动‘ 传速率和消耗量大大提高， 氧的 极大地提高了 床 芦苇 的处理效果． 但是， 潮汐流湿地运行一段时间后， 床体可能会被大量的生物所堵塞， 制了 限 水和空气在床体内的流动， 低了处理效果。 降 因此， 设计中 考虑有备用床交替运行， 便利 以