人工湿地的发展、分类及机理
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人工湿地净化机理一、人工湿地概述人工湿地是一种利用湿地生态系统的生物、物理和化学作用,通过人工构建而成的一种处理污染水体的技术。
它是模拟自然湿地而建造的,具有高效、经济、环保等特点,被广泛应用于城市污水处理、农业排放治理、生态修复等领域。
二、人工湿地净化机理1. 生物作用人工湿地中最重要的净化机理就是生物作用。
在水体通过植物根系和底泥中时,有大量微生物附着在根系和底泥表面上,这些微生物能够分解有机质和氮磷等营养盐,将其转化为无机盐和气体释放出来。
同时,植物根系也能吸收营养盐,促进细菌附着和代谢。
这样就能够有效去除水中的营养盐和有机质。
2. 物理作用人工湿地还能够通过物理作用去除污染物。
例如,在过滤层中设置了多种不同粒径大小的填料材料,可以形成多级过滤层,在水流通过过滤层时,能够去除悬浮物和颗粒物。
同时,人工湿地中的植物根系和底泥也能够吸附和拦截污染物,例如重金属、油脂等。
3. 化学作用人工湿地中的化学作用主要是指氧化还原反应。
在缺氧条件下,还原态的铁、锰等离子能够与污染物发生氧化反应,使其转化为较为稳定的无害物质。
同时,在人工湿地中添加一些化学剂,例如硫酸铁等,也能够有效去除水体中的磷。
三、人工湿地的分类1. 表面流式人工湿地:即水从上到下流动的人工湿地。
这种类型的人工湿地适用于处理低浓度污染水体。
2. 底部流式人工湿地:即水从下到上流动的人工湿地。
这种类型的人工湿地适用于处理高浓度污染水体。
3. 侧向流式人工湿地:即水从侧面进入,在填料层内进行处理后再排出。
这种类型的人工湿地适用于处理高浓度污染水体。
四、人工湿地的应用1. 城市污水处理:人工湿地可以作为城市污水处理的一种技术手段,通过生物、物理和化学作用去除污染物,使得污水达到排放标准。
2. 农业排放治理:农业生产中的养殖废水和农药残留等都会对周围环境造成污染,利用人工湿地技术能够有效去除这些污染物。
3. 生态修复:在城市化进程中,许多湿地被填埋或者破坏。
《人工湿地去污机理及其国内外应用现状》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展,水体污染问题日益严重,对生态环境和人类健康造成了严重威胁。
人工湿地作为一种新型的生态水处理技术,因其独特的去污机理和良好的环境效益,受到了广泛关注。
本文将详细介绍人工湿地的去污机理,并探讨其在国内外的应用现状。
二、人工湿地的去污机理人工湿地是一种模拟自然湿地的生态系统,通过植物、微生物、基质等元素的相互作用,实现对污水的净化。
其去污机理主要包括物理吸附、生物膜法和植物吸收三个方面。
1. 物理吸附人工湿地中的基质(如砂、石、土壤等)具有较大的表面积和孔隙度,能够吸附污水中的悬浮物、有机物等污染物。
这些污染物被吸附在基质表面,通过沉淀、过滤等作用,实现初步的净化。
2. 生物膜法生物膜法是人工湿地去污的主要机制之一。
在湿地中,微生物在基质表面形成生物膜,通过氧化、还原、分解等生物化学反应,将有机物、氮、磷等污染物转化为无害或低害的物质。
此外,微生物还能通过与植物根系的协同作用,提高湿地的净化效果。
3. 植物吸收人工湿地中的植物通过根系吸收污水中的营养物质(如氮、磷等),并将其转运到地上部分,通过光合作用等生理过程,将污染物转化为无害物质。
此外,植物还能为微生物提供生存环境,促进生物膜的形成和生长,进一步提高湿地的净化效果。
三、国内外应用现状1. 国内应用现状近年来,我国在人工湿地领域取得了显著成果。
在污水处理方面,人工湿地已广泛应用于生活污水、工业废水、农业污水等领域。
例如,在城市污水处理方面,人工湿地与城市管网相结合,有效降低了污水处理成本;在农业领域,人工湿地用于处理农田径流和畜禽养殖废水,减少了农业面源污染。
此外,人工湿地还在生态修复、景观建设等方面发挥了重要作用。
2. 国外应用现状国外在人工湿地领域的研究和应用起步较早,目前已形成了较为成熟的技术体系。
在污水处理方面,人工湿地被广泛应用于生活污水、工业废水、雨水收集等领域。
人工湿地建设内容人工湿地建设是一种人为地模拟湿地生态系统的方法,通过创建人工湿地,可以恢复和保护自然湿地的功能。
人工湿地建设可以用于水污染治理、水资源管理、生态修复等多个领域,具有重要的环境和经济价值。
一、人工湿地建设的基本原理人工湿地建设的基本原理是通过模拟自然湿地的生态过程,将污水或者雨水引入湿地,通过湿地内的植物、微生物和土壤等生物和非生物因素的作用,将水中的污染物质转化、吸附、降解和沉积,达到净化水质的目的。
二、人工湿地建设的主要类型1. 人工湿地分类根据不同的功能需求,人工湿地可以分为雨水湿地、污水湿地和景观湿地等。
其中,雨水湿地主要用于雨水的收集和净化,污水湿地主要用于污水的处理,而景观湿地则主要用于城市景观的绿化和修饰。
2. 人工湿地的构造人工湿地的构造包括湿地底部材料、湿地填料和湿地植被等。
湿地底部材料一般选用防渗材料,以防止水体渗漏;湿地填料一般选用砂石、炭等物质,以增加水体的接触面积和吸附能力;湿地植被一般选择适应湿地环境的植物,如芦苇、菖蒲等。
三、人工湿地建设的应用领域1. 水污染治理人工湿地建设可以有效地去除水中的污染物质,如悬浮物、营养物质、重金属等。
通过人工湿地的处理,可以将废水处理成符合排放标准的水质,达到环境保护和水资源管理的目的。
2. 水资源管理人工湿地建设可以通过收集和存储雨水,提供城市用水和农田灌溉的水源。
同时,人工湿地还可以通过蓄水和蓄能的作用,调节洪水和干旱等自然灾害,提高水资源的利用效率。
3. 生态修复人工湿地建设可以恢复和重建受损的湿地生态系统,提供适宜的栖息地和营养源,促进湿地生物多样性的恢复和保护。
人工湿地建设还可以改善水体的水质,提供清洁的生态环境。
四、人工湿地建设的优势和挑战人工湿地建设具有成本低、效果好、运维简单等优势,可以在不占用大量土地的情况下,提供重要的生态服务。
然而,人工湿地建设也面临着水质处理效果不稳定、水体寿命有限、运行成本高等挑战。
人工湿地知识点总结大全人工湿地是指人类利用人工手段在特定地点构筑的湿地生态系统。
人工湿地通常是为了处理污水、保护生态环境、改善水质和增加生物多样性而建立的。
本文将介绍人工湿地的相关知识点,包括定义、分类、功能、构建、维护、保护等方面。
一、人工湿地的定义人工湿地是指人类利用人工手段在特定地点构筑的湿地生态系统。
它可以模拟天然湿地的生态系统,并实现类似的水文环境和生物多样性。
人工湿地可以是生态工法的一种,主要用于处理工业废水、城市污水和农业农村污水等,以及保护生态环境和改善水质。
二、人工湿地的分类根据功能不同,人工湿地可以分为生态纯化湿地和景观湿地。
生态纯化湿地主要用于处理工业废水、城市污水和农业农村污水,以保护生态环境和改善水质。
景观湿地则主要用于城市景观建设,为居民提供休闲娱乐场所。
根据水流方式不同,人工湿地可以分为自然流湿地和人工流湿地。
自然流湿地是通过天然水流方式进行水质净化,而人工流湿地则是通过人工控制水流方式进行水质净化。
根据湿地类型不同,人工湿地可以分为湿地植被和非植被湿地。
湿地植被是指在湿地中种植各种水生植物,以促进水质净化和增加生物多样性。
非植被湿地是指在湿地中通过人工构建物质材料进行水质净化。
三、人工湿地的功能1. 水质净化:人工湿地可以通过湿地植被和微生物的作用,去除废水中的有机物、氮、磷等营养物质,并减少重金属、细菌和其他污染物的含量,达到净化水质的目的。
2. 生态保护:人工湿地可以为鸟类、昆虫、鱼类等生物提供栖息地,促进湿地生物多样性的增加,保护湿地生态系统。
3. 防洪排涝:人工湿地可以通过蓄水和吸水的作用,缓解洪水对周边地区的影响,并保持地下水位稳定,减少土地排涝。
4. 增加景观功能:景观湿地可以为城市居民提供开阔的绿色空间,带来愉悦的视觉享受,提高城市的环境品质。
5. 农田灌溉:人工湿地可用于灌溉农田,提高农田的水资源利用效率。
四、人工湿地的构建1. 地点选择:人工湿地的建设地点应当选在地势低洼、水资源丰富、土壤适宜的地区,便于水的收集和处理。
《人工湿地去污机理及其国内外应用现状》篇一一、引言随着现代工业化的进程不断加快,环境污染问题逐渐加剧,如何高效、安全地处理废水、改善环境已成为一个世界性难题。
在此背景下,人工湿地作为新兴的生态处理技术,因其低能耗、低成本、高效能等优点,逐渐成为环境治理的重要手段。
本文将详细介绍人工湿地的去污机理及其在国内外应用现状。
二、人工湿地的去污机理人工湿地是一种模拟自然湿地的人工生态系统,利用物理、化学和生物三种作用去除水中的污染物。
其去污机理主要包括以下几个方面:1. 物理作用:通过湿地的沉淀、过滤、吸附等作用,去除水中的悬浮物、有机物等。
湿地的基质(如砂、石、土壤等)具有较大的表面积,能够吸附和截留水中的污染物。
2. 化学作用:通过湿地中的化学反应,如氧化还原反应、酸碱中和等,降低水中的重金属离子、氮、磷等营养物质的浓度。
3. 生物作用:湿地的植物、微生物等生物群落通过吸收、同化、分解等生物过程,将水中的有机物转化为简单的无机物,从而实现去污。
三、国内人工湿地应用现状在我国,人工湿地广泛应用于城市污水处理、农业面源污染治理、工业废水处理等领域。
其中,城市污水处理是人工湿地的应用重点。
我国许多城市已建立人工湿地污水处理系统,如江苏太湖流域的多个城市采用人工湿地处理生活污水和工业废水,取得了显著的治理效果。
此外,人工湿地还广泛应用于农村污水处理、河流湖泊的生态修复等领域。
四、国外人工湿地应用现状在国外,人工湿地同样被广泛应用于污水处理和生态修复领域。
例如,美国、欧洲、澳大利亚等发达国家在人工湿地的设计和运行管理方面积累了丰富的经验。
他们通过优化湿地设计、选择合适的植物种类和微生物群落,提高了人工湿地的去污效果。
此外,国外还注重人工湿地的多功能性开发,如结合景观设计、休闲娱乐等功能,实现了生态效益和经济效益的双赢。
五、总结与展望综上所述,人工湿地作为一种新兴的生态处理技术,具有低能耗、低成本、高效能等优点,在国内外得到了广泛应用。
人工湿地知识点总结引言人工湿地是一种模仿自然湿地的人工建筑,用来处理污水、保护生态环境和恢复水域生态系统。
人工湿地具有生态工程、水质净化和生态景观等功能,被广泛应用于城市和农村的污水处理、景观建设和生态保护等领域。
本文将从人工湿地的定义、分类、构建原理、应用价值和管理方法等方面对人工湿地进行总结和介绍。
一、人工湿地的定义人工湿地是指通过构建人工湿地系统,模拟自然湿地的生态过程,利用湿地植物、微生物和水体之间的相互作用,对污水进行净化和生态修复的一种水处理系统。
人工湿地通常包括湿地植物、人工废水处理设施和微生物群落等组成部分,以实现对污水的生物、物理和化学处理。
二、人工湿地的分类根据不同的处理方式和水质要求,人工湿地可以分为不同的类型,包括植物湿地、人工湿地、人工湿地、城市湿地等。
1. 植物湿地植物湿地是利用湿地植物对污水中的营养物质和有机物进行吸收和降解的一种人工湿地系统。
植物湿地通常分为浅水区、湿地植物区和生物膜区,通过湿地植物的根系、微生物和水体之间的相互作用,对污水进行净化和生态修复。
2. 人工湿地人工湿地是通过人工构建湿地废水处理系统,利用湿地植物和微生物对污水进行净化和修复的一种水处理技术。
人工湿地通常包括水生植物区、流态化区和沉淀区等功能区域,通过不同区域的水力条件和生态过程,对污水进行生物、物理和化学处理。
3. 人工湿地人工湿地是指通过人工构建湿地系统,利用湿地植物和微生物对城市污水进行净化和修复的一种城市生态水处理技术。
人工湿地通过不同的构建方式和处理措施,对城市污水进行高效净化和生态保护,是一种可持续发展的城市水处理技术。
4. 城市湿地城市湿地是指利用城市水体和湿地资源,建设城市湿地公园、湿地生态景观和城市水系等生态设施,提高城市环境质量和生态景观,实现城市生态修复和水域健康管理的一种生态设施。
城市湿地通过构建湿地景观和水体系统,提高城市生态环境和水域生态系统的健康状态,是城市可持续发展的一种生态建设方式。
人工湿地1人工湿地概念及其发展一、人工湿地的概念人工湿地是人们有目的地建立一种与天然湿地相似的人工生态系统,水特征为水饱和或淹水状态,植物是具有耐湿或水生植物,土为水成土。
人工湿地有狭义和广义两种概念。
根据《湿地公约》,广义的人工湿地包括:①养殖池塘;②池塘:小水塘、灌溉池塘,面积<8hm2;③灌溉土地:灌渠、水稻田;④季节性泛滥的农田:湿草地、牧场;⑤盐业用地:盐生洼地、盐田等;⑥蓄水用地:水库、水坝、库区、河堰,面积>8hm2;⑦低洼地:泥土、砖块、砾石等洼地、矿区池塘;⑧废水处理区:沉淀池、氧化塘等;⑨运河、水沟等。
狭义的人工湿地是指用于降解污染物的人工湿地。
本文设计的湿地为此类湿地。
狭义的人工湿地依据不同的分类方式和理解角度,所产生的人工湿地概念也不尽相同。
功能上概念:人工湿地是依据土地处理系统级水生植物处理污水的原理,由人工建立的具有湿地性质的污水处理生态系统。
结构组成上概念:人工湿地是由独特的土壤(基质)和生长在其上的耐湿或水生植物组成,是一个有人为参与的基质—植物—微生物的生态系统。
净化机理上概念:人工湿地利用基质—植物—微生物间的物理、化学和生物三重协同作用,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解实现对污水的净化。
二、人工湿地的发展最早的人工湿地是1903年建在英国约克郡Earby的湿地系统,该系统一直持续运行到1992年,但这只是人工湿地的雏形。
1953年德国的Dr. Kathe Seidel 在其研究工作中发现芦苇能去除大量有机和无机物,随着这一现象的发现,在60 年代中期,Dr. Seidel与Dr. Kichuth合作并由Dr. Kichuth 开发了“根区法”(RZM)——在水平潜流湿地中种植芦苇,降解有机物,通过硝化反硝化去除氮,通过沉淀作用去除磷。
“根区法”理论的提出,标志着人工湿地污水处理机理的初步萌芽。
与此同时,出现了“厌氧微生物和芦苇处理污水”复合系统,由美国的国家空间技术实验室研究开发。
人工湿地人工湿地(artificial wetland ):由人为因素形成的湿地。
如水田、水库、运河、盐田及鱼塘等。
人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面,将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上,污水与污泥在沿一定方向流动的过程中,主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用,对污水、污泥进行处理的一种技术。
其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。
目录简介概念特点人工合成湿地类型地表流人工湿地潜流式人工合成湿地污染物去除机理1.湿地基质的过滤吸附作用2. 湿地植物的作用3. 微生物的消解作用人工湿地的优缺点人工湿地植物的选择与配置概念人工湿地是一个综合的生态系统,它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理,结构与功能协调原则,在促进废水中污染物质良性循环的前提下,充分发挥资源的生产潜力,防止环境的再污染,获得污水处理与资源化的最佳效益。
特点人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点,非常适合中、小城镇的污水处理。
人工湿地处理系统可以分为以下几种类型:(1)自由水面人工湿地处理系统;(2)人工潜流湿地处理系统。
(3)垂直水流型人工湿地处理系统。
人工合成湿地类型地表流人工湿地潜流式人工合成湿地人工湿地的核心技术是潜流式湿地。
一般由两级湿地串联,处理单元并联组成。
湿地中根据处理污染物的不同而填有不同介质,种植不同种类的净化植物。
水通过基质、植物和微生物的物理、化学和生物的途径共同完成系统的净化,对BOD、COD、TSS、TP、TN、藻类、石油类等有显著的去除效率;此外该工艺独有的流态和结构形成的良好的硝化与反硝化功能区对TN、TP、石油类的去除明显优于其他处理方式。
主要包括内部构造系统、活性酶体介质系统、植物的培植与搭配系统、布水与集水系统、防堵塞技术、冬季运行技术。
人工湿地处理机理人工湿地是一种模拟自然湿地的人工建造系统,通过植物、土壤和微生物的共同作用,对废水进行净化和处理。
它被广泛应用于城市污水处理、工业废水处理、农业面源污染治理等领域。
本文将介绍人工湿地处理的机理和作用,以及其在环境保护中的重要性。
一、人工湿地处理机理1. 植物吸收和转化:人工湿地中的植物是处理过程中的核心组成部分。
植物的根系能够吸收废水中的营养物质,如氮、磷等,并将其转化为生物质。
同时,植物的叶片通过蒸腾作用,促进水分的蒸发,提高废水的处理效率。
2. 微生物降解:湿地土壤中富含各种细菌、真菌和其他微生物。
这些微生物通过吸附和生物化学反应,将废水中的有机物质转化为无机物质,如二氧化碳和水。
微生物还能够降解废水中的有毒物质,减少对环境的污染。
3. 土壤过滤:人工湿地中的土壤层起到过滤作用,可以去除废水中的悬浮颗粒、悬浮有机物和一部分溶解有机物。
土壤颗粒具有吸附能力,可以吸附废水中的一些污染物质,如重金属离子和有机物。
4. 水位调节:人工湿地通过调节水位,控制湿地中的氧气供应和水力条件,促进微生物的生长和活动。
适当的水位调节可以提高湿地的氧化还原环境,有利于处理废水中的有机物和氮磷等营养物质。
二、人工湿地的作用1. 水质净化:人工湿地可以去除废水中的悬浮颗粒、有机物和营养物质,提高水质的稳定性和透明度。
同时,它还能够去除废水中的重金属离子和有害物质,减少对水生生物的毒害。
2. 水量调节:人工湿地能够调节降雨和径流的过程,减缓洪峰流量,防止洪水的发生。
同时,它还能够提供一定的水源,维持湿地生态系统的稳定性。
3. 生物多样性保护:人工湿地提供了丰富的生境和食物资源,吸引了大量的鸟类、昆虫和其他动植物栖息和繁殖。
它可以促进生物多样性的增加,保护珍稀濒危物种的栖息地。
4. 美化环境:人工湿地的建设可以改善城市和农村的环境质量,增加绿色景观和生态空间。
它可以净化空气、降低气温,为居民提供一个清新、舒适的生活环境。
人工湿地1人工湿地概念及其发展一、人工湿地的概念人工湿地是人们有目的地建立一种与天然湿地相似的人工生态系统,水特征为水饱和或淹水状态,植物是具有耐湿或水生植物,土为水成土。
人工湿地有狭义和广义两种概念。
根据《湿地公约》,广义的人工湿地包括:①养殖池塘;②池塘:小水塘、灌溉池塘,面积<8hm2;③灌溉土地:灌渠、水稻田;④季节性泛滥的农田:湿草地、牧场;⑤盐业用地:盐生洼地、盐田等;⑥蓄水用地:水库、水坝、库区、河堰,面积>8hm2;⑦低洼地:泥土、砖块、砾石等洼地、矿区池塘;⑧废水处理区:沉淀池、氧化塘等;⑨运河、水沟等。
狭义的人工湿地是指用于降解污染物的人工湿地。
本文设计的湿地为此类湿地。
狭义的人工湿地依据不同的分类方式和理解角度,所产生的人工湿地概念也不尽相同。
功能上概念:人工湿地是依据土地处理系统级水生植物处理污水的原理,由人工建立的具有湿地性质的污水处理生态系统。
结构组成上概念:人工湿地是由独特的土壤(基质)和生长在其上的耐湿或水生植物组成,是一个有人为参与的基质—植物—微生物的生态系统。
净化机理上概念:人工湿地利用基质—植物—微生物间的物理、化学和生物三重协同作用,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解实现对污水的净化。
二、人工湿地的发展最早的人工湿地是1903年建在英国约克郡Earby的湿地系统,该系统一直持续运行到1992年,但这只是人工湿地的雏形。
1953年德国的Dr. KatheSeidel 在其研究工作中发现芦苇能去除大量有机和无机物,随着这一现象的发现,在60 年代中期,Dr. Seidel与Dr. Kichuth合作并由Dr. Kichuth 开发了“根区法”(RZM)——在水平潜流湿地中种植芦苇,降解有机物,通过硝化反硝化去除氮,通过沉淀作用去除磷。
“根区法”理论的提出,标志着人工湿地污水处理机理的初步萌芽。
与此同时,出现了“厌氧微生物和芦苇处理污水”复合系统,由美国的国家空间技术实验室研究开发。
自西德1974 年建成第一座完整的人工湿地以来,人工湿地在20世纪80年代得到了迅速的发展。
我国在“七五”期间开始人工湿地的研究。
天津市环保所在1987年建立了我国第一个芦苇湿地工程,随后,北京昌平于1989 年建立了自由水面流人工湿地,1990 年,国家环保局华南环境科学研究所与深圳东深供水局在深圳白泥坑建成了湿地处理系统示范工程。
目前,人工湿地正在向景观、绿化、资源与污水深度处理相结合的方向发展,国内最典型的实例是四川成都活水公园。
人工湿地正作为一种独具特色的新型污水处理技术正式进入水污染控制领域。
2人工湿地的分类根据水的流动状态,人工湿地系统分为自由水面系统,又称表面流湿地;潜流系统,又称潜流湿地,分为水平潜流系统和垂直潜流系统。
一、表面流湿地污水从系统表面流过,氧通过水面扩散补给。
这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点,而且该湿地系统与自然湿地最为类似,具有较高的生态效益。
但这种湿地系统占地面积大,水力负荷率较小,去污能力有限,运行受气候影响较大,夏季有孳生蚊蝇的现象。
图3-1 表面流人工湿地结构简图(a)主视图(b)剖面图二、水平潜流湿地水平潜流人工湿地污水从进口经由砂石等系统介质,以近水平流方式在系统表面以下流向出口,在此过程中,污染物得到降解。
介质通常选用水力传导性良好的材料,氧主要通过植物根系释放。
水平潜流湿地的水力负荷和污染负荷较大,对污染物去除效果好;缺点是系统内氧含量较少,硝化效果不如垂直流人工湿地。
图3-2水平潜流人工湿地结构简图(a)平面图(b)剖面图三、垂直潜流湿地垂直潜流人工湿地系统该系统通常在整个表面设置配水系统,污水从表面纵向流向填料床底部,氧可以通过大气扩散和植物传输进入人工湿地。
该系统有较高的好氧处理能力,因此硝化能力强。
为防止堵塞,填料级配复杂,建造要求高,落干/淹水时间长,操作相对复杂。
图3-3 垂直流人工湿地结构简图(a)平面图(b)剖面图三种类型人工湿地比较人工湿地对污水处理及水质净化的应用很广泛,主要应用在以下方面:①雨水径流和农业径流净化;②乡城镇农村生活污水处理和住宅中水回用;③城镇污水处理厂尾水深度处理;④工业废水处理;⑤入湖、入江、入海河道末端处理;⑥湖泊、池塘、公园和生活小区富营养化水体处理。
人工湿地建立以后,除了人工栽培的高等植物外,野生动植物也会明显增多,首先是昆虫,随后是鸟类和爬行动物,再后是哺乳动物,逐渐成为一个完善的生态系统。
人工湿地植物一般为常绿植物,周年郁郁葱葱,人工湿地中又有观赏植物,花红柳绿,还有各种花草,所以很多人工湿地可以兼做公共娱乐区、生态公园、吸引游客和附近的居民,是人们休闲娱乐的好地方。
3人工湿地的去污机理人工湿地利用基质—植物—微生物间的协同作用实现净化污水的目的。
人工湿地被用于去除污水中的SS、有机物、氮、磷、有毒重金属离子、病原微生物等。
前四项是人工湿地主要的去除对象,也是目前人工湿地领域研究的热点。
一、人工湿地对悬浮固体物的去除机理悬浮固体物质在流经湿地过程中,会因填料的截留和植物的阻隔而沉积,从污水中去除。
在表面流人工湿地中,水流流速较缓慢,使悬浮固体物质有足够时间同污水在湿地运移过程中发生沉积、截留和再悬浮。
为尽量减小污水处理过程中再悬浮现象的发生,设计湿地的流速不宜过大,应根据湿地的摩擦特征、颗粒的沉淀特征和颗粒的扰动临界剪切力来确定。
湿地植物及其散落物和根系构成了湿地的过滤床,该过滤床具有较大的孔隙度,通过惯性沉积、流线截留和扩散沉积过滤悬浮物质,并在一定程度上可限制再悬浮现象的发生。
在潜流湿地中,水体不与植物的散落物直接接触,与表面流湿地形成的过滤床所产生的沉积过程不同,而且湿地表面的风和动物也不会再引起再悬浮现象的发生。
潜流湿地对悬浮固体物质的去除是通过介质过滤作用,颗粒沉积在水滞留的孔隙中,发生着颗粒化过程。
二、人工湿地对有机物的去除机理碳化合物与每个生命过程息息相关,拥有动物、植物和微生物的湿地生态系统中的碳循环很活跃。
在污水处理领域,BOD5、COD、DC、TC、VOC、TOC 等是表征有机物的主要指标,其中前两个指标最为常用。
有机物分为不溶性有机物和可溶性有机物。
不溶性有机物在湿地中的去除主要是通过湿地基质的吸附和过滤,在基质中沉积从而被分解或者利用。
可溶性有机物主要利用的是微生物作用——植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解而被分解去除。
最终污水中的有机物是被异样微生物转化为CO2、H2O和微生物体,微生物体的最终去除需要通过定期地更换填料和收割植物。
基质对有机物的去除主要通过吸附和离子交换作用。
在合适的条件下,一些阳离子,如:Ca2+、Mg2+等,与CO32-结合形成沉淀,包括有碳酸钙、碳酸镁、白云石等。
人工湿地系统会经过一个成熟的过程,在达到成熟后,填料表面和植物根系周围将生长大量的微生物而形成生物膜,生物膜对流过的有机物可吸附、吸收,从而被微生物代谢过程分解。
三、人工湿地对N的去除机理人工湿地对污水中的含氮污染物的去除主要依靠填料基质中的微生物(硝化细菌与反硝化细菌等)的氨化、硝化和反硝化作用来实现的。
氮在湿地系统中循环变化包括了7种化合价态(-3、0、+1、+2、+3、+4、+5价),并且在多种有机形式与无机形式之间转换。
市政污水中的氮主要以氨氮和有机氮两种形式存在。
大部分有机氮都可以被微生物降解成为氨氮,因此研究中对于无机氮的去除更为关注。
污水中的无机氮也可作为湿地植物生长过程中不可缺少的营养物质直接被吸收并通过植物的收获与再种植从整个湿地系统中去除,但植物直接吸收只能部分降低氮元素的浓度,其在整个氮循环过程中只占小部分份额,不能够成为氮元素去除的主体。
含氮污染物主要的去除途径是通过硝化细菌以及反硝化细菌等微生物的硝化、反硝化作用来完成的。
人工湿地中的溶解氧随填料基质的高度不同呈现出区域性变化,从床体底部到顶部连续呈现出富氧、缺氧及厌氧三种不同的状态,这相当于许多串联或并联了A/O(Anoxic/Oxic)污水处理单元,从而使硝化和反硝化作用可以有条不紊地进行。
在这种条件下,NH4+被氧化成NO2-和NO3-等离子,然后再被还原为N2。
其基本过程是硝化细菌首先通过硝化作用先将氨氮氧化成亚硝酸盐与硝酸盐,之后反硝化细菌通过反硝化作用将硝酸盐还原成气态氮,最后氮气从水中逸出。
硝化作用在好氧环境下由自养型好氧微生物(硝化细菌)完成,它包括两个生化过程:首先由亚硝酸菌(自养型好氧菌)将氨氮转化为亚硝酸盐;然后则由硝酸菌(自养型好氧菌)将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐。
在硝化反应中起作用的亚硝酸菌、硝酸菌被合称为硝化细菌。
反硝化作用在缺氧或厌氧环境下进行的,其机理是反硝化细菌(多为异养、兼性厌氧细菌)利用硝酸盐中的氧进行呼吸作用,氧化分解有机物为其新陈代谢提供养分,同时将硝酸盐还原为N2,最后超过饱和度的N2并从污水中逸出,从而离开整个系统。
因此,人工湿地比无法进行反硝化反应的传统活性污泥或者生物膜处理系统具有更强的氮处理能力;比人工的A/A/O(Anoxic/Anoxic/Oxic)系统在操作上要简单,在工序上要节省,在费用上要低廉。
为了提高人工湿地氨氮的去除效率,通常会采用人工曝气的办法来增加系统中的溶解氧含量,以此提高好氧细菌的硝化能力,其实际效果是很大程度上提高了氨氮的去除效率,但同时为反硝化细菌的活性带来了抑制作用,这是因为反硝化反应需要一个缺氧(或厌氧)环境,而溶解氧的增加,抑制了反硝化作用的进行,从而使硝态氮的去除效果有所降低。
如何在提高氨氮的去除率的同时增加硝态氮的去除率是保证人工湿地脱氮效果的一个难点。
与有机污染物(COD与BOD)的去除相比,人工湿地中的硝化过程速度比较缓慢,当BOD和COD值较高时,有限的溶解氧常被其他好氧异养菌用于去除有机污染物的反应中,而硝化反应只有在有机物浓度降低到一定程度才能开始。
同时反硝化作用又需要从有机质中获取碳源用以维持正常的新陈代谢;当污水有机物浓度很低时,反硝化过程不易进行从而影响整个系统的脱氮效率。
解决这一矛盾是提高人工湿地对含氮污染物的去除率的另一难点。
四、人工湿地对P的去除机理人工湿地对磷的去除是通过湿地填料基质的理化反应、植物根的系吸收以及微生物的积累等几方面共同作用完成的。
进水中的无机磷酸盐在水生植物的吸收和同化作用下,被合成为供能物质(ATP和ADP)与遗传物质(DNA 和RNA)等有机成份,在季末通过人工对植物的收获将磷元素从整个系统中去除,但是植物的吸收作用只占很少的一部分。
研究中发现污水在人工湿地系统中的流动与循环时,进入系统中的磷主要存留在填料基质中,留存于植物体和凋落叶中的很少。
而且植物不同器官对于磷的吸收量也有很大不同。