不同填料人工湿地对水环境中PPCPs的去除效果及机理研究
重庆大学硕士学位论文
（学术学位）
学生姓名：王帅
指导教师：翟俊教授
专业：市政工程
学科门类：工学
重庆大学城市建设与环境工程学院
二O一三年五月
Research on Removal Efficiency and
Mechanism of PPCPs in Constructed
Wetlands with Different Bed Medium
A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Master’s Degree of Engineerin g
By
Wang Shuai
Supervised by Prof. Zhai Jun
Specialty：Municipal engineering
Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering of Chongqing University, Chongqing China
May, 2013
中文摘要
摘要
水环境中药品和个人护理品（PPCPs）作为新兴微量有机污染物，其污染问题以及危害已经引起广泛的关注。目前，众多研究表明人工湿地处理技术对PPCPs 的去除效果优于其他水处理技术，而且人工湿地处理技术作为一种经济生态的水处理技术，应用前景十分广阔。本课题以PPCPs类药物卡马西平（Carbamazepine，简称CBZ）和双氯芬酸（Diclofenac，简称DCF）作为目标物质，研究了加气混凝土砌块、砾石、天然锰矿石和铁矿石4种不同填料垂直流人工湿地对其去除效果，筛选出对目标物质具有较好去除效果的填料，同时考察了水力停留时间对其去除效果的影响，从而强化人工湿地处理技术对PPCPs的去除效果，进一步开展了天然锰矿石填料对卡马西平和双氯芬酸的去除机理研究。
水环境中微量PPCPs的检测方法是开展本课题研究的前提和基础，建立了卡马西平和双氯芬酸混合水样的固相萃取-高效液相色谱检测法，该方法操作简便，回收率和准确度较高。卡马西平的浓度与峰面积对应关系的线性方程为：y=0.01348x-0.0038，相关系数r=0.99989，双氯芬酸的浓度与峰面积对应关系的线性方程为：y=0.02008x-0.0191，相关系数r=0.99955。两种物质浓度与峰面积线性关系的相关系数均大于0.9995，呈现出较好的线性关系，可准确地进行样品定量分析。该方法两种目标物质的回收率分别为97.63%±1.56%和97.78%±1.63%。
试验研究表明，双氯芬酸的去除效果优于卡马西平，卡马西平为难降解物质。4组填料人工湿地对卡马西平的去除效果无显著差异，对双氯芬酸的去除效果依次是：天然锰矿石>砾石>加气混凝土砌块>天然铁矿石，天然锰矿石填料湿地对双氯芬酸的平均去除率高达53.29%，比其他填料湿地的去除率高20%~40%，显著优于其他填料的去除效果。天然锰矿石和砾石适宜作为湿地的填料，对污染物具有显著降解能力，而且湿地运行效果稳定；加气混凝土砌块填料结构稳定性差，铁矿石不利于水生植物的生长。湿地中双氯芬酸的去除主要依靠底部填料的氧化作用，植物的去除作用较小。同时对比了不同水力停留时间HRT=2d和4d对目标物质去除效果的影响，结果表明适当的延长水力停留时间，可以有效地提高某些PPCPs 的去除效果，而对类似于卡马西平这类难降解物质的影响较小。
在湿地中设置微曝气系统，可显著提高对双氯芬酸的去除效果，对卡马西平的去除效果则无显著提高。在水力停留时间HRT=4d，微曝气的条件下，湿地对卡马西平的最高去除率20%左右，相对于其他工况条件下的去除效率有很大的提高；天然锰矿石和砾石填料湿地对双氯芬酸的去除率高达90%。另外，微曝气显著提高了铁矿石填料对目标物质的降解作用，表明铁矿石的界面效应显著。因此人工
I
重庆大学硕士学位论文
湿地处理工艺中可采用强化供氧的方式来提高PPCPs的去除效果。
在4组不同填料人工湿地装置中，目标物质的去除主要依靠填料的氧化作用。由于湿地上层ORP值较高，部分Mn2+离子被氧化为高价态氧化物MnO2，以及部分Mn2+、Ca2+等离子被吸附到填料锰氧化物表面作用位点，使得上层取样口中锰离子浓度偏低；同时限制了与目标物质的氧化作用，导致上部填料对目标物质的降解效率显著低于底部填料。卡马西平和双氯芬酸的分子结构和取代基性质的差异使得双氯芬酸优先被降解。由于试验研究中卡马西平的降解量非常低，所以色谱图中的新色谱峰为双氯芬酸的两种主要产物，需要进一步定性分析。
关键词：人工湿地，PPCPs，天然锰矿石，填料，水力停留时间，去除效果
II
英文摘要
ABSTRACT
The pollution and endanger of pharmaceutical and personal care products as the emerging trace organic contaminants have been widespreadly concerned. Currently, many researches have shown that the removal efficiency of PPCPs in constructed wetlands technology is better than other water treatment technologies, and as an economic and ecological technology have broad prospects for application. In this research, Carbamazepine (CBZ) and diclofenac (DCF) were selected as reprentatives of attentioned PPCPs. In order to screen out the better medium and the appropriate HRT for removing CBZ and DCF, the removal efficiency of them was studied in vertical constructed wetlands designed aerated concrete blocks, gravel, natural manganese ore and iron ore as the bed medium. It will strengthen the removal effect of PPCPs in the constructed wetlands technology. And the removal mechanism of CBZ and DCF by medium was further studied.
The method of detecting trace PPCPs in the water environment is the prerequisite and basis to carry out the research. A method of solid-phase extraction with high performance liquid Chromatography was established for the determination of carbamazepine and diclofenac. The method was simple, high recovery rate and high accuracy. The correspondence linear equation between the concentration of carbamazepine and peak area is y = 0.01348x-0.0038, correlation coefficient r = 0.99989. The corresponding relationship of linear equation between the concentration of diclofenac and peak area is y = 0.02008x-0.0191, correlation coefficient r = 0.99955. The correlation coefficients were greater than 0.9995, which showed a good linear relationship, quantitative analysis can be accurately performed. In addition, the method recovery rate of carbamazepine and diclofenac was 97.63% ± 1.56% and 97.78% ± 1.63% respectively.
The study showed that the removal of diclofenac was easier than the carbamazepine, which was very stable. The better medium for the removal of diclofenac was natural manganese ore, gravel, aerated concrete blocks and natural iron ore successively. The removal rate of diclofenac was up to 53.29% in the wetlands with natural manganese ore, was significantly higher 20~40% than the others. Simultaneously, there was found that aerated concrete blocks had poor stability, and the iron ore was not conducive to the growth of aquatic plants. The role of plants to removal
III
重庆大学硕士学位论文
of carbamazepine and diclofenac was ignored, while the role of medium was important. The natural manganese ore and gravel were suitable as the wetlands filler and conducive to the degradation of pollutants’removal, which were efficient and stable for the operation. Through the comparison of the removal efficiency of different HRT=2d and 4d, the result showed that the appropriate extension of the hydraulic retention time, can effectively improve the removal of some PPCPs, while similar to carbamazepine such refractory substances less affected.
Micro-aeration system in the wetland systems can significantly enhance the removal of diclofenac，while the difference of carbamazepine was not significant. In the condition of HRT=4d and mico-areation, the highest removal rate of carbamazepine was around 20%, which was still better than the others’ removal efficiency. In the wetlands with natural manganese ore and gravel, the removal rate of diclofenac was up to 90%. In addition, micro-aeration had an important effect on degradation of carbamazepine and diclofenac in the wetlands with iron ore, which the most significant improvement of carbamazepine removal. Studies had shown that the constructed wetland treatment process can be improved the removal of PPCPs by enhancing the oxygen supply.
In the four wetlands with different medium, the oxidation of medium was the main role and further elaborated on the mechanism of degradation of the target substance. Due to low valent ions of Mn, Fe were oxidized to high state oxides and the ions of Mn2+, Ca2+ were adsorbed onto the manganese oxide surface sites, the concentration of iron and manganese of upper samples was lower than the lower, and limited the degradation of CBZ and DCF, resulting in the degradation efficiency of the target substance in bottom was higher than the upper portion. Mainly because of the differences of molecular structure and replace the base, diclofenac was easier than carbamazepine to be degraded. Due to the very low amount of degradation of carbamazepine, the two new peaks in the chromatograms were the by-products of diclofenac, which was necessary to further research.
Key words:Constructed wetlands, PPCPs, natural manganese ore, bed medium, HRT, removal efficiency
IV
目录
目录
中文摘要.......................................................................................................................................... I 英文摘要........................................................................................................................................ I II 1 绪言 (1)
1.1 课题研究背景 (1)
1.1.1 环境中PPCPs的污染现状 (1)
1.1.2 PPCPs对环境的危害 (3)
1.2 国内外研究现状及发展趋势 (4)
1.2.1 现有水处理技术对PPCPs的去除效果研究 (4)
1.2.2 人工湿地处理技术去除污染物的机理研究 (6)
1.2.3 填料在人工湿地中去除污染物作用的研究现状 (8)
1.2.4 天然锰矿石在水处理技术中的应用研究 (10)
1.3 课题研究的目的和意义 (11)
1.4 课题研究的主要内容和技术路线 (11)
1.4.1 课题研究的主要内容 (11)
1.4.2 技术路线 (12)
2 试验材料和试验方案 (13)
2.1 试验设备及材料 (13)
2.1.1 试验设备 (13)
2.1.2 试验试剂与材料 (13)
2.2 试验方案 (15)
2.2.1 试验装置 (15)
2.2.2 试验条件 (17)
2.2.3 试验安排及测定指标 (17)
2.3 锰矿石中MnO2含量的测定 (18)
2.4 卡马西平和双氯芬酸的测定方法 (20)
2.4.1 水样预处理 (20)
2.4.2 卡马西平和双氯芬酸的高效液相色谱法（HPLC）的测定条件 (20)
2.4.3 标准曲线的制定和方法回收率的测定 (23)
2.5 本章小结 (25)
3 卡马西平和双氯芬酸的去除效果研究 (27)
3.1 填料对卡马西平和双氯芬酸去除效果的影响 (27)
V
重庆大学硕士学位论文
3.2 水力停留时间对卡马西平和双氯芬酸去除效果的影响 (29)
3.2.1 水力停留时间对卡马西平去除效果的影响 (30)
3.2.2 水力停留时间对双氯芬酸去除效果的影响 (31)
3.3 微曝气对卡马西平和双氯芬酸去除效果的影响 (33)
3.4 填料不同深度对卡马西平和双氯芬酸去除效果的影响 (36)
3.5 本章小结 (37)
4 填料对卡马西平和双氯芬酸的去除机理研究 (39)
4.1 填料的XRF分析 (39)
4.2 填料的XRD分析 (40)
4.3 湿地中Fe、Mn离子浓度和ORP值变化规律 (43)
4.3.1 Fe、Mn离子浓度变化规律 (43)
4.3.2 ORP值变化规律 (45)
4.3 锰氧化物对卡马西平和双氯芬酸的降解机理 (46)
4.4 本章小结 (48)
5 结论与建议 (49)
5.1 结论 (49)
5.2 建议 (50)
致谢 (51)
参考文献 (53)
附录 (61)
A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文 (61)
B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果 (61)
VI
1 绪言
1 绪言
1.1 课题研究背景
随着全球人口的持续增长和经济的深入发展，水资源短缺已成为全球性问题。目前，全球100多个国家存在不同程度的缺水问题，近10亿人无法获得相对安全的饮用水。在联合国2009年发布的《世界水资源开发报告》中预计，到2030年，全球将有47%的人口面临用水高度紧张的问题[1]。我国是一个干旱缺水严重的国家，而且水资源地区分布不均衡，淡水资源总量占全球的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居全球第四位，但人均仅为世界平均水平的1/4。实际上，某些水资源开发难度大，水污染严重，可以利用的水资源则更少。我国处于经济快速发展的阶段，人们对水资源的需求日趋增加，水污染治理和饮用水安全已成为社会最关注的问题之一。
1.1.1 环境中PPCPs的污染现状
在过去近40年中，关于有毒污染物的研究主要集中在工业化学物质和农药上，关于药品和个人护理用品(PPCPs)对环境影响的研究仅仅有10年多的历史[2]。其中，大量的药物用于预防、诊断和治疗人类和动物的疾病，据统计平均每人每年消耗15g的药物，而工业国家每人每年的用量达到50-150g[3]。这些药物不能完全被人和动物利用，部分转化为代谢产物通过粪便排出体外，甚至未被使用或过期的药物被丢入垃圾中，从而进入生态环境中。与药物不同，个人护理产品则通过洗涤或沐浴等方式直接进入污水系统中，环境中PPCPs的来源及其转移途径如图1.1所示。由于分析技术不断提高，检测污染物浓度的量级可以达到纳克级。在十几年的时间里，各国学者已经在污水厂进出水、地表水、地下水、河流和池塘沉积物及土壤中检测出越来越多的PPCPs，包括各种处方和非处方药（如抗生素、消炎药、激素类药、止痛药、降压药、抗癫痫药等）、香皂、多环麝香等[4,5]。近些年来，药物在环境中的迁移、转化和处理已成为环境领域学者们研究的热点，也越来越引起人们的重视。
目前，发达国家对水环境中PPCPs的研究起步较早，检测技术已经成熟。Ternes 等[6]调查了德国49个污水厂的出水及受纳水体中PPCPs的残留量，在32种广泛应用的药物中，多个污水厂出水中检测到的药物种类超过25种，在其受纳河流中检测出20种药物和4种代谢产物；其中精神类药物卡马西平的最大浓度达到6.3μg/L，消炎类药物布洛芬的最高浓度为3.4μg/L，代谢产物降固醇酸的最高浓度达到1.6μg/L。Kevin等[7]从英国环境局和OSPAR制定的药物目录中选择的14种代表性药物，在5条河流河口处中均能检测到。1999-2000年，美国跨越30个州调查了全国139条河流
1
重庆大学硕士学位论文
中药物和激素的污染情况，主要针对常用95种有机污染物进行了检测分析，结果发现水样中目标物质达70多种[8]。此外，来自加拿大、澳大利亚、瑞士和韩国等国的学者对本国水环境中的PPCPs污染情况进行了调研，检测出几十甚至上百种不同种类的PPCPs，各种浓度不一[9-11]。
图1.1 环境中PPCPs的来源及其转移途径
Fig. 1.1Sources and transfer approaches of PPCPs in the environment
污水处理厂是PPCPs进入水环境中的一个主要途径，Bound和V oulvoulis[12]采访了英国400户家庭成员，调查处置未使用或过期药物的方式，发现一半的被调查成员没有使用那些药物，其中63.2%的药物丢入垃圾，21.8%送回药剂师，而11.5%被丢入洗涤池或卫生器被直接排入污水系统。在德国，据估计每年处理的药物超过16000吨，其中60%-80%被丢入厕所或垃圾中[13]。残留的药物通过地表水进入地下水，如Drewes等人[14]在地下水中检测到卡马西平的浓度高达610ng/L；Shenker等人[15]在用于农业灌溉的Ayalon污水处理厂回用水中检测出卡马西平的浓度达到3μg/L；
2
1 绪言
Heberer[16]在柏林的直饮水中检测出双氯芬酸的浓度低于10ng/L。
由于我国人口众多，畜牧业和水产养殖业较发达，PPCPs的生产量和使用量位居世界“领先”地位，对我国水环境中PPCPs的研究日益增多。目前，被检测的污水处理厂出水中检测出抗生素、多环麝香[17,18]，PPCPs的环境污染和生态毒性日益严重[19]。Zhou等人[20]检测同济大学壁间河、黄埔江和苏州河中卡马西平的最高浓度达1090ng/L，而且在3个污水处理厂的进出水中检测出卡马西平的浓度为230ng/L~1110ng/L。邵晓玲等人[21]研究了松花江流域某自来水厂原水、各处理单元出水以及供水管网中的内分泌干扰物（EDCs）含量，结果表明：固醇类雌激素物质在管网水中未检出，其他各处理单元水样中均被检测出，浓度为4~44ng/L，所有水样中被检出4种邻苯二甲酸酯、双酚A及三种烷基酚，浓度为2~16370ng/L。薛晓飞等人[22]在武汉市区内的较大湖泊和主要河流设立了11个采样点，检测了9种内分泌干扰物，由于其性质和用途不同，同种干扰物浓度在不同采样点不均衡，但大部分被检测出。邵兵、段菁春等人[23,24]分别调查了重庆流域嘉陵江和长江、珠江三角洲等水系中环境激素及其他药物的污染状况。调研结果表明我国的水环境已经遭到PPCPs不同程度的污染，应当引起人们的重视。
1.1.2 PPCPs对环境的危害
与工业化学物质及农业杀虫剂、除草剂等污染物不同，大部分的PPCPs及其代谢物都具有生物活性，分子中含有很多官能团，如羟基、羧基、氨基和醛基等，使得PPCPs在生态系统中具有较强的持久性、生物累积性和缓慢生物降解性的特点，可以长期暴露于水体、土壤和水生、陆生动植物体内，尤其是抗生素类、激素类、消炎镇痛等药物，以及各种消毒剂和清洁剂等，即少量的含量具有较强的作用。因此，环境中浓度较低的PPCPs也可能对给人类健康和生态环境带来严重的危险[25]。而且越来越多的证据表明，残留在环境介质中的PPCPs正在以各种方式影响着环境中的非目标生物体，例如高等生物的性别比、地球生物化学循环的局部变化过程、植物生长的渐进改性、昆虫蜕皮或幼仔孵化的失败发生概率、各种畸形生命体在解剖过程中呈现出的生理结构等[26]。尽管它们在环境中浓度在ng/L~mg/L之间，但是对环境的威胁不容忽视。
Ferrari等人[27]研究了卡马西平、降固醇酸和双氯芬酸对细菌、藻类、小型甲壳类动物和鱼类生长的影响，发现目前水环境中该药物的浓度不会对生物造成致命的危害，但是由于大量药物持续性向环境中释放，不断在生物体内积累，存在很大的潜在威胁。在慢性毒理性试验中发现，水蚤在卡马西平浓度不超过25μg/L 的环境中培养7天，对其生长未产生毒性影响；当其浓度超过100μg/L时，即产生毒性作用。Schwaiger等[28]研究发现，当水体中双氯芬酸的浓度超过5μg/L时，鳃会发生病变；他们还发现鱼鳃、肾和肝中双氯芬酸的浓度依次增高。而Triebskorn
3
重庆大学硕士学位论文
4
等[29]研究表明当生长环境中双氯芬酸的浓度超过1μg/L ，鱼肝、肾和鳃的细胞形态则发生改变。Foran 等[30]研究了三氯生对鱼类生长和繁殖的影响，结果发现低浓度的情况下，对鱼类后代的性别比例没有影响，但其后代鱼鳍的长度发生变化，而且影响了成年鱼体内雄性激素的分泌。根据多项研究表明，抗生素可以抑制植物的生长和降低人体的免疫力。另外，大量的研究表明PPCPs 中的雌激素已被证实是引起水体中的雄性鱼类雌性化的主要因素之一。而且，这些化合物及其代谢产物长期存在于环境中，根据食物链路径，人类通过摄食，多种PPCPs 在人体内富集的风险极大，最终必将危害人类的生命健康。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 现有水处理技术对PPCPs 的去除效果研究
现有的水处理技术包括传统的活性污泥法、膜生物反应器、高级氧化技术以及人工湿地处理技术等，这些技术已经能够有效地控制污水中常规污染物和重金属的排放，但对PPCPs 的去除效果需要深入研究。
活性污泥法去除PPCPs 主要通过污泥吸附和生物降解作用，Temes 等人[31]测定了某些PPCPs 在传统活性污泥法污水处理厂的初沉池和二级沉淀池中污泥的吸附常数（常用K d 表示），如表1.1所示，某些PPCPs 在污泥中的吸附系数很低，无法通过污泥吸附对其进行有效地去除。某些PPCPs 则难被生物利用。通过吸附作用去除的PPCPs 的分子结构并未改变，只是从液相转移到固相中，随着污泥资源化利用的发展，被吸附的PPCPs 被带入土壤中，最终通过地表径流及渗滤进入地表水及地下水中，有研究表明污泥龄的提高对某些PPCPs 的去除具有促进作用[25,32]。
表1.1 某些PPCPs 在污泥中的吸附常数
Tab. 1.1 The solid –water distribution coefficient for some PPCPs in sewage sludge
名称
初沉池
二沉池 水中含量 （μg/L ）
污泥中含量 （μg/L ） K d L/kg-1 水中含量 （μg/L ） 污泥中含量 （μg/L ） K d L/kg-1 双氯芬酸 15.3±0.5 7020±420 459±32 19.4±2.9 310±25 16±3 布洛芬 25.2±5.3 无数据 -(<20) 16.9±4.1 120±2 7.1±2.0 卡马西平 11.8±1.0 无数据 -（<20) 15.2±1.5 19±8 1.2±0.5 降固醇酸 17.1±2.8 无数据
-(<30)
18.2±7.0 87±23
4.8±2.5
吐纳麝香 35±12 183000±23000 5300±1900 4.3±1.7 10200±1100 2400±960 安定
13.1±0.7
580±340
44±26
11.4±1.1
241±83
21±8
1 绪言
膜生物反应器在工业废水和城市污水处理中具有很好的应用前景。诸多学者的研究结果表明，卡马西平在反应器中基本不能被去除，部分药物不受SRT的影响，有的药物随SRT的增加去除效果明显提高，由于目标物质不同，SRT对其去除效果的影响不同[33,34]。高压膜技术如纳滤（NF）和反渗透（RO）被认为是理想的药品去除方法。黄裕等人[35]结合国内外的研究成果，研究了NF和RO膜对药品去除效果影响因素。NF和RO的截留分子量小，对相对分子质量在100-1000的有机物有较高的截留效果，而大多药品的相对分子质量正介于其间。但是NF/RO去除药品的效果受其他许多因素的影响，包括膜的结构特性（如膜的截留分子量、脱盐量和孔隙度等）和药品的结构特性（如药品分子的大小、极性等），膜与药品的静电作用和吸附作用。总体来说，NF/RO膜对痕量药品的去除效果是值得肯定的，特别是RO膜。但是有机药物只是被截留未能分解，后期清洗膜后产生的废液也是亟待解决的问题，并且膜的成本也较高。
高级氧化技术又称深度氧化技术，可产生具有强氧化性的羟基自由基，在光照、催化剂等条件下，使大分子难降解有机物氧化成小分子物质，包括氯气氧化、臭氧氧化、紫外线氧化和Fenton氧化等。周宁娟[36]以磺胺嘧啶和卡马西平作为研究对象，分析了水中目标物与其他微污染有机物共存时的协同去除作用及主要的控制性影响因素。试验表明，两种物质在常规给水处理工艺中的去除效果不理想，去除率分别为25.7%和34.5%。深度处理试验中，研究发现羟基化锌负载到活性炭上催化臭氧化对目标物的去除效果比单独臭氧化好，同种条件下去除率提高30%～40%。高级氧化技术具有氧化性强、反应速度快等优点，对药物废水具有较好的处理效果，但它在处理过程中需要消耗大量的化学药剂，成本高，有可能带来二次污染，而且某些反应副产物的毒性竟超过母化合物，所以副产物的结构和毒性研究尤为重要[25]。
20世纪90年代以来，人工湿地作为一种建设成本低、管理简便和生态美观的水处理技术，在国内外得到极快的发展，已广泛应用于生活污水、农业污水、垃圾渗滤液、城市暴雨径流、富营养化湖水以及其他工矿企业污水的处理[37-40]。人工湿地的类型多种多样，按照水流方式可分为表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地。在实际工程应用中，较多地采用组合式人工湿地，可更好地实现好氧、缺氧和厌氧环境的交替运行，有利于污染物质的降解。Victor等[41]人研究了垂直潜流人工湿地对13种PPCPs的去除效果，结果显示，对8种物质（包括咖啡因、水杨酸、二氢茉莉酮酸甲酯、CA-布洛芬、氢化肉桂酸、氧苯酮、布洛芬和OH-布洛芬）的去除率超过95%，对萘普生、双氯芬酸、佳乐麝香、吐纳麝香的去除率为70~90%，而对卡马西平的去除率不到30%。在西班牙东北部，表面流人工湿地作为城市污水处理厂出水的深度处理工艺，旨在修复受城郊严重影响的河流。Esther等[42]人检
5
重庆大学硕士学位论文
测了8种PPCPs的含量，结果表明，湿地对其中6种物质的去除率均高于70%，对降固醇酸和卡马西平的去除率分别为34%和39%。Zhang等[43]人研究了热带水平潜流人工湿地对卡马西平、双氯芬酸、布洛芬和萘普生4种常用药物去除效果。当水力停留时间为4d时，有水生植物的湿地对布洛芬和萘普生的平均去除率分别为79.7%和91.3%，而无植物湿地对其平均去除率分别为59.8%和52.0%，并且无植物湿地出水中含量的稳定性较差，表明水生植物对两种药物具有吸收降解能力，起到很大的作用；对卡马西平和双氯芬酸的平均去除率分别为26.7%和55.4%，无植物湿地对其平均去除率分别为28.3%和41.1%，去除效果无明显差异。卡马西平是最难降解的药物，双氯芬酸的去除率很低；还发现有无水生植物对卡马西平和双氯芬酸的去除效果影响较小。
Matamoros等人[44-47]采用表面流、潜流和垂直流人工湿地处理技术，作为对污水处理厂出水中PPCPs的深度处理工艺。研究中检测目标药品种类11种，除了氯贝酸、卡马西平和双氯芬酸以外，对其它目标物质的去除率均超过80%，而且夏季的去除效果明显好于冬季，由于夏季植物和微生物的生长繁殖较快，新陈代谢旺盛，可以促进对目标物质的去除效果。此外，研究还发现垂直流人工湿地的去除效果优于另外两种类型的人工湿地，除对蔡普生和双氯芬酸的处理效果比表面流人工湿地差外，其它PPCPs的去除率均达到了98%以上。Matamoros的研究结果表明了人工湿地处理技术，尤其是垂直流湿地的处理效果优于传统污水处理工艺。大量研究的表明，人工湿地处理技术对水环境PPCPs的去除效果优于其他处理工艺，但需更进一步的深入研究。
1.2.2 人工湿地处理技术去除污染物的机理研究
①填料、水生植物与微生物的作用
人工湿地处理技术净水能力主要依靠填料、水生植物和微生物之间的相互作用，包括物理作用、化学作用以及生物作用。
1) 填料作用
人工湿地中填料又称基质、滤料，填料不仅为植物的生长提供基质和提供支撑，为微生物的生长提供了大量的附着生长面积，还对污染物的去除起到过滤、沉淀和吸附的作用，增强湿地的去除污染物的效果。污染物的去除主要发生在填料区，不同的填料，对污染物的去除效果存在很大差异，污染物的去除率还与填料粒径的大小和深度有一定的关系。
2) 水生植物作用
湿地中生长的植物包括挺水植物、沉水植物和浮水植物，一般人工湿地中常种植挺水植物。植物具有很强的吸附转化有机物以及其他物质的能力，主要起到三个作用：吸收水环境中可被利用的营养物，根部吸附重金属和某些有毒有害的
6
1 绪 言
7
物质；通过光合作用和根系的渗透作用将氧传输至根区，为好氧微生物输送氧气；提升介质的水力传输能力。同时，人工湿地系统中的植物还在废水生态处理方面具有一定的美学和经济价值[48,49]。通过水生植物根系的自然输氧作用，为填料区内提供了好氧、厌氧和缺氧循环交替的环境，可进一步增强对污染物的去除能力。其净化污水的示意图见图1.2。
图1.2 湿地系统净化污水的示意图
Fig. 1.2 The schematic diagram of purifying wastewater in wetlands system
3) 微生物作用
微生物对氮磷和有机污染物的降解发挥着最主要的作用，其数量的多少在一定程度上反映了湿地系统去污的能力。它们将有机质和氮磷作为丰富的能源，转化为自身生长需要的营养物质和能源。随着人工湿地系统不断进入污水，微生物的数量在一定时期达到最大进而趋于稳定状态。在潜流湿地中，水生植物根部附近发生较强的好氧反应，远离根系的区域则处于厌氧环境下，具有明显的好氧区、缺氧区和厌氧区。不同的区域，不同类型的微生物发挥着不同的作用，促使硝化、反硝化、硫酸盐被还原和甲烷等反应的发生。研究表明，氮的主要去除机理依赖于微生物的硝化反硝化作用，而合成植物生长所需的生物量相比之下所占的比重较小[50]。对于某些难降解的有机物和有毒物质需要利用微生物的诱发变异特性，培育驯化出适宜利用这类物质的优势菌株进行降解[51]。
② 有机物的去除机理研究
有机物由大约50%的碳组成，碳作为微生物的能源。大量的好氧和厌氧的微
O 2
N 2
CO 2N 2O CH 4NH 3
供O 2
厌氧反硝化脱氮
好氧硝化
有机氮磷无机
化
吸收营养物
SS 、P 、有机物、重金属吸附、沉淀、过滤等填料区
重庆大学硕士学位论文
生物寄生在湿地系统中，好氧微生物消耗氧气分解有机物，为微生物提供能量和生物质，厌氧微生物将有机物分解为甲烷。生物需氧量是衡量被好氧微生物分解有机物量的依据，湿地系统中动植物的生长依赖于溶解氧[52]。
湿地系统主要通过物理、生物作用去除有机物，物理去除机理与悬浮物的去除机理相似，依靠吸附、过滤、沉淀和挥发作用，而有机物的降解主要途径是生物的作用。有机物是有复杂的混合物组成的生物高分子聚合物，有些混合物如蛋白质、碳水化合物和脂肪容易被微生物降解，而有些有机物如木质素和半纤维素难被分解，生物聚合物的降解是多步骤的过程[53]。在有氧的条件下，氧气作为电子受体，这种方式是最有效的降解方式，可将有机物彻底转化为小分子产物；在厌氧环境中，硝酸盐、硫酸盐和碳酸盐作为电子受体；这些反应包括氧化还原、水解和光解作用。在湿地系统中，细菌、放线菌和真菌对有机物的分解起到最主要的作用，而高等水生植物位于水面上，主要作用是向水中输送氧气。污水中部分可溶性有机物通过植物根系生物膜的吸附和吸收而被降解去除，植物对有机物发挥的降解作用次于微生物的作用。图1.3展示了表面流湿地系统中有机物的转化过程[54]。
图1.3 表面流湿地中有机物的转化过程
Fig. 1.3 The organic matter transformations in surface wetlands
1.2.3 填料在人工湿地中去除污染物作用的研究现状
人工湿地中应用的填料种类多种多样，包括天然材料和合成材料，包括砾石、粉煤灰、钢渣、铁矿石、生物陶瓷和衍生黏土骨材等。填料是由颗粒大小不一的
8
1 绪言
砾石、黏土、矿石和某些工矿企业废料组成，在湿地系统中铺成一定的高度，供水生植物生长和微生物群落附着的载体。根据各种填料的表面性质，人工湿地中选择某种填料的目标是去除某些特定的污染物，例如：砾石最大的优势是去除有机物和氮，而页岩、石灰岩、钢渣和贝壳多用来磷的去除[55-59]。
根据不同的微生物种群中磷脂脂肪酸的差异很大的原理，Ming Li等[60]检测了八种填料人工湿地中磷脂脂肪酸的种类和含量，分析了沸石、无烟煤、页岩、蛭石、陶瓷过滤器、砾石、钢渣、生物陶瓷对人工湿地中微生物群落的影响。结果表明，由于钢渣碱性较高，与其他填料中的微生物群落差异大，而且不适宜作为潜流湿地的基层填料；沸石、页岩、生物陶瓷和蛭石有类似的微生物群落，而钢渣和陶瓷过滤器填料与其他差异较大。Suntud等[61]研究了不同比例的土壤和沙子作为人工湿地的基质，对常规污染物（包括BOD5、COD、SS、TKN和TP）的去除效果。研究发现，当土壤和沙子的比例为75:25时，对常规污染物的去除率最高。Antonio等[62]对比了砾石和衍生黏土骨材（LECA）填料对人工湿地处理技术的影响，衍生黏土骨材可很好地解决填料堵塞的问题，而且研究表明衍生黏土骨材对氨氮和硝态氮具有很好的去除效果。Antonio等人研究中还发现衍生黏土骨材对COD、氨和TSS的去除效果优于砾石，而且生物膜能够快速在衍生黏土骨材上生成，提高了污染物的去除效果。Miklas等学者[63]进行了砾石、砂子、粒状活性炭、木炭和衍生黏土骨材填料对垂直流人工湿地铅、铜离子去除效果影响的研究。结果表明，装置运行初期阶段，粒状活性炭、木炭和衍生黏土骨材填料的人工湿地对铅铜离子的去除效果优于砾石和砂子，但运行9周后各种填料的人工湿地对BOD5、浊度和铅、铜离子的去除效果没有差异。主要原因是由于后三种填料的比表面积大，为多孔过滤材料，吸附量大，所以运行初期的效果较明显，运行一段时间后吸附达到饱和；当湿地系统中生物膜成熟后，主要在微生物作用下进行金属离子的累积。另外，Chong等人[64]利用制作棕榈油的油棕壳废料作为人工湿地填料，发现对重金属离子具有很好的吸附性，具有很强的潜在应用价值。
近些年，我国学者对不同填料对湿地去污能力的影响也做了大量研究。汤显强等人[65]考虑到人工湿地中填料的成本，选用了当地的页岩、粗砾石、铁矿石和麦饭石作为试验填料。测试结果表明，单一填料中，页岩的去污性能优越，麦饭石不能满足长期去污的要求，而粗砾石和铁矿石对污染物的去除率不高，但适宜作为湿地基质使用；组合填料中，页岩和粗砾石去污能力优于铁矿石和粗砾石组合的去污能力。刘学功等人[66]对8种湿地填料的净水能力进行了研究，结果表明，粗砾石和铁矿石去污能力差，但具有透水性好和强度高的优点；页岩与粗砾石组合填料为人工湿地较为理想的组合填料；另外发现，铁矿石不利于植物的生长。袁东海等人[67]探索了7种填料对污水中磷的去除机理，结果表明，矿渣和粉煤灰
9
重庆大学硕士学位论文
有很好的磷去除效果，蛭石、黄褐土和下蜀黄土次之，而沸石和砂子的效果最差。
综合上述，各国学者关注人工湿地中填料对常规污染物和重金属去除效果的研究较多，而对于水环境中PPCPs去除效果的研究较少。目前，Ana等人[68]研究了表面潜流湿地中不同填料对降固醇酸、卡马西平和布洛芬的去除效果，结果显示衍生黏土骨材填料对卡马西平和布洛芬具有较高的去除率，对降固醇酸的去除效果较差。针对难去除的降固醇酸，他们选取了海泡石和蛭石填料，发现蛭石填料的效果优于衍生黏土骨材。Zhang等人[69,70]研究了蒙脱石粘土和2种类型的活性炭对代表性药物的吸附性能。研究表明，在吸附的作用下，由于PPCPs的中每种物质的分配系数不同，填料的种类对其去除效果有一定的影响。目前的研究成果表明，人工湿地处理技术对PPCPs的去除效果优于传统污水处理工艺，但人工湿地中采用的填料大部分为砾石、陶粒等，主要是利用其吸附作用。
1.2.4 天然锰矿石在水处理技术中的应用研究
自然界矿物中锰氧化物的种类多种多样，主要表现的价态为：+2、+3和+4，锰在自然界中含量丰富，可在相对宽松的化学条件和温度范围内，参与多种形式的生物作用。MnO2的骨架结构是[MnO6]八面体，可通过共边或共顶角方式组成结构不同的组合。这些组合分为孔道结构和层结构两类，孔道结构的锰氧化物由单链，双链，或三链的共边[MnO6]八面体组成，同时这些链共享顶角产生截面为方形或矩形的孔道结构，部分大孔道结构中填充有水分子或阳离子，分层锰氧化物又被称为千层锰，由片状或层状的共边[MnO6]八面体堆叠而成，隔层之间填充有水分子或阳离子。含有锰氧化物的矿石作为环境矿物材料，其比表面积大、吸附能力强、活性位点多、氧化性和催化性高，在不同反应条件下可与污染物发生多种物理化学反应，具有多种环境属性，除吸附作用外还具备絮凝与沉淀、离子交换、表面络合、氧化还原、催化等作用。众多学者的研究表明锰氧化物具有很强的化学反应活性和吸附能力，对土壤、沉积物和水体的化学组成、化学性质都有很大影响，已被应用于工业废水以及难降解污染物的处理技术中。锰氧化物通过吸附、氧化分解或氧化偶合的方式影响有机物的结构，如氧化降解土壤、水环境中的有机大分子物质，分解为小分子物质，或者氧化偶合小分子有机物并参与形成腐殖质，降低小分子有机物的生物毒性[71,72]。
诸多研究表明，锰氧化物对焦化废水、染料废水的净化取得了很好的效果[73-75]。锰矿石是广泛应用的催化过滤介质，Jingcheng Xu等人[76]开展了锰矿石填料人工湿地对钢铁废水中铁锰的去除效果研究，研究发现其运行效果比传统的砾石填料湿地系统稳定，对常规污染物和铁、锰离子的去除率高于砾石湿地的去除率，其处理后污水可作为钢铁厂冷却回用水。Rudder等人[77]以天然颗粒矿物MnO2作为上升流生物反应器的填料，用来去除水中的17a-ethynylestadiol ( EE2，内分泌干扰物)，
10
XXXXXXXXX度假村人工湿地污水处理工程 技术方案 XXXXXXXXX 2010年7月9日
目录 第一章总论 (2) 一、概述 (3) 二、方案编制依据及编制原则 (3) 三、设计范围与工程内容 (4) 四、处理水量及水质 (5) 五、排放标准及设计出水水质 (5) 第二章工艺方案 (6) 一、处理工艺的基本原理 (6) 二、工艺流程图 (7) 第三章工艺及建、构筑物单元设计 (8) 一、预处理系统 (8) 二、生化处理系统 (8) 三、后处理系统 (10) 四、人工湿地处理系统 (12) 五、设备间 (12) 第四章工程投资估算 (13) 一、工程投资估算 (13) 二、经济分析 (14) 第五章结论和建议 (15) 一、本方案技术特点 (15) 二、结论 (15)
第一章总论 一、概述 XXXXXXXXX度假村北拱皇家园林九龙山国家森林公园，南邻碧波万倾的翠屏湖，东通清东陵，西达娘娘顶和黄崖关古长城。度假村山环水绕、奇石怪岩、风光秀美，是蓟县观光旅游的理想去处之一。正式运行后每天将产生大量的生活污水，必须建立一套有效的污水处理设施，使污水处理达标后排放，这既可以保护景区优美的生态环境，又可以对度假村的可持续发展产生深远影响。 目前，度假村沿盘山公路建立了25个储水池，度假村的17-18号、25-32号楼以及5万平米的隆磡建筑群预计居住2408人，产生的生活污水量约313吨/日，这些污水能够通过管道进入此储水池处，我公司受红磡集团委托，以上述水池为基础，对污水处理设施进行方案设计。在此根据我们以往的工程经验和污水水质情况，向贵公司提供技术方案。 二、方案编制依据及编制原则 （一）编制依据 1、相关标准和规范 ◆“室外排水设计规范”GB50014-2006； ◆“给水排水工程构筑物结构设计规范”GB50069-2002； ◆“污水再生利用工程设计规范”GB50335-2002；
生态环境 2006, 15(2): 391-396 https://www.doczj.com/doc/7711768895.html, Ecology and Environment E-mail: editor@https://www.doczj.com/doc/7711768895.html, 基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（2002CB412302）；国家重大科技专项（K99-05-35-02） 作者简介：卢少勇（1976－），男，助理研究员，博士，研究方向为水污染治理与生态修复。Tel: +86-10-136********；E-mail: lusy@https://www.doczj.com/doc/7711768895.html, 收稿日期：2005-11-06 人工湿地的磷去除机理 卢少勇1, 2，金相灿1，余 刚2 1. 中国环境科学研究院湖泊环境研究中心//国家环境保护湖泊污染控制重点实验室，北京 100012； 2. 清华大学环境科学与工程系，北京 100084 摘要：人类生产和生活所产生的磷负荷导致了全中国范围湖泊的富营养化，控制此磷负荷的廉价而有效的具有非常广阔的应用前景技术是人工湿地技术。人工湿地中的磷的存在形态主要有有机磷（生物态和非生物态的）、磷酸、可溶性磷酸盐和不溶性磷酸盐。文章总结了人工湿地中的磷去除机理，在防渗人工湿地系统中，主要的磷去除机理包括化学作用（如沉淀作用和吸附作用）；生物作用（如植物吸收作用和微生物吸收与积累作用）和物理作用（如沉积作用）。在未防渗的人工湿地系统中，湿地系统和周围水体（如地下水）的交换量对湿地的磷去除有重要的影响。通常情况下，物理作用和化学作用是人工湿地中最主要的磷去除途径。人工湿地中微生物对磷的去除作用的大小和其所处环境中的氧状态密切相关，植物吸收对磷的去除作用的大小和收割频率与时期、进水负荷、植物物种和气候条件等有关。 关键词：人工湿地；磷；去除机理 中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）02-0391-06 人类生产和生活所产生的磷负荷导致了全中国范围湖泊的富营养化，控制此磷负荷的廉价而有效的具有非常广阔的应用前景技术是人工湿地技术。人工湿地是20世纪70年代开始发展起来的污水处理工艺[1]，自1974年在西德首次建立人工湿地工程（处理城市污水）以来，人工湿地在污水处理领域和水资源保护中得到了大量的应用。人工湿地是独特的土壤-植物-微生物生态系统。人工湿地处理系统人为地将污水投配到常处于浸没状态且生长有水生植物(如芦苇、香蒲和茭草等)的土地上，沿一定方向流动的污水在耐水植物、土壤和微生物等的协同作用下得到净化[2]4-5。由于人工湿地具有氮和磷去除效果好、投资低、运行费用省、耐冲击负荷能力强、维护管理简便和生态景观性能好等一系列优点，因此在资金不富裕但有富余可用地的村镇以及城市污水二级处理厂的深度处理中具有广阔的应用前景[2]179-183, [3,4]。磷是湖泊等水体富营养化的重要因素乃至限制因素，探明用于去除污水中磷的人工湿地系统中的磷去除机理具有重要的意义。 1 人工湿地的磷去除机理 湿地系统去除来水中磷的机理主要为物理、化学和生物作用[5-12]，详见表1。 磷在污水中常以磷酸盐（PO 43-、HPO 43-、H 2PO 4-）、聚磷酸盐和有机磷存在。磷是植物生长所必需的元素，污水中的无机磷被植物的吸收和同化而合成ATP 等，通过收割而被带出系统。生物氧化 将绝大多数磷转化为磷酸盐。生物同化无机磷或微生物分解有机磷时，磷的价态不变。低氧化态磷热力学不稳定（即使在高还原性的湿地土壤中也易被氧化为PO 43-），土壤磷以+5价(氧化态)为主。土壤中膦化氢(气态磷)极少[5,13]。湿地土柱（soil column ）中的磷几乎都是结合态磷（bound P ）、无机磷和有机磷[14]。 图1（下页）为湿地系统中的磷形态转化图。防渗湿地系统中，进水磷的分配途径有出水、植物吸收、微生物的吸收和积累以及沉积吸附沉淀。未防渗湿地系统中，还要考虑湿地与周围水体交换的磷量，如图1中所示的过程⑥，下文中所提及的湿地均指防渗湿地。降水带入的磷的质量浓度一般很低。通常情况下，沉积、吸附、沉淀和微生物的吸收和积累是湿地中最主要的磷去向。另外，在湿地系统中，由于植物土壤蒸发蒸腾作用导致湿地中部分水分损失，而降水导致湿地水量增加，湿地与周围水体存在水量交换，因此进水量可能与出水量差别较 表1 湿地中的磷去除机理 Table 1 Phosphorus removal mechanisms in wetland 机理 备注 物理 沉积 固体重力沉淀 化学 沉淀 不溶物的形成或共沉淀 吸附 吸附在基质或植物表面 生物 植物吸收 适宜条件下植物摄取量较显著 微生物吸收与积累 微生物吸收量取决于其生长所需，积
水质中的悬浮物的去除主要靠物理沉淀、过滤作用，对污染物的去除与影响物理沉淀可沉淀固体在湿地中重力沉降去除、过滤，通过颗粒间相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固体被阻截而去除。 BOD的去除主要靠微生物吸附和代谢作用，代谢产物均为无害的稳定物质，因此可以使处理后水中残余的BOD浓度很低。污水中COD去除的原理与BOD基本相同。 湿地基质的过滤吸附作用 污水进入湿地系统，污水中的固体颗粒与基质颗粒之间会发生作用， 湿地基质 水流中的固体颗粒直接碰到基质颗粒表面被拦截。水中颗粒迁移到基质颗粒表面时，在范德华力和静电力作用下以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下，被粘附与基质颗粒上，也可能因为存在絮凝颗粒的架桥作用而被吸附。 此外，由于湿地床体长时间处于浸水状态，床体很多区域内基质形成土壤胶体，土壤胶体本身具有极大的吸附性能，也能够截留和吸附进水中的悬浮颗粒。 物理过滤和吸附作用是湿地系统对污水中的污染物进行拦截从而达到净化污水的目的的重要途径之一。 湿地植物的作用 植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地根据主要植物优势种的不同，
湿地植物 被分为浮水植物人工湿地，浮叶植物人工湿地，挺水植物人工湿地，沉水植物人工湿地等不同类型。湿地中的植物对于湿地净化污水的作用能起到极重要的影响。 首先，湿地植物和所有进行光合自养的有机体一样，具有分解和转化有机物和其他物质的能力。植物通过吸收同化作用，能直接从污水中吸收可利用的营养物质，如水体中的氮和磷等。水中的铵盐、硝酸盐以及磷酸盐都能通过这种作用被植物体吸收，最后通过被收割而离开水体。 其次，植物的根系能吸附和富集重金属和有毒有害物质。植物的根茎叶都有吸收富集重金属的作用，其中根部的吸收能力最强。在不同的植物种类中，沉水植物的吸附能力较强。根系密集发达交织在一起的植物亦能对固体颗粒起到拦截吸附作用。 再次，植物为微生物的吸附生长提供了更大的表面积。植物的根系是微生物重要的栖息、附着和繁殖的场所。相关文献表明，植物根际的微生物数量比非根际微生物数量多得多，而微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。 最后，植物还能够为水体输送氧气，增加水体的活性。 由此可见，湿地植物在控制水质污染，降解有害物质上也起到了重要的作用。 微生物的消解作用 湿地系统中的微生物是降解水体中污染物的主力军。好氧微生物通过呼吸作用，将废水中的大部分有机物分解成为二氧化碳和水，厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷，硝化细菌将铵盐硝化，反硝化细菌将硝态氮还原成氮气，等等。通过这一系列的作用，污水中的主要有机污染物都能得到降解同化，成为微生物细胞的一部分，其余的变成对环境无害的无机物质回归到自然界中。 此外，湿地生态系统中还存在某些原生动物及后生动物，甚至一些湿地昆虫和鸟类也能参与吞食湿地系统中沉积的有机颗粒，然后进行同化作用，将有机颗粒作为营养物质吸收，从而在某种程度上去除污水中的颗粒物。 人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统，具有如下优点： ①建造和运行费用便宜
人工湿地生活污水处理 工程方案 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
X X X X X X X X X度假村人工湿地污水处理工程 技术方案 XXXXXXXXX 2010年7月9日
目录
第一章总论 一、概述 XXXXXXXXX度假村北拱皇家园林九龙山国家森林公园，南邻碧波万倾的翠屏湖，东通清东陵，西达娘娘顶和黄崖关古长城。度假村山 环水绕、奇石怪岩、风光秀美，是蓟县观光旅游的理想去处之一。正式运行后每天将产生大量的生活污水，必须建立一套有效的污水处理设施，使污水处理达标后排放，这既可以保护景区优美的生态环境，又可以对度假村的可持续发展产生深远影响。 目前，度假村沿盘山公路建立了25个储水池，度假村的17-18号、25-32号楼以及5万平米的隆磡建筑群预计居住2408人，产生的生活污水量约313吨/日，这些污水能够通过管道进入此储水池处，我公司受红磡集团委托，以上述水池为基础，对污水处理设施进行方案设计。在此根据我们以往的工程经验和污水水质情况，向贵公司提供技术方案。 二、方案编制依据及编制原则 （一）编制依据 1、相关标准和规范 ◆“室外排水设计规范”GB50014-2006； ◆“给水排水工程构筑物结构设计规范”GB50069-2002； ◆“污水再生利用工程设计规范”GB50335-2002； ◆“XXXXXXXXX污水综合排放标准”D B12/356-2008； ◆“城镇污水处理厂污染物排放标准” GB18918-2002；
◆“城市污水再生利用景观环境用水水质”GB/T18921-2002。 2、基础资料 ◆甲方提供的原污水处理设计图纸及资料； ◆甲方提供的污水水量、排放特点与排放规律； ◆甲方提供的排放要求指标。 （二）编制原则 ◆尽量利用原有水池进行污水处理设施建设。 ◆严格按照国家的有关标准、规范进行设计、策划，力求方案的科学性、严密性、完整性。 ◆所采用的技术、设备应做到污水、污泥各级处理单元配套齐全，投资省、运行费用低，至整个工程实施后，除对生产污水进行有效的处理外，应能改善和保持周边地区的环境质量，不存在诸如异味、噪声等方面的二次污染问题。 三、设计范围与工程内容 （一）设计范围 自污水进入污水处理站开始，经过各级处理单元，至污水达标排放口为止。（二）工程内容 根据国内一般工程惯例，该污水处理工程内容主要包括： 1、处理方法与工艺路线的确定； 2、处理工程工艺设计，土建改造设计； 3、处理工程非标设备的设计、制造、安装； 4、处理工程定型设备的选型、购置、安装、调试、验收。
人工湿地对污染物的去除机理综述 09环境工程环建系 摘要：人工湿地是一项复合生态系统工程，其去除机理错综复杂。主要从人工湿地的组成及其功能综述了人工湿地废水处理污染物的降解机理及去除 途径。人工湿地处理效果受植物、基质、微生物、气候等因素的影响。关键词：人工湿地；去除机理；影响因素 前沿 随着人口剧增、工业化及城市化进程加速, 水污染问题日趋严重, 保护水环境的任务变得越来越艰巨。在各种污水处理方法中, 生态处理技术由于投资少、操作简单、处理效果好、抗冲击力强, 同时可使污水处理与创建生态景观有机结合起来, 具有良好的环境效益、经济效益及社会效益, 已逐步被越来越多的国家所接受, 并广泛予以应用。湿地是陆地与水生系统之间的过渡地带,有着很高的生产力以及转换、储存有机物和营养盐的能力。湿地处于水陆交错带可对流经其的水流及其携带的营养物质起到过滤净化作用,由于其在水分和化学循环中所表现出来的功能,被誉为“地球之肾”。 人工湿地是通过模拟自然湿地, 人为设计与建造的由基质、植物、微生物和水体组成的复合体,利用生态系统中基质－水生植物－微生物的物理、化学和生物的三种协同作用来实现对污水的净化。人工湿地对有机物、营养物质有较强的去除能力,在实现生态环境效益的同时可美化环境,实现废水资源化 [1]。 1人工湿地系统处理污水的原理 1.1人工湿地的构建 人工湿地一般由以下单元构成:由填料、土壤和植物根系组成的基质层;能在
水饱和厌氧状态基质层中生长的植物,如芦苇、香蒲、水葱等;可在基质层中及基质表面流动的水体;好氧和厌氧微生物(细菌、真菌、藻类和原生生物等);底部防渗层。 1.2人工湿地类型 传统的人工湿地主要有自由表面流人工湿地, 水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。随着对人工湿地研究的不断深入，一些组合工艺和一些新型人工湿地也不断产生。 1.3人工湿地去污机理与工艺流程 人工湿地对废水的净化处理包括了物理、化学和生物三种作用。湿地系统在运转时,填料表面和植物根系由于大量微生物的生长而形成生物膜[2]。废水流经生物膜会使大量的SS被填料和植物根系阻挡截留;有机污染物也通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除。湿地床系统中因植物根系对溶解氧的传递释放,使其周围环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态,保证了废水中氮、磷不仅能被植物和微生物作为营养成分而直接吸收,而且还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用将其从废水中去除。污染物最终通过湿地床填料的定期更换或收割栽种的植物从系统中去除,人工湿地中各种物质的迁移和转化过程(见图1.3)[3]。 1.3湿地中各种物质的迁移和转化过程
人工湿地水质净化机理 人工湿地对污水的作用机理十分复杂．一般认为，人工湿地生态系统是通过物理、化学及生物三重协同作用净化污水．物理作用主要是过滤、截留污水中的悬浮物，并积在基质中；化学反应包括化学沉淀、吸附、离子交换、拮抗和氧化还原反应等；生物作用则是指微生物和水生动物在好氧、兼氧及厌氧状态下，通过生物酶将复杂大分子分解成简单分子、小分子等，实现对污染物的降解和去除． 1.1 基质净化机理 人工湿地中的基质由土壤、细砂、粗砂、砾石、碎瓦片、粉煤灰、泥炭、页岩、铝矾土、膨润土、沸石等介质中的一种或几种所构成，是湿地植物的直接支撑者，为植物和微生物提供营养，具有巨大的比表面积，易形成生物膜，污水流经颗粒表面时，污染物通过沉淀、过滤、吸附作用被截留，不同的基质有不同的处理能力．湿地基质的类型、结构和肥力状况直接决定湿地植物的类型、数量和质量，并通过食物链影响湿地动物的类群、生长和发育，最终影响湿地生态系统的物质生产．基质也是湿地微生物、水生动物的生活场所，在基质颗粒的周围形成生物膜，通过提供能源和适宜的厌氧条件加强氮的转化．研究表明,在不考虑植物因素的条件下,经过湿地处理的模拟生活污水的COD、BOD5、TSS、总氮、总磷等污染物浓度下降，水质得到改 善．研究还表明，选择合适的人工湿地基质材料和厚度，对提高人工湿地净化能力至关重要． 1.2 植物净化机制 植物是湿地中最重要的去污成分之一，在人工湿地净化污水的过程中起着重要作用．根据植物对污水净化机理的差别，可分为直接净化作用和间接净化作用．直接净化作用是指植物通过吸收、吸附和富集等作用直接去除污水中污染物．间接净化作用是指植物根、茎输送氧气，增强和维持基质的水力传输，影响水力停留时间，通过根系巨大的表面积创造利于各种微生物生长的微环境． 1.2.1 直接净化作用 植物在生长过程中能吸收污水中的无机氮、磷等，供其生长发育．湿地植物对氮的去除作用主要是：氨的挥发作用、NH4+的阳离子交换作用、吸收、硝化和反硝化作用等．科学家研究认为，通过植物根部根毛周围充满氧气的液体薄膜中的好氧微生物的硝化作
收稿日期:2005-05-111 作者简介:朱宝英(1982～),女,吉林省公主岭市人,2004级研究生. 3建设部科技开发项目[04222067]1 人工湿地雨水处理系统设计3 朱宝英 赵立辉 董 婵 崔玉波 (吉林建筑工程学院市政与环境工程学院,长春 130021) 摘要:利用人工湿地处理雨水是近年发展起来的新型雨水处理技术,在我国南方部分地区虽然已有雨水处理的人工湿地工程,但设计理念受传统思想束缚,与欧美等该技术发源国相比,存在一定差异,笔者就国外对人工湿地雨水处理系统的设计进行总结,介绍设计中的内容和理念. 关键词:人工湿地;雨水处理;设计 中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:100921288(2006)0120006203 我国地域辽阔,年降雨量分布很不均匀,应及时进行处理,否则会加重地表水的污染.各国研究表明,与传统污水处理工艺相比,人工湿地投资低廉,管理简单,且基本不需要运行费用,同时可增加绿色面积,起到改善生态环境的作用,并能为某些特定的生物物种提供固定的栖息地.近年来,该技术在美国、德国、英国等国家发展很快,并且,得到政府的大力支持.在国际上,人工湿地系统已经成为解决暴雨径流污染的主要措施.暴雨处理,主要是利用湿地去除雨水中的氮、磷、悬浮固体物质和重金属. 1 设计程序 (1)设计目的.设计目的对湿地设计起引导作用.设计目的包括:湿地处理性能、保护当地植物群落和美化环境. (2)功能设计.功能设计在详细设计之前准备并完成.人工湿地的功能在于降低雨水中现存的污染物质,以便和城市的发展相匹配. (3)详细设计.湿地详细设计包括所有与湿地有关的技术说明,这些说明将在湿地建设中使用. 2 湿地建设 湿地处理系统主要有三个部分:预处理区、进水区和湿地处理区. (1)预处理区(去除粗大的污染物).将粗大的污染物从湿地中清除,既繁重又困难,因而要进行预处理.预处理的设计要求如下:①可截留大于20mm 的物质;②为了减小清除频率,预处理区要具有一定的贮存能力,一般每年最多清除4次. (2)进水区(消能和沉积).沉积物太粗大或水流速度过大都可能造成不利影响,以下方法也可达到去除粗大沉积物质的目的: ①在预处理区设置枯枝落叶层;②利用进水区去除粗大沉积物;③无论采用哪种方法,都必须使直径大于125μm 的微粒去除率达到95%;④应该具有贮存沉积物达5年的能力. 进水区设计要求如下:①沉淀池的长宽比例在5∶1和10∶1之间,能有效地消能,将水流速度降至110m/s 以下,以助于沉淀;②沉淀池最大深度应比正常水位低115m ～210m ;③沉淀池必须确保斜坡和栅栏的安全性;④进水区和沉淀区的最高水位线应该比下游大型植物区的正常水位线高015m ;⑤采用能够减弱水流的超越设施,将标准水位降低015m ,以便于建立植物的维护通道;⑥当清除所收集到的沉淀物时,必须 第23卷 第1期2006年3月吉 林 建 筑 工 程 学 院 学 报Journal of Jilin Architectural and Civil Engineering Institute Vol.23 No.1Mar 12006
人工湿地氮的去除机理 引言 随着全球湖泊富营养化程度的加剧, 入湖污染源的氮的去除成为日益紧迫的问题, 而湿地在湖泊富营养化的防治中有重要作用, 天然湿地再辅以合理的人工举措后可大大提高污染物去除效率和提高生态效应, 人工湿地的氮去除是一项重要功能, 对人工湿地中氮去除机理的总结可为湿地的设计、运行和研究提供良好的理论依据。 1 人工湿地的氮去除机理 湿地系统通过多种机理去除进水中的氮, 这些机理主要包括生物、物理和化学反应几方面的协同作用。详见表1 在防渗湿地系统中, 忽略湿地和周围水体的氮交换量, 湿地中的氮去除机理包括挥发、氨化、硝化反硝化、植物摄取和基质吸附。许多研究表明, 湿地中的主要去氮机理是微生物硝化反硝化。在Santee的报道中, 硝化反硝化去氮量占氮去除总量的60 %～86 %。 湿地中氮的形态转化情况见图 1 。未防渗湿地需要考虑湿地系统和周围水体的交换量, 即图1 中的⑩。
1.1 氨挥发 氨挥发是物化过程, 水中的氨氮离解平衡方程为： 淹没土壤和沉积物中的NH3挥发和pH 值密切相关:(1)pH =9.3 ,NH3 和NH+4的比例为1∶1 , 氨挥发显著;(2)pH=7.5 ～8.0 , 氨挥发不显著;(3)pH <7.5 , 氨挥发可忽略。湿地中藻类、浮水植物和沉水植物的光合作用常导致pH 值升高。水平潜流湿地系统中可以忽略氨挥发作用, 因为此系统中的pH 值一般不超过8.0。氨挥发由水中的pH 值、NH+4浓度、温度、风速、太阳辐射、水生植物种类、状态和数量以及系统的pH 值日变化等多种因素来综合决定。例如在有自由漂浮大型植物的系统中, 氨挥发是重要的氮去除途径。 1.2 氨化 氨化(矿化)将有机氮转化为无机氮(尤其是NH4+ -N)。有氧时利于氨化, 而厌氧时氨化速度降低。湿地中氨化速度与温度、pH 值、系统的供氧能力、C N 比、系统中的营养物以及土壤的质地与结构有关。温度升10 ℃, 氨化速度提高1 倍。
XXXXXXXXX度假村 人工湿地污水处理工程 技术方案 XXXXXXXXX 2010年7月9日
目录
第一章总论 一、概述 XXXXXXXXX度假村北拱皇家园林九龙山国家森林公园，南邻碧波万倾的翠屏湖，东通清东陵，西达娘娘顶和黄崖关古长城。度假村山 环水绕、奇石怪岩、风光秀美，是蓟县观光旅游的理想去处之一。正式运行后每天将产生大量的生活污水，必须建立一套有效的污水处理设施，使污水处理达标后排放，这既可以保护景区优美的生态环境，又可以对度假村的可持续发展产生深远影响。 目前，度假村沿盘山公路建立了25个储水池，度假村的17-18号、25-32号楼以及5万平米的隆磡建筑群预计居住2408人，产生的生活污水量约313吨/日，这些污水能够通过管道进入此储水池处，我公司受红磡集团委托，以上述水池为基础，对污水处理设施进行方案设计。在此根据我们以往的工程经验和污水水质情况，向贵公司提供技术方案。二、方案编制依据及编制原则 （一）编制依据 1、相关标准和规范 ◆“室外排水设计规范”GB50014-2006； ◆“给水排水工程构筑物结构设计规范”GB50069-2002； ◆“污水再生利用工程设计规范”GB50335-2002； ◆“XXXXXXXXX污水综合排放标准”D B12/356-2008；
◆“城镇污水处理厂污染物排放标准” GB18918-2002； ◆“城市污水再生利用景观环境用水水质”GB/T18921-2002。 2、基础资料 ◆甲方提供的原污水处理设计图纸及资料； ◆甲方提供的污水水量、排放特点与排放规律； ◆甲方提供的排放要求指标。 （二）编制原则 ◆尽量利用原有水池进行污水处理设施建设。 ◆严格按照国家的有关标准、规范进行设计、策划，力求方案的科学性、严密性、完整性。 ◆所采用的技术、设备应做到污水、污泥各级处理单元配套齐全，投资省、运行费用低，至整个工程实施后，除对生产污水进行有效的处理外，应能改善和保持周边地区的环境质量，不存在诸如异味、噪声等方面的二次污染问题。 三、设计范围与工程内容 （一）设计范围 自污水进入污水处理站开始，经过各级处理单元，至污水达标排放口为止。 （二）工程内容
人工湿地脱氮除磷原理 谈到污水处理，很多人都认为工艺先进、价格高的设备处理效果一定就好一些。其实我们毫不起眼的人工湿地其实也有很高的去污能力，在一定的条件下BOD、COD的去除率高达80%以上。虽然湿地存在一些缺点，但是瑕不掩瑜。人工湿地建造和运行费用便宜、技术要求不高、还有多项优点，可谓物美价廉。比较适合广大农村、中小城镇及旅游景区污水处理领域，湿地系统的脱氮除磷效果。今天专业的水环境治理这服务商力鼎环保将讲解湿地的脱氮除磷原理。 污水中含氮物质的表现形式主要为氨氮和有机氮，人工湿地对污水中各类含氮物质的去除途径包括以下三种形式: (1)污水中的氨氮可通过湿地植物以及湿地微生物同化作用，转化为生物机体的有机组成部分，最终通过对湿地植物定期收割的方式，实现对污水中氨氮的有效去除; (2)在污水的pH值较高(大于8.0)的情况下，污水中的氨氮可通过自由挥发的形式从污水中溢出，但通过自由挥发减少的氨氮，只占人工湿地氨氮去除总量的一小部分; (3)人工湿地对污水中含氮有机物质的主要去除途径为湿地微生物的硝化以及反硝化作 用，在好氧条件下，污水中的氨氮经过亚硝化细菌、硝化细菌的亚硝化以及硝化作用，先后转化为亚硝酸盐、硝酸盐，随后在缺氧以及有机碳存在的条件下，经过反硝化细菌的反硝化作用而被还原为氮气，从水中逸出、释放到大气中，最终实现人工湿地对污水中氨氮的有效去除。 污水中含磷污染物质的表现形式主要由颗粒磷、溶解性有机磷以及无机磷酸盐等三类，人工湿地对污水中含磷污染物质的去除可通过填料床的吸附、微生物以及湿地植物的同化吸收、有机物的吸附等多重作用得以去除: (1)污水中的部分无机磷可通过湿地植物的吸收、同化作用，转化成植物机体的组成成分(如ATP、DNA以及RNA等)，最终通过对湿地植物的定期收割使其得以去除，但是通过湿地植物吸收去除的磷污染物只占人工湿地去除总量的一小部分; (2)污水中的含磷污染物的主要去除途径依赖于湿地土壤的物理化学吸附作用，含磷污染物的去除能力取决于湿地土壤的环境容量，通常情况下，湿地填料的物理吸附以及化学沉淀作用对污水中TP的去除能力可达90%以上;
人工湿地除磷综述(一) 摘要：随着人类活动的不断增强，水环境氮、磷的污染日趋严重。人工湿地作为一种生态型的新型污水处理工艺，在实践中已得到成功应用。较之传统的磷的处理方法，人工湿地具有生态性、景观性、经济性等特点。本文在介绍人工湿地中磷的去除机理的基础上，探讨湿地中植物和填料，并指出影响系统除磷效果的影响因素。关键词：人工湿地除磷植物填料影响因素一、前言人工湿地作为一种集生态性、景观性、高效低耗的废水处理工艺，正在应用于多种类型的废水处理中，如生活污水、农业废水、城市暴雨、富营养化景观水、矿山排水等等。随着人类活动的不断增加，水体氮磷的污染日趋严重。大量研究已证实：氮和磷能刺激藻类和光合水生生物的生长，而且最终引起水体富营养化，而磷被认为是产生水体富营养化的最主要因素。由于传统的除磷技术都存在一定的局限性：化学沉淀法除磷，运行费用高，会产生大量的化学污泥；生物法除磷，工程投资高，工艺复杂，运行管理要求高。人工湿地除磷，是在一般的人工湿地系统的基础上，通过人为的控制措施，优化系统达到以除磷为主要目标的废水处理技术，其主要原理是通过湿地中的填料、植物和微生物来完成除磷。人工湿地除磷，具有投资少，运行维护方便，经过优化后处理效果好等特点，在保护水环境，以及进行有效的生态恢复等方面均具有十分重大的意义。二、人工湿地中植物对磷的去除植物是人工湿地处理系统的核心之一，它在人工湿地污水处理系统中发挥多种作用。植物主要通过自
身的光合作用吸收部分污染物，有些种类的植物可以吸收重金属或降解有机污染物。同时植物通过茎、叶中的气孔向系统中输送氧气，以形成根际特殊的环境来促进土壤中微生物的生长。人工湿地能否有效处理污水的一个重要因素是选择的植物种类是否合适。一般来说，人工湿地系统的植物种类应具备以下特征：耐污性能好，处理效果好，成活率高；根系发达，茎叶茂密，输氧能力强，生长周期长；抗冻，抗热，抗病虫能力强；易于维护管理；具有美化景观的作用。许多研究表明，植物的存在对于人工湿地系统净化功能的实现有极大的作用。吴振斌等通过实验，研究了人工湿地系统对污水磷的净化效果，结果发现3个有植物系统的去除率分别是61%、65%和59%，而无植物系统的去除率仅为28%。Peterson的研究发现，对于轻度氮磷负荷的人工湿地处理系统，在植物的生长阶段收割，可以占人工湿地氮总去除量的30%；而在重度氮磷负荷的处理系统中,虽然植物吸收氮的绝对量比轻度氮磷负荷的系统大，但其所占比例低，只有1%～4%。彭江燕等研究了黄昌蒲、美人蕉、水葱、芦苇、风车草5种水生植物净化污水的能力，结果表明，风车草去除磷效果最好，黄昌蒲和美人蕉次之水葱稍高于芦苇。三、人工湿地中填料对磷的去除人工湿地的填料是湿地的基质和载体，其去污过程主要包括基质的吸收和过滤等物理化学作用。填料的固磷作用主要包括化学沉淀、吸附作用、闭蓄作用等几个方面。化学沉淀受溶度积控制，可分为钙、镁或铁、铝控制的两种转化系统。可溶性磷酸盐与这些金属离子发生反应，形成自由能下降很多，可逆
人工湿地系统水质净化技术的工艺设计 刘全中 提要 利用植物根系和微生物的作用并经多层过滤,使水质得到净化,可有效地提高水资源的利用率。着重介绍了人工湿地系统水质净化技术的工艺原理、流程、特点及设计要点。 关键词 人工湿地 生态工程 工艺原理 设计要点0 前言 通常的污水处理方法技术要求高,管理复杂,运 行费用、能耗高。而人工湿地系统具有建造成本较低,运行、管理费用低,能耗低, 操作简单等优点。人工湿地系统可以处理被污染的地表水或市政污水,经过处理后出水水质可以达到地面水水质标准,可应用于饮用水源或景观用水的湖泊、水库或河流中。因此特别适合处理饮用水源或景观用水区附近的污水,或者为这些水体提供清洁的水量补充。1 工艺原理图1 人工湿地系统工艺原理示意 人工湿地系统是一种生态系统,系统建有一系列水平高差由高到低的植物池, 池内填有特殊的填料,在填料上种植特定的湿地植物,当污水在重力作用下依次通过阶梯式植物池,污染物质和营养被植物系统吸收或分解,使水质得到净化(见图1)。特殊填料是由两部分组成。网状隔膜下是用不同级配的砾石滤料,网状隔膜上部是特殊土壤,是采用一定材料配比制成的生物载体,既适宜湿地植物的生长, 又有一定的孔隙。污水中的有机物在特殊土壤中被吸附、凝集并在土壤中微生物的作用下得到降解;同时污水中的氮、磷、钾等作为植物生长所需的营养物质被湿地植物根系吸收利用。经过土壤和土壤中的微生物的吸附降解作用,以及填料的渗滤作用和植物的吸收作用,最终使进入湿地系统的污水得到有效净化。2 工艺流程及工艺特点211 工艺流程 人工湿地系统主要由三部分组成: (1)收集和预处理系统。由污水集水管网、污水集水池、格栅和沉淀池等组成。如果取水于被污染的河流,可取消污水集水管网和污水集水池。 (2)配水和集水系统。由配水井、配水槽、配水管网、布水管、集水管和集水池组成。 (3)植物池。根据出水水质要求,可设计一级或多级植物池,污水经过滤池多次正向逆向反复过滤。植物池内可种植美人焦、水葱、芦竹、千屈菜等。 人工湿地系统工艺流程见图2。 图2 人工湿地系统工艺流程示意 212 工艺特点 人工湿地技术与传统污水处理工艺相比,具有以下显著特点: (1)处理规模根据需要可大可小,污水水源可就地收集,就地处理和就地利用。 (2)取材方便,便于施工,处理构筑物、处理设备 少。 给水排水 V ol 127 N o 18 2001 35
人工湿地污水处理技术 一、通过建造类似沼泽的湿地,将污水投配到湿地上利用土壤、人工介质、植物等的物理、化学以及生物作用对污水进行转化、去除。 人工湿地是一种综合的生态系统,利用系统中各种生物对其进行处理。 二、分类;自由水面流人工湿地、潜流型人工湿地、垂直水流型人工湿地。 去除范围;N、P、SS、病原体、有机物,BOD5去除率85%-95%, COD去除率80%。(进水浓度较低时) 三、特点;处理效果好、工艺简单、投资少、运行费用低、缓冲容量大并且非常适合中小型村庄生活污水集中处理。 四、适用范围;农村集中式和分散式污水处理系统 设计时可以因地制宜 五、注意事项;1、必须做好防渗工作(可用土工布或三灰土夯实预防)2、湿地植物应耐水、根系发达、吸收氮磷量大等。2、植物最好是春季种植。3、植物在初期为使其有较好的生长条件应适当的控制湿地水位。4、做好日常护理,及时清理。 5、不耐寒植物在冬季前要做好防冻措施。 水解酸化与人工湿地组合处理技术 适用地区:农村地区小规模生活污水的处理(较为适合南方地区,北方地区因天气原因可使用潜流型人工湿地)一、以下工艺流程参考跑蓝环保科技有限公司的实地施工过程 污水格栅/泵水解酸化
池人工湿地排放简介;格栅可去除大颗粒物。水解酸化池(污水中污染物浓度 低是用水解酸化池,浓度高时采用曝气池)。人工湿地填料与植物之间会生成一层生物膜,生物膜可吸收、同化、异化水中的有机物。还可形成好氧、缺氧以及厌氧状态,使水中氮磷能够进行硝化和反硝化作用。运行中产生的污泥必须要稳定化后才能运出。 工艺部分设备(可调) 水解酸化池可用曝气池替换 水解酸化池和人工湿地系统之间可加缺氧好氧池,依据出水水质要求和地方经济条件而定。 工艺主要构筑物 ①格栅井:内置粗格栅②进水渠:内置细格栅③提升泵站:内置潜污泵④水解池:内置填料及潜水曝气池⑤二沉池⑥污泥储池⑦中间水池:内置潜污泵 主要设备:①格栅:自制简单格栅②潜水曝气机③提升泵:耦合式潜污泵 主要参数 1、水解酸化池 水力停留时间:2.0-3.0h,上升流速:V max=2.5m/h,池深: 4-6m:污泥排放口在污泥层的中上部。 2人工湿地系统设计参数 水力负荷:150-5000m3/ha.d;水力停留时间;2-3d;日有机负荷;80- 120kgBOD/ha.d
人工湿地沸石基质除磷机制 工业废水、农用化肥、生活污水及家畜禽类粪便排放导致的水体氮磷等营养物质过剩，是藻类等水生生物大量暴发生长繁殖产生水体富营养化的主要因素之一; 有研究表明，只有在磷含量充足的情况下，氮才有可能成为控制藻类生长的决定因素[1].人工湿地技术作为污水除磷廉价而有效的技术[2]，其基质在磷素污染物净化方面起着重要的作用.近十余年国内外学者开展了众多研究[3-12]以寻找高效净化磷素的天然基质，如沸石、无烟煤、陶粒、石灰石、废砖块、黄铁矿-石灰石、砾石、海蛎壳、火山岩、海沙、钢渣等.其中，沸石是一种具有硅铝酸盐骨架结构的物质，其内部含有可用于交换阳离子的通道以及空洞，因此沸石表现出良好的氨氮净化效果[13, 14]，但其除磷效果却难以得到进一步的提升. 阴离子型层状双羟基氢氧化物(layered double hydroxides, LDHs)，是由带正电荷的金属氢氧化物层和层间填充可交换阴离子所构成的层柱状化合物，具有层间阴离子可交换性等特点[15-17]; 其较大的比表面积以及具有比阴离子交换树脂更高的离子交换能力，近年来已广泛应用于复合材料、催化、环境治理、污水处理等领域[18-24]，特别是针对主要以阴离子形态存在的水体污染物的净化.但由于LDHs单体粉末状的形态，将其应用于人工湿地吸附水体污染物，将面临颗粒小、比重低以及后期难以实现固液分离等问题，因此可考虑将其覆膜于沸石基质表面以发挥其功能，增强沸石基质对磷素的去除效果，提高沸石基质的除磷脱氮功能. 在前期研究成果的基础上[25, 26]，本实验筛选了Zn系LDHs，采用3种3价金属化合物与ZnCl2合成3种Zn-LDHs，以沸石基质为基体进行覆膜改性，利用模拟垂直流人工湿地基质实验柱进行磷素去除的净化实验，并对改性前后基质进行等温吸附实验、解吸实验以及动力学吸附实验，揭示了改性基质增强除磷效果的作用机制，通过有针对性和选择性的LDHs 覆膜改性方式，以期为强化垂直流人工湿地除磷效果的目的提供理论依据. 1 材料与方法 1.1 改性实验方法 1.1.1 原始沸石基质 进行改性实验、吸附实验及除磷净化实验的沸石基质均为球形颗粒状，经粗筛后的原始沸石基质粒径为1.0~3.0 mm; 基质主要特性参数如表 1所示. 表 1 原始沸石基质特性参数 1.1.2 改性药剂
人工湿地处理技术简介 人工湿地处理技术是利用生态工程的方法，在一定的填料上种植特定的湿地植物，建立起一个人工湿地生态系统，当水通过系统时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，使水质得到净化。该技术具有建造成本较低、运行成本很低、出水水质非常好、操作简单等优点，同时如果选择合适的湿地植物还具有美化环境的作用。适用范围经过人工湿地系统处理后的出水水质可以达到地面水水质标准，因此它实际上是一种深度处理的方法。 一、人工湿地系统的构造 人工湿地是由填料、水生植物共同组成的独特的动植物生态系统 ①湿地填料的选择填料的选择对人工湿地的处理效果有很大的影响。填料在人工湿地中为植物提供物理支持，为各种化合物和复杂离子提供反应界面及对微生物提供附着。常用到的填料有土壤、砾石、砂、沸石、碎瓦片、灰渣等。根据处理目的，污染物的特征不同而有不同的填料选择。一般来说，以处理SS、COD和BOD为主要特征污染物时可选用土壤、细沙、粗砂、砾石、碎瓦片或灰渣中的一种或几种为填料。对脱N 除P要求高的，可以选择对这两者有较强去除能力的填料进行优化组合。如采用沸石和石灰石的结合既考虑了沸石对NH4+-N的吸附、活化土壤中难溶性P及进行生物再生作用又利用了石灰石对P的高吸附特性，达到同时脱N除P的目的。现在填料的选择多偏向于较大颗粒的粒径，原因是水流在粒径较大的填料床内的短路最小，能够形成渠流，并且堵塞现象发生少，不易分散。 ②水生植物的选择植物是人工湿地的重要组成部分。水生植物在人工湿地的作用有：将景观水中的部分污染物作为自身生长的养料而被吸收；能够将某些有毒物质的重金属富集、转化、分解成无毒物质；根系生长有利于景观水均匀地分布在湿地植物床过水断面上，向根区输送氧气创造有利于微生物降解有机污染物的良好根区环境；增加或稳定土壤的透水性。可用于组合式湿地的植物有：芦苇、香蒲、灯心草、风车草、水葱、香根草、浮萍等，其中应用最广的是芦苇。植物的选择最好是取当地的或本地区天然湿地中存在的植物，以保证对当地气候环境的适应性，并尽可能地增加湿地系统的生物多样性以提高湿地系统的综合处理能力。植物的栽种方式有播种法和移栽插种法。移栽插种比较经济快捷。 二、人工湿地系统的类型 人工湿地系统根据湿地中主要植物类型可分为浮生植物系统、挺水植物系统和沉水
人工湿地脱氮除磷机理研究进展 陆琳琳 河海大学环境科学与工程学院，江苏南京（200198） E-mail:lulinlin600@https://www.doczj.com/doc/7711768895.html, 摘要：本文介绍了近年来人工湿地脱氮除磷机理的研究情况，脱氮过程中，微生物硝化反硝 化为主要的去除途径，除磷过程中，填料和磷之间的非生物作用是去除磷的主要机理之一。 同时，影响人工湿地脱氮除磷效率的主要因素为温度、pH值和溶解氧。 关键词：人工湿地；脱氮机理；除磷机理 中图分类号： 1概述 人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，最早是由澳大利亚的Mackney于1904年提 出的，指人工建造和监督控制的、工程化的沼泽地，利用自然生态系统中的物理、化学和生 物三重协同作用来实现对污水的净化作用[1,2]。 早期的人工湿地主要用于处理城市生活污水或二级污水处理厂出水。由于人工湿地处理 污水具有效率高、投资、运行及维护费用低、适用面广、耐冲击负荷强等特点，目前，已被 国内外许多学者或工程技术人员经过工艺改进或者与其他系统进行组合后用于农业面源污 染[3,4]、城市或公路径流等[5]非点源污染的治理。美国、德国等的一些技术人员还将其推广 应用于处理小城镇、行政事业单位和垃圾场渗出液[6-8]。人工湿地也被用于处理工业废水， 主要集中在应用人工湿地处理矿山酸性废水、淀粉工业废水、制糖工业废水、褐煤热解废水、 炼油废水、油砂废水、油田采出水、造纸废水、食品加工和奶制品加工废水[9]，人工湿地处 理工业废水的典型实例如表1所示。近年来，人工湿地还被用来处理污染河水、湖泊水等地 表水水体[10-12]。 表1 人工湿地处理工业废水的典型实例 废水类别国别湿地类型运行时间 褐煤热解德国 SFW 1994-1996 炼油废水澳大利亚 FSW 1994-1996 油砂废水加拿大 FSW 1991-1994 1992-1994 矿山废水美国 SFW 奶品加工新西兰 SFW 1990-1992 1991-1993 油田采出水中国 SFW 食品加工斯洛文尼亚 SFW 1992-1994 1991-1992 造纸废水美国 FSW 含烃废水法国 SFW 1993-1994 目前，由于大量的污水直接排入江河、湖泊中，造成地表水体污染严重，水体富营养化
人工湿地水质净化工程 据了解，这两项工程主要利用截污导流工程在河流上游处建设橡胶坝，抬高河上游河水水位，并沿河建设引水渠道，采用重力流形式将污染河水引至湿地工程区，通过湿地系统对污染河水的深度净化，处理后水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)Ⅲ类标准后排入南四湖。 工程建成后，可明显改善薛城大、小沙河水质，逐步恢复河道的生态环境，湿地系统还可为诸多生物提供适宜生长的环境，在增加生物多样性、生态系统的复杂和稳定性、维持自然平衡中起到非常重要的作用。同时，还将增加南四湖的环境容量，为湖区人民群众生产、生活带来巨大经济效益，促进南四湖流域经济环境共赢发展。 手术室人员及物品的构兵沾染，病人自己沾染，手术室氛围沾染，造成切口沾染的3大来源。长久以来，手术前用化学和紫外线晖映消毒，以达到手术室初始动
静无菌状态。但在手术过程中，病员、大夫、护土身体散发的细菌分离传染了气氛，使消毒后初始无菌状态被破坏，这是造成患者沾染的重要路子。清洁手术室对送人室内的氛围履行严酷的过滤，除掉氛围中的浮游细菌，加上迷信的气流构造，使病员、医护人员发生的细菌随气流带走，不会返回手术瘦语，以预防来自氛围沾染。因此氛围严格过滤，气流的合理构造，手术室氛围传染体系的技术焦点。 手术室氛围传染流程。新风进入回风段，同回风相混合，再进入初效段，初效过滤器滤去直径为10um大颗粒尘埃，进入换热器段和加湿段，履行温度、湿度调理，尔后再进入风机段加压，经过中效过滤器，滤去l-10um灰尘，进入消音器，把噪降到58dB以下，送至手术室的高效静压箱，经高效过滤器滤去0.31um-1um 灰尘，经高效送风口，把清洁氛围送至手术室台面。手术室的回风口装配有初效过滤器，回风管路也上装有消音器。手术室装配有余压阀，以连结室内贯穿连接恒定的正压值。排风机用于快速消除异味和加快新风的增补。 洁净室的建筑布局和净化空调系统有密切关系，净化空调系统既要服从建筑总体布局，建筑布局也要符合