人工湿地课件优秀课件.ppt

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1、人工湿地课件第1页，本讲稿共15页 对湿地净化能力的研究起始于本世纪50年代，当时，德国科学家凯瑟塞德尔(KatheSeidel，1978)和莱因霍尔德基库思(ReinholdKickuth，1970)，首次调查了用湿地去除污染水中养分和悬浮固体的可能性。塞德尔证实宽叶香蒲能去除污染水中的大量有机和无机物质。在后来的一些研究中，她证明宽叶香蒲还能通过从其根部分泌天然抗生物质，大大降低废水中的细菌浓度，而且它们能隔绝重金属并清除碳氢化合物。对这项工作的兴趣从德国扩展到欧洲、北美、澳大利亚和全世界。如今，北至加拿大的育空地区和西北地区，南到澳大利亚和新西兰，数以百计的天然湿地和人造湿地被用来处理废

2、水和暴雨水，该系统的规模不等，从设计处理单门独户废水的小系统，到相当大的系统，例如墨西哥的块人造湿地用来处理10万多人的废水。设计 由于天然湿地通常是脆弱的生态系统，接触太多的污染物就会使它不堪重负，所以最好专门根据废水处理的目的来设计和建造湿地。这些系统被称为人造湿地或芦苇床。它们有三个关键组分：植物、微生物和基质。耐水的植物扎根于土壤或砂砾基质，该系统浸满了水，基质支持着这些植物，而植物的根则为各种微生物提供了家园。第2页，本讲稿共15页几乎任何一种水生植物都适合于湿地系统，最常见的有芦苇(Phragmites australis)、香蒲属(Typha spp.)和草属(Scirpus s

3、pp.)。某些植物如芦苇和香蒲的空心茎能将空气输送到根部，所以能为微生物提供额外的氧。一些植物吸收特定金属或化学物质，其它一些植物分泌能杀死病原体的渗出液。处理一个人产生的废水大约需要12平方米湿地，通物理过程、化学过程和生物过程的组合来完成：悬浮固体到滞水底部，或被湿地基质和植物过滤；有机物质被植物根部的微生物分解；硝酸盐可以被脱氮菌转化为氮气，或被植物吸收；氨被细菌转化为硝酸盐；-磷随钙、铁和铝化合物沉淀，通过沉积和吸附于土壤以及植物吸收而被去除；金属和有毒化学物质通过氧化、沉淀和植物吸收来去除；病原体在不适宜生存的环境中逐渐死去并被其它生物所摄取，或被抗菌化合物杀死(虽然湿地中的野生动物

4、可能会引入更多的病原体)。第3页，本讲稿共15页 该系统的设计和布局将取决于当地的地形、输入废水的性质以及特定的处理目标。需要多少土地将取决于污染物的输入负荷、湿地设计和处理目标，但一般说来，负荷越高或处理程度越高，所需的土地面积就越大。人造湿地系统有两种：表流湿地和潜流湿地。另外，潜流系统可以分为平流湿地和垂直流湿地。表流湿地 表流湿地通常是衬有不透水材料层的浅蓄水池，它们充填有土壤或砂砾基质，并种上露出水面的植物(见图91)。它们被设计成水淹型，所以水位在基质表面之上，使废水在基质上面流动，通过稠密的植物。从这点上看，它们模拟天然湿地的水流，表流湿地的建造费用较低(根据系统的大小，建造费用

5、为1万10万美元公顷)，主要用于土方工程。第4页，本讲稿共15页潜流湿地 潜流湿地与表流湿地相似，但它们的设计是使废水流过基质，而不是在基质上面流动，所以水位保持在基质表面之下。潜流系统比表流湿地更适合于较冷的气候，因为大部分处理发生在地表之下，冬季地表下的环境一般比地面上要暖和。这种较暖的环境，加上输入废水本身的温度，可以防止处理床在零下气温时结冰。潜流湿地不像表流湿地那样容易产生臭味或蚊子问题，而且它们可以处理较高负荷的废水。但如果有机负荷太高，它们往往会堵塞。由于这一原因，通常在潜流系统前面有一个沉淀过程，目的是去除悬浮固体。此外，常常采用多个进口，尽可能均匀地分散悬浮固体，避免堵塞问题

6、。潜流湿地的建造费用较高(是表流系统建造费用的48倍)，主要是砂砾填充费用。可以将潜流系统设计成为平流或垂直流(见图92)。平流系统有时被称为基库思法或根区法，是60年代中期由基库思(RKikuth)博士首创的。它包括一个种有芦苇的轻粘土或粘 第5页，本讲稿共15页第6页，本讲稿共15页 重土矩形床。常常添加钙和铁或铝补充物来改善土壤结构，增加土壤沉淀磷酸盐的能力。它的设计使废水水平地流过芦苇的根围。这些系统最初很受欢迎，欧洲和英国建造了数百个这类系统。遗憾的是，这种系统在设计上存在着某些问题。为了正常发挥作用，平流系统依靠土壤的高度多孔性以使废水适度流动。基库思认为，扎进土壤的芦根死后形成了

7、可使废水流过的小孔，会提高土壤的多孔性。几十年的经验证明，情况并非如此。由于土壤的透水性不够，废水流过土壤表面时产生了很多问题。为了解决这一问题，现在广泛采用砂砾而不是土壤作为平流系统的基质。当水力负荷高、土地非常宝贵时，用砂砾最合适。虽然平流系统能有效降低生化耗氧量，减少悬浮固体，但由于它们相对缺氧，所以这类系统改进氨的硝化问题。它去除病原体的效果极佳。近年来，人们逐渐对垂直流床产生了兴趣。在垂直流系统中，以间歇的剂量将废水施用于床表面，废水垂直渗透过多为砂砾的基质。间歇投放废水可促进基质的氧合作用，这种充氧环境能更多地去除生化耗氧量并进行更大程度的氨硝化。植物在床表面形成一个垫层，捕集需氧

8、降解的悬浮固体。废水慢慢流过时，基质中的细菌开始进一步处理。用砂砾作基质，避免了以土壤为基础的平流系统所遇到的传导性问题，而交替的潮湿期和干燥期则可以提高基质的固磷作用。第7页，本讲稿共15页 尽管人们普遍认为垂直流床是一种更好的系统，但在某些情况下，平流系统可能是最合适的方案。例如，如果必须要把生化耗氧量和总悬浮固体浓度降至二级处理标准，但不需要氨硝化，就可以安装平流系统。在缺氧或厌氧条件下用生物脱氮去除硝酸盐方面，平流系统也是有用的。将平流系统与垂直流系统结合起来使用可能也有好处，这种方法常常被用来进行完全的二级处理。如果废水先通过垂直流系统，然后再通过平流系统，就会得到最彻底的处理效果。

9、垂直流系统中的需氧细菌将氨硝化为硝酸盐，适应了平流系统缺氧条件的细菌将硝酸盐反硝化为亚硝酸盐和氮气。废水在垂直流系统中的滞留时间短，所以要想有效地去除病原体，最好是让废水在平流系统中滞留更长的时间。北美大约三分之二的人造湿地是表流系统，而欧洲人则更偏爱潜流系统。第8页，本讲稿共15页 性能 与常规系统相比，湿地有几个优点。首先，只要有现成的土地，湿地的建造费和运行费都很便宜。其次，它们能有效地处理废水实际上，在去除某些污染物方面，它们比常规处理系统更有效。它们比常规系统更灵活，而且对负荷率方面的变化不太敏感，尤其能很好地应付冲击负荷。它们还形成了野生动物生境和绿色空间。不利的是，湿地需要大量的

10、土地。在乡村地区这可能不成问题，但在土地非常宝贵的城市就是一大障碍(湿地鼓吹者们指出，如果城市能从数百公里外的水源处用管道输送饮用水，那么它就没有理由不把废水用管道输送到类似距离的、更容易获得土地的乡村地区进行处理)。关于人造湿地去除污染物效率方面的报告差异很大，从几乎是零到90以上，但一般来讲它们的去污效果都不错(见表92)。很多差的结果是因为系统超负荷、管理不善、设计差、最适合去除沪的污染物或尚未完全建成。几位研究人员认为，湿地性能方面的易变性不应被解释为湿地不可靠或不可预测，而是表明需要制定一个大家都能接受的设计标准。第9页，本讲稿共15页 湿地不可能总是最有效地运行。因为它们依靠植物和

11、微生物作用，所以在植被完全建立之前(这可能需要几个季节的时间)，不可能达到最高的去污效率，这也意味着在温带气候条件下，湿地在冬季的运行效果不如夏季好，尤其是在除氮方面。寒冷的温度会减慢反应，而且植物会死亡或休眠。但微生物整个冬季都在植物根上保持活跃状态，整个系统会继续发挥作用，不过效率有所降低。湿地是一项较新的技术，这是另一个不利的条件。如上所述，需要制定该设计标准、建造标准和运行标准。以土壤为基础的湿地系统中最常见的困难是如何使土壤保持部分充气状态，尤其是在平流床情况下。如果人造湿地的需氧成分超负荷或水太深，就没有足够的氧供系统有效地发挥作用。结果会造成植物生长不良，生化耗氧量和氨的去除率下

12、降。人造湿地的预期寿命问题尚未解决：它们以最佳速率去除污染物的寿命能持续多长时间。理论上讲，这个问题对除磷尤为关键，因为土壤中的磷浓度会逐渐增加，直至达到饱和点。但实际上，最早的人造湿地已经运行了几十年，还都未达到磷饱和。第10页，本讲稿共15页维护和保养人造湿地系统的管理方面涉及许多工作。首先，如果以平行方式同时使用几个床，那么就应定期将输入废水流从一个床转移到另一个床。这些系统可能偶尔需要冲洗，而且应当定期监测整个系统，以确保其不超负荷。像任何废水处理系统一样，应不断地检测出水，以测量系统的性能，确保达到排放标准。最后一点是，植物有时需要人给一些关照，如种植、除草和季节性收获。应用 人造湿

13、地用于处理多种废水，其中包括城市废水、工业废水、农业径流、城市暴雨水、填埋场沥滤液、造纸废水和矿山酸性排水。可以根据下列情况来设计人造湿地：特定的气候条件、输入废水的特性、所需的出水质量以及可利用土地的特性。下面举几个实例。第11页，本讲稿共15页城市废水人造湿地最大量地用于处理城市废水。人们成功地用它处理来自活性污泥和氧化塘系统的一级出水、二级出水以及化粪池废水。在北美，人造湿地通通常用来为较大城市中心的城市废水提供三级处理。而欧洲一般用于小城镇和村庄的废水的二级处理。一些政府部门还专门制定了利用人造湿地处理城市废水的政策。在英国英格兰中部地区和威尔士，地方水公司在人口不到2000、需要三级

14、处理的社区建造人造湿地。结果约有100个小社区污水处理厂现已采用人造湿地，进一步处理二级出水和暴雨溢流。城市暴雨水表流湿地处理城市暴雨水十分有效而且已被广泛应用。通过降解暴雨水中存在的很多农药、有机化合物、油和油脂，表流湿地改善了水质。它们还暂时贮存雨水，改变了雨水的流速，从而减弱流量，让悬浮固体有机会沉淀。湿地常常用作系列滞留池或渗滤池。农业径流用人造湿地处理农业暴雨水或围栏育肥场径流方面，虽然已发表的资料较少，但确有几个成功的实例。一种简单的方法是在农田与溪流、河流或池塘之间建立一个湿地缓冲区。安大略省正在建造几个这样的项目，在农场围栏育肥地的径流和奶牛场的冲洗水流入当地水道之前，用人造湿

15、地对其进行过滤。第12页，本讲稿共15页工业废水湿地有很多潜在的工业应用。人造湿地可以用来去除金属，调整pH值，降低生化耗氧量并过滤悬浮颗粒。例如，用它们来处理制酪工业、肉食加工厂和油脂厂的废水、煤堆和灰堆的暴雨径流、造纸废水以及矿山的酸性排放水(矿山酸性排水)。争论：人造湿地中植物的作用目前对植物在废水处理方面所起作用的重要性方面，还存在着一些争论。虽然一些研究人员认为植物是人造湿地的必要部分，但其他研究人员则认为它们的价值主要在美学方面。实际上，植物发挥几种作用：美学、臭味控制和昆虫控制，以及或多或少促进废水处理(见表93)。让我们来更详细地论述每一种功能。第13页，本讲稿共15页第14页

16、，本讲稿共15页 湿地植物的美学功能是一种重要作用，但却常常被人们低估。人造湿地令人愉快的外观吸引了很多人，使他们想到生态污水处理。人造湿地改善相邻地区的景观，并为野生动物提供生境。很多人造湿地兼作公共娱乐区，吸引徒步旅行者、慢跑者和观鸟者。植物及其枯枝落叶层形成了一个自然过滤器，有助于控制臭味。这使得湿地对相邻社区来说更令人愉快和更可接受。它们还阻碍杂草的生长，并使昆虫不致在水面上繁殖过多。就水生植物在废水处理中的作用而言，它们为降解有机污染物的细菌提供了很大的表面积。植物根系可稳定土壤表面，并防止形成侵蚀沟。在表流系统中，植物降低水流速度，从而为悬浮固体的沉淀创造了较好的条件。植物在冬季形成一个绝热层，有助于使底下的基质免受霜冻。这些植物的代谢作用对处理过程的影响程度取决于设计。它们的确可以物理过滤废水，有些植物吸收金属。人们常常声称，某些水生生物如芦苇和香蒲可以依赖空心茎为其根区供氧。研究证明，实际上在多数垂直流系统中，植物释放的氧气量微不足道，而且仅限于根周围的近环境。第15页，本讲稿共15页