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1、-人工湿地处理污染河水的研究进展关艳艳等目前，国外研究的人工湿地类型主要有外表流人工湿地、潜流人工湿地以及组合人工湿地系统 3 类。其中潜流人工湿地根据水流形态又分为水平流和垂直流两类。Dongqing Zhang 等人比拟了国外表流、水平潜流、垂直潜流和组合系统的人工湿地运行数据，指出组合系统对 TSS，BOD5，COD 和 TP 的去除率是最高的。相对于垂直潜流系统，水平潜流湿地对 BOD5和TP 的去除率较高，对 TN 的去除则呈现出明显的优势，而垂直潜流系统对 TSS 有较高的去除率。2.1 外表流人工湿地外表流人工湿地SF是各类型湿地中最接近自然湿地的一种。绝大局部有机物的去除是由长
2、在植物水下茎、杆上的生物膜来完成，因而不能充分利用填料及丰富的植物根系目前国较少采用，具体到应用外表流人工湿地处理污染河水，这方面的研究就更少了。2.2 潜流人工湿地潜流人工湿地常用的植物有香蒲、芦苇、风车草、再力花、灯芯草等。在美国，大约 40%的潜流型湿地只种植香蒲一种植物。欧洲国家多数种植芦苇，也有一些是种植多种植物的系统。我国潜流人工湿地系统多采用多种植物穿插栽种。2.2.1 水平潜流人工湿地水平潜流人工湿地(HF)系统污水在填料床部流动，水位较深，可以充分利用填料外表、植物根系上生长的生物膜和丰富的植物根系、表土层以及填料的截留等作用，处理效果较好。同时，该种系统的保温性较好、处理能
3、力受气候影响小、卫生条件好，是国外应用最广泛的人工湿地系统。香蒲根系兴旺，植株较矮，去污能力强，特别是应用在人工湿地系统中时对氮和磷去除能力较强，适合用于人工湿地污水处理系统，特别是处理低浓度废水，而其处理高浓度废水还有待进一步的研究。在 TN 的去除中硝化菌和反硝化菌占据重要作用，并且这两种菌对温度的变化较为敏感，而有机物的去除主要通过植物的吸收和微生物的转化，填料介质对磷的物理截流占总除磷量的 70%左右，SS 的去除主要是植物根系和填料的吸附和截流作用，所以，温度的变化对氨氮的去除有较明显的影响，对 COD、TP、SS 的影响不明显。夏季氨氮去除率可达 70%左右，但冬季水温降低到15以
4、下时，氨氮去除率降低到30%以下，而温度对人工湿地 COD 去除效果的影响很小。针对冬季运行处理效率低的问题，有学者提出可以在湿地外表覆盖一层地膜。研究说明，在湿地外表覆盖塑料地膜后，氨氮平均去除率由 29.4%上升到 67.6%，COD的平均去除率由 29.0%提高到 46.6%，证明覆盖地膜能有效地提高系统对污染物的去除效果。此外，除了采用塑料膜，还可以考虑覆盖秋季收割的湿地植物保温因为植物被水浸泡会释放一定量的氮磷等营养物质，所以该种方法只适用于正常运行的水平潜流湿地，不适用于外表有积水的外表流和垂直潜流湿地或通过增加水力停留时间来适当弥补。水力停留时间HRT对潜流湿地系统净化效果也有重
5、要影响。HRT 较小时，随着 HRT 的延长，COD、TN、TP 的去除率均不断增加，当 HRT 超过一定时间之后，去除率变化不再明显。这种变化是因为一定量的植物和一定体积填料上的生物膜能处理的有机物负荷等有一定的限值，同时植物和微生物的吸收和转化需要一定的时间。SS的去除根本不受HRT的影响。填料的选择是构建人工湿地系统时应该认真考虑的一方面容。相对于其他污染物质来说，由于磷的去除主要是通过填料对不溶性磷的吸附和沉积作用，不同填料对磷的去除有较大影响，因此假设待处理的污染河水中磷的含量较高，人工湿地最好选择飞灰或页岩为填料，其次是铝矾土、石灰石、膨润土。另外，填料的堵塞问题是影响人工湿地系统
6、正常运行的主要问题之一。研究说明，填料的孔隙堵塞现象主要发生在系统的前段，堵塞物质主要为无机颗粒物。在低负荷运行的系统中，植物对填料堵塞问题的改善作用并不显著。因此，为防止低负荷潜流人工湿地系统中的填料堵塞，需增加能够有效去除无机颗粒物的预处理工艺。2.2.2 垂直潜流人工湿地垂直潜流人工湿地VF系统的水流运行综合了外表流人工湿地和水平潜流人工湿地的特点，例如下行垂直流湿地，水流在填料床中根本呈由上向下的垂直流动，水流流经床体后被铺设在出水端底部的集水管收集而排出处理系统。这种湿地系统节约建立面积，利于脱氮、除磷，而且处理效果稳定，单位面积处理效率高，硝化能力高于水平潜流湿地，但其建造要求较高
7、，较易滋生蚊蝇，目前应用不多。考虑到除污效率，在以往的研究中，单独采用上行或下行垂直潜流系统的研究应用较少，多数采用复合垂直流方式IVF。近几年，对于复合垂直流的研究日益兴起，其中应用于处理污染河水的研究也越来越普遍。通常该种类型湿地由下行流和上行流两池组成，两池中间设有隔墙，底部连通。下行池和上行池中均填有不同粒径的砂和砾石作为填料，为了保证水流的顺畅，下行池填料层比上行池的填料层要高 1020 cm，两池底部均设颗粒较大的砾石层连通。总的来说，复合垂直流的整体处理效果要高于水平潜流系统，高于外表流系统。2.3 组合湿地系统废水的来源多种多样，一般来说，用一种单一的湿地系统处理很难到达预期效
8、果。组合湿地系统(Hybrid wetland systems) 是由多种类型的湿地系统串联而成的，这种系统在欧洲得到越来越广泛的关注。多种类型的人工湿地最正确组合方式取决于目标污染物。对于总氮含量较高的污染河水，由于单级人工湿地无法同时提供有氧和无氧的条件，因此单级人工湿地对总氮的去除率不是很高，为了提高氮的去除率，经常将水平潜流与硝化作用较好的垂直潜流组合应用，并且这种组合方式已经证明是有效的。另外，国还有将垂直潜流和外表流串联起来处理污染河水的实例。除了将多种类型的湿地系统进展组合之外，也可以考虑将湿地系统与各种物理化学处理系统如砂滤系统、絮凝沉淀、接触氧化、微曝气系统等进展组合。采用低
9、溶解氧接触氧化与微曝气垂直流人工湿地的组合工艺，解决了人工湿地在高负荷下运行时易堵塞和效率低的问题。增设预处理设备固然可以一定程度上提升出水水质，但是相应的也会增加处理费用，因此，实际工程应用时应综合考虑各方面的因素，选择适宜的处理工艺。复合人工湿地系统净化城市富营养水体的应用研究黄新等例1.外表流人工湿地与水平潜流人工湿地相结合一、紫阳湖公园复合人工地湿地系统的组成复合人工地湿地系统位于市紫阳湖公园湖心岛西侧，面积 2190 m2，水力外表负荷为1m3/m2d。根据地形特点，同时为保证对湖水污染物的去除效果，设计成在垂直方向外表流人工湿地与水平潜流人工湿地进展复合的人工湿地系统。由集水池、进
10、水配水渠、外表流人工湿地及其正下方的水平潜流人工湿地、中间配水池等五大局部组成。人工湿地处理抽取的紫阳湖污水流程如下：富营养湖水进水配水渠外表流人工湿地中间配水池水平潜流人工湿地集水池出水管排出。见图 1。二、污染物去除机制及效果2.1 对高锰酸盐指数的去除效果相关研究说明，人工湿地对高锰酸盐指数的去除，主要通过系统部微生物吸附降解、植物吸收及填料的物理化学作用去除。2.2 对 TN 的去除效果有研究说明：氮是靠湿地微生物的硝化和反硝化作用去除的。下层水平潜流人工湿地对TN去除效果较上层外表流人工湿地要高 50%。这是因为在本复合人工湿地系统中，下层水平潜流人工湿地床层填料中的反硝化细菌比上层
11、外表流人工湿地植物根系的微生物丰富同时水流在下层水平潜流人工湿地滞留时间比上层外表流要长4 h，因而下层水平潜流人工湿地床层中的微生物分解代TN的效果要比上层外表流人工湿地对TN的去除效果好。2.3 对 TP 的去除效果人工湿地除磷机理包括：基质的吸附沉淀作用、植物的吸收作用及微生物的转化作用，且有研究说明，基质的吸附是磷去除的主要过程，其次是植物和微生物本实验结果说明，下层水平潜流人工湿地对TP去除效果较上层外表流人工湿地要高40%。这是因为下层水平潜流人工湿地基质填料含钙、铁、钴对磷有较强的吸附沉淀作用，另外，外表流人工湿地中污染物是随水流从基质外表漫流而过停留时间较短。因此，相对于上层外
12、表流人工湿地而言，下层水平潜流人工湿地对磷的去除效果更为明显。三、总结复合人工湿地不同构造单元是影响人工湿地净化富营养化水体的重要因素，且因不同去除机理而去除效果不同，上层外表流人工湿地单元对高锰酸盐指数、TN、TP的去除率到达 23.5%、13.3%和 14.2%，下层水平潜流人工湿地单元对高锰酸盐指数、TN、TP的去除率到达 24.5%、23.1%和 23.3%。总体上看，上、下层人工湿地单元对高锰酸盐指数去除效果相近；对 TN去除效果，下层水平潜流人工湿地比上层外表流人工湿地高50%；对TP的去除效果，下层水平潜流人工湿地比上层外表流人工湿地高40%。复合垂直流构建湿地的设计方法及净化效
13、果吴振斌等 2003复合垂直流构建湿地的设计必须充分考虑到各地气候条件、水生植物特点等因素,最好经过小试取得一定的设计参数后进展设计.而水力负荷、有机物负荷、工艺流程选择、配水集水系统、基质类型以及栽种植物等诸多因素均影响到IVCW合理设计。2.1复合垂直流构建湿地的选址确定复合垂直流构建湿地的建立地址必须充分考虑当地的地形地貌以及工程地质、水文地质情况,同时应符合有关的法律规定.虽然作为潜流型构建湿地的一种,IVCW能有效地控制蚊蝇的滋生和臭味的传播,但在选址时仍然应该尽量防止选在人群密集的地方以及其他公众暴露的场合。IVCW应尽量建立在平地或者坡度较小的地方以减小土方开挖量,降低投资.在坡
14、度很大的地方,可以将下行池和上行池分别建立在不同的高程,中间通过跌水相连,以增加上行池中的溶解氧,促进硝化作用。2.2IVCW的工艺组合与运行方式根据需要,IVCW可以建立成单系统、串联系统、并联系统以及IVCW与氧化塘以及推流床等的组合形式.单池系统设计简单,建造经济,但是运行灵活性差;串联系统可以用在污水的深度处理以及出水修饰;并联系统运行灵活,是最主要的形式.污水根据水力负荷按比例分配到各池中,当*一池需要维修时,其他各池仍可正常工作。复合垂直流构建湿地既可以连续运行,又可以间歇式运行.但是间歇运行便于在较低水力负荷时的均匀布水,充分地利用湿地的外表积;同时间歇式进水更有利于氧气进入湿地
15、基质层中,促进微生物生长,加快有机物的降解,因此推荐采用间歇式运行。2.3复合垂直流构建湿地的预处理对于悬浮物或者有害物质含量高的污水,预处理是必不可少的.由于预处理设计不当而造成湿地系统不能正常运行的情况并不鲜见16.通常可以采用格栅(筛)、沉砂池、初沉池、除油池以及氧化塘或者水解池等作为IVCW的预处理.在有条件时,采用投加絮凝剂的方法来强化预处理对于湿地系统运行是有利的。复合垂直流与潜流人工湿地沿程脱氮除磷比照研究栾晓丽等 2009人工湿地用于污水处理,具有效率高、能耗低、投资低及运行管理水平要求不高等优点,是小城镇污水处理较经济合理的选择。人工湿地按构造不同,可将其分为外表流(SFW)
16、、复合垂直流(IVCW)和潜流(SSFW)3种类型,并具有不同的优缺点。外表流人工湿地不能充分利用填料及植物根系的作用,因此现在人工湿地设计中已经不再使用3。复合垂直流和潜流人工湿地由于具有相对较高的有机物或氮、磷的去除率,是目前应用较为广泛的人工湿地类型。结论：(1) 复合垂直流人工湿地对COD、NH+4-N、TN和TP都有很好的去除能力,夏季的去除率分别为71.63%、38.87%、50.17%、93.56%,比潜流人工湿地高出8.33%、7.41%、13.13%、9.41%。冬季2种人工湿地对污染物的去除能力大幅下降,COD和TP的去除多依靠填料的吸附作用,微生物活性减弱使2种人工湿地对
17、NH+4-N、TN的去除能力非常有限。冬季试验说明,潜流人工湿地具有更好的保温能力,对污染物的去除能力较复合垂直流人工湿地下降缓慢,COD的去除率比复合垂直流人工湿地高出1.06%,2者对TP和NH+4-N的去除能力相当接近。(2) 在整个试验阶段,复合垂直流人工湿地的脱氮除磷效果高于潜流人工湿地,主要由于它的构造设计为各类微生物提供了适宜的生态环境,水流沿程经过好氧、缺氧和厌氧环境,有利于硝化菌、反硝化菌的生长繁殖及磷菌的大量吸磷。(3) 复合垂直流下行流池对污染物的去除效率明显高于上行流池,尤其在下行流池进水端0 20cm对COD、TP、NH+4-N和TN都有一个快速降解的过程。潜流人工湿
18、地对COD、TP的去除主要集中在进水端0 40 cm,主要是悬浮物通过沉淀和吸附从污水中去除,对溶解性磷和NH+4-N的去除主要集中在进水端40 100 cm。由于潜流人工湿地的缺氧环境使得沿程均会发生反硝化反响,TN呈现均匀降低趋势。复合垂直流人工湿地系统除磷研究晟 2007指导教师：吴振斌相对于一些强化工程除磷手段，复合垂直流人工湿地系统对磷的净化效率相对不高，甚至在进水磷浓度较低、水力负荷较大的情况下会出现磷的释放，但是必须注意的是，复合垂直流人工湿地系统在富营养化水体的修复过程中所起的作用远非仅仅降低进水中磷的浓度。复合垂直流人工湿地系统通过对入水中的总悬浮物的高处理效能，使富营养化水体的透明度得以改善，沉水植物更容易在这种水体环境中到达光补偿点得以生长，进而全面恢复湖泊水生植被；通过对湖泊水体 p H 值的调节，湖泊底泥沉积物中的磷的释放得到抑制，间接地降低了富营养化湖泊水体的磷含量。这种构型的人工湿地系统除了能够有效地去除磷这个最主要的富营养化水体限制因子，另有大量的前期研究结果说明，相对于其他构型的人工湿地系统，由于复合垂直流人工湿地系统的特殊构造创造了氮素硝化反硝化的环境，因此复合垂直流人工湿地系统除氮的效果非常理想。将复合垂直流人工湿地系统用于富营养化湖泊水体的修复，具有很好的前景。. z.
