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1、人工湿地（constructed wetland）,环资学院：康军利,内容提纲：,人工湿地类型及原理人工湿地的设计参数及其设计要点人工湿地的研究现状及趋势,1 人工湿地的类型及原理,1.1 人工湿地的定义用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，填充一定深度的土壤或填料层，种植芦苇一类的维管束植物或根系发达的水生植物，污水由湿地的一端通过布水管渠进入，以推流方式与布满生物膜的介质表面和溶解氧进行充分的植物根区接触而获得净化。人工湿地分为表面径流人工湿地和人工潜流湿地。（选自室外排水设计规范（GB50014-2006）,Constructed wetlands are artificial w
2、astewater treatment systems consisting of shallow(usually less than 1 m deep)ponds or channels which have been planted with aquatic plants,and which rely upon natural microbial,biological,physical and chemical processes to treat wastewater.They typically have impervious clay or synthetic liners,and
3、engineered structures to control the flow direction,liquid detention time and water level.Depending on the type of system,they may or may not contain an inert porous media such as rock,gravel or sand.（from EPA manual constructed wetlands treatment of municipal wastewaters1999）,1.2 人工湿地的类型,（1）表面流湿地（F
4、ree Water Surface Wetlands）,（2）潜流湿地（Vegetated Submerged Beds 或 sub-surface Flow）,1.3 人工湿地的净化机理,1.3.1 氮的去除,1.3.2 磷的去除,1.3.3 病原体的去除1.3.4 重金属的去除,2 人工湿地的设计参数及其设计要点,2.1 设计参数（1）水力停留时间通常情况下，表面流湿地进水在初始部分(沉降区)发生大量的絮凝、沉降，大约可以去除80%的总悬浮物，这一区域水力停留时间大概需要2 d 左右。理论上讲，最大流量下水力停留时间超过2 d 只能是浪费，因为悬浮物去除以后，进水区域的厌氧环境条件，不会对
5、溶解性物质和沉降后的沉积物产生可观的去除效果。英国环境署对表面流湿地中间部分（好氧反应区）的研究也显示，水力停留时间达到2d 以上后，各种水生藻类开始生长，引起pH 值变化，促进沉水植物的生长，可以促进氨氮挥发，磷的沉降，不过为了避免藻华，水力停留时间限制在23 d 左右。Kadlec则认为，在湿地处理系统末尾部分（植被净化区）中，12d 的停留时间就可以达到90%的NO2-N 去除率。也就是说，23d 的水力停留时间可保证客观的反硝化作用效果。Crites等在采用潜流系统处理城市污水的试验中证实了这一观点，他们指出，潜流湿地本身的厌氧条件正适于系统反硝化作用脱氮，当水力停留时间达到24d 时
6、，即发生强烈的反硝化脱氮作用。综合各方面的资料，可以认为，表面流湿地的总水力停留时间以48 d 左右为佳。,（2）水力坡度,为了施工和排水的方便，Chalk等建议，潜流湿地水力坡度取0.5%1%。王久贤建议，潜流湿地水力坡度取1%，而表面流湿地水力坡度取0.5%或者更小。关键是水力坡度这一设计参数，需根据填料性质及湿地尺寸加以校正，对以砾石为填料的湿地床一般要取2%。对于潜流湿地系统来说，为了建设方便和运行中的排空，比较实用的做法是从进水到出水沿统一的底部坡度设计；另外，为了防治产生死水或发生短流现象，可以采用分级坡度以消除低点、沟槽和侧面坡度。,（3）孔隙度,人工湿地污水处理系统的孔隙度()
7、系指湿地土壤中孔隙占湿地总容积的比。实践表明，人工湿地污水处理系统的孔隙度很难测定，各种文献报道的孔隙度也有很大出入。美国国家环保局建议，表面流湿地密集植被区域设计采用的孔隙度为0.65 0.75，开阔自由水域采用的孔隙度为0.8；对于潜流湿地基质的材料及粒径不同，其差别较大，一般情况下，对于砂石基质，其孔隙率在0.4左右。,（4）表面负荷率,各种污染物浓度和负荷的确定，对于湿地处理类型和尺寸的确定非常关键。湿地处理系统通常可以根据某种污染物的每日负荷来进行设计。设计者必须准确知道污水中污染物的种类和浓度，日流量乘以某种污染物的浓度即可估计处理负荷，根据该负荷以及推荐的湿地特定污染物负荷率就可
8、选择相应的处理面积。据美国国家环保局资料，设计过程中，利用表面负荷率ALR 可以计算湿地处理工程的面积：,对于表面流湿地进水区（植被密集区）BOD 负荷率可达100 kghm-2d-1。Eastlick推荐的潜流湿地设计BOD负荷率为80120 kghm-2d-1。,（5）系统深度,有研究建议，潜流湿地系统深度应为植物根系所能达到的最深处，不过实际上由于植物根系很少达到理论上的最深处，不同的学者建议的深度从4060 cm不等，太深了会导致根系无法输氧到底部，同时也容易造成死区，降低工程效益。美国国家环保局根据多年工程经验，确定潜流湿地进水区域水深为40 cm，基质深度应比水深深10 cm，即系
9、统总体深度为50cm。Eastlick推荐的潜流湿地设计参数指标中水深要求为3090 cm，也在此深度范围内。美国水污染控制委员会(WPCF)要求，表面流湿地的水深在50 cm以内。不过，北美湿地水质处理数据库中推荐的表面流湿地的水深在10200 cm 之间，典型深度在1560 cm 之间，运行深度随植物种类不同而不同，一般挺水植物区域水深60 cm，沉水植物区域水深120 cm 左右。经验表明，对于芦苇湿地系统，处理城市或生活污水时，湿地单元深度一般取6070 cm;而用于较高浓度有机工业废水的处理时，深度一般在3040 cm 之间。,（6）处理单元长宽及其比例,经验表明，人工湿地污水处理单
10、元长度通常定为2050 m。过长，易造成湿地床中的死区，且使水位难于调节，不利于植物的栽培。潜流湿地处理单元由于绝大部分的BOD和悬浮物的去除发生在进水区几米的区域，因此也有一些学者建议，潜流湿地处理单元长度应控制在1230 m之间，以防止短路情况的发生。Kollaard 和Tousignant建议，潜流湿地处理单元长度最小取15 m 为宜。人工湿地污水处理单元长宽比R 从11 到901 不等。早期的湿地研究者如Geartheart等认为，较高的长宽比有利于减少水流短路，使得湿地水流更趋近于推流。不过实际经验表明，一些表面流湿地的推流状况与长宽比无关。Bounds等研究表明，在3 个长宽比分别
11、为41、101 和301 的平行潜流系统中，总悬浮物和BOD 的去除率没有太大的区别。,对于长宽比较高的湿地系统，必须考虑水头损失及水力坡度等的影响，以防止进水区域的水流溢出。王薇等建议，湿地处理系统长宽比应控制在31 以下，常采用11；对于以土壤为主的系统，长宽比应小于11。对于长宽比小于11 的潜流湿地，必须慎重考虑在湿地整个宽度上均匀布水和集水的问题。,2.2 设计要点,2.2.1 厂址选择（1）地形（2）土壤渗透性（3）水文学因素2.2.2 地基准备2.2.3 护堤2.2.4 隔水层2.2.5 基质选择2.2.6 进出水及流量分布调节设施2.2.7 湿地植物的选择,3 人工湿地的研究现
12、状及趋势,3.1 人工湿地机理的研究3.1.1 机理模型的研究黑箱模型一级反应动力学模型Monod模型生态动力学模型3.1.2 各种污染物的去除机理的研究3.1.3 湿地不同组成部分的去除机理研究3.2 复合技术的开发与应用研究如：氧化塘+人工湿地、强化预处理+人工湿地、高效复合垂直流人工湿地、MSBR+人工湿地等,3.3 不同植物的净化效果的研究及其植物选择3.4 基质的选择3.5 微生物的培养及其菌种的研究3.6 不同领域的人工湿地应用研究3.7 人工湿地与景观及人文结合的应用研究3.8 气候因素对人工湿地处理效果影响的研究；3.9 人工湿地的运行及管理研究；3.10 人工湿地经济价值的开发；,谢谢！欢迎交流！,
