人工湿地技术处理河道污水.pdf

人工湿地技术处理河道污水 * 邓辅唐 1, 2 孙石 2 李 强 1 邓辅商 1 吴 广 1 陈汝才 1 1 云南今业生态建设集团有限公司, 昆明 650200; 2 云南大学环境与湖泊研究院, 昆明 650091 摘要 概要介绍了水生植物与其净化性能在人工湿地技术上的应用等方面的研究成果与工程实例情况。 关键词 人工湿地 水生植物 河道污水 * 昆明市科技计划项目 03S43126 0 引言 人工湿地污水处理系统 20 世纪 70 年代初首次 在德国投入使用以后, 就因其基建投资低, 运行费用 少, 出水水质好, 维护管理简单等优点被许多国家应 用。利用水生植物人工湿地系统处理污水, 被证明是 一种低投资、 低能耗、 低成本和能脱氮除磷的新型污 水处理技术 [ 1 -8] 。 本研究对不同植物生长及水质净化效果进行了 观察, 筛选出了 5 种适应性能好、 净化能力强的植物 品种。将研究成果应用于小型复合式人工湿地设计 中, 通过在复合式人工湿地各处理单元不同的水生植 物的配置, 提高了复合式人工湿地污水处理净化功 能。随着研究成果的进一步推广, 目前已经将本研究 成果应用于有关的河道污水处理的工程实例。 1 人工湿地处理污水技术概要 人工湿地一般由人工基质 一般为碎石 和生长 在其上的水生植物 如芦苇、 茳芏等 组成, 是一个独 特的土壤 -植物 -微生物生态系统。在这个系统中, 植 物是人工湿地的重要组成部分, 人工湿地系统中植物 代替曝气机输氧, 同时也为碎石等基质内微生物群落 创造了有利的活动场所。其主要通过两个途径对水 质进行净化 1 吸收利用、 吸附和富集水中营养物质 和有害物质; 2 通过增加微生物在根系的附着, 使通 过根系的有机污染物被微生物吸收、 同化及异化作用 而去除。 人工湿地系统 3 个主要部分由收集和预处理系 统、 配水和集水系统、 植物池组成见图 1。 图 1 人工湿地处理污水常规工艺流程图 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 植物池系统 根据出水水质要求, 可设计一 级或多级植物池。根据废水的流经方式可将人工湿 地分为3 类 表面流型、 潜流型、 立式流型。可根据不 同的污染物去除要求及地理条件选择建造不同的 类型。 由于不同植物种类在营养吸收能力、 根系深度、 氧气释放量、 生物量和抗逆性等方面存在差异, 所以 它们在人工湿地中的净化作用并不相同。因此, 其选 择使用的水生植物的筛选和合理组合是关系到这一 技术能否正常发挥污染治理效能的关键。因而也成 为目前人工湿地技术研究的热点问题之一。 2 适用水生植物与净化性能研究 本研究从引种的 68 种水生植物中筛选出 5种具 有较好污染净化性能的植物品种。分别为香蒲 香蒲 科, 学名 Typha 、 水芹菜 伞型花科, 学名 Oenanthe javanica 、 大 天南星科, 学名 Pistia stratiotes L 、 水 葱 莎草科, 学名 Scirpus validus 和草 莎草科, 学名 Cyperus malaccensis Lam. var. brevifolius 。实验中, 采 用6 个 80 L 容积的塑料桶进行为期 3 d 的静态实验, 其中 5个用于养殖水生植物, 1 个作为空白对照样。 实验时均使用生长旺盛期的水生植物, 并通过丛株数 量搭配来使 5 种实验植物的生物量基本相同。实验 用河道污水的 BOD5、 CODMn、 TN、 TP、 DO 等水质指标 的变化情况, 均按标准方法分析测定。图 2 为不同植 物在 3 d 静态实验期间对河道污水中 BOD5、 TN、 TP、 CODMn的净化效果情况。 从图 2 中看出, 植物对不同污染指标去除效果不 同, 大对 BOD5的净化效果最好, 去除率达到了 47 ;草的净化效果最差, 去除率仅为 33。几种 90 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 图 2 不同植物不同污染物指标去除率 实验水生植物对 BOD5的净化性能排列顺序为 大 水芹菜 香蒲 水葱草。实验的水生植 物中香蒲对 CODMn的净化效果最好, 去除率达到了 50 ;草的净化效果最差, 去除率仅为 37。几种 实验水生植物对 CODMn的净化性能的强弱顺序为 香 蒲 大 水芹菜 水葱草; 香蒲对河道水中 TP 的净化效果最好, 去除率可达到 43;草的净化 效果最差 去除率仅为 32 。几种实验水生植物对 河道水中TP 的净化性能排列顺序为 香蒲 水芹菜 大 水葱草。实验的水生植物中水芹菜对 TN 的净化效果最好, 去除率达到了 52 。草的净 化效果最差, 去除率仅为 35。几种实验水生植物 对TN 的净化性能的强弱顺序为 水芹菜 大 香 蒲 水葱草。 3 人工湿地技术处理河道污水的应用 在不同植物对污染物去除效率的试验结果基础 之上, 建立了一个复合式人工湿地。该复合型人工湿 地是水面式人工湿地 FWS 和渗滤式人工湿地 SFS 的结合, 在工程的设计上还根据不同植物对污染物去 除效率的试验结果。将不同植物组合配置在不同的 处理单元, 具体设计参数见表 1。 本研究中的复合式人工湿地系统总占地面积为 1 400 m 2。该湿地系统设计灌水周期为3 d, 每次灌水 时间为 3 h。污水处理量为 100 m 3 d, 水力负荷为 0121 7 m 3 m2d 。污水在系统内的停留时间可控 在48 72h。该示范工程系统于 2003 年 12 月 14 日 开始进水调试, 之后分别 3 次对系统的污染物净化性 能指标进行了分析测定, 水质指标监测结果显示, 该 湿地示范工程对所处理河道污水中 CODMn、 BOD5、 TN 和TP 的最高去除率分别可达 668 、 738、 834 和649 。由国内一些小型复合型人工湿地的统计 研究结果可知, 这些湿地对各主要污染物的去除率一 般在 40 60 之间。因此可以说, 本研究所建立 的人工湿地的处理运行效果与国内同类系统相比, 具 有明显的综合技术效果优势。 表 1 小型复合式人工湿地设计参数及运行机制 复合式人 工湿地处 理单元 面积 m2 植物配置栽培方式水质净化机制 一级氧 化塘 238水 葫 芦、 大 漂浮栽培污染物厌氧分解和生物吸收 表流湿地140茭 草、香 蒲、 芦苇、 水 芹 菜、 草 成行成片 栽种 利用湿地植物的生长和沉积悬 浮物以及土壤中的微生物, 吸收 去除污水中的碳氮磷污染物 二级氧 化塘 140水芹菜和 大 漂浮栽培一级氧化塘的补充和加强环节 潜流湿地238香 蒲、菖 蒲、美 人 蕉、 水葱、 旱伞竹 碎石床分 片栽种 利用湿地植物的生长、 悬浮物过 滤和碎石床生物膜, 进一步吸收 去除污水中的碳氮磷污染物 碎石集 水沟 香 蒲、美 人蕉 成行栽种处理水的曝气增氧的辅助环节 景观塘睡 莲、菖 蒲 漂浮栽培 结合成行 载种 污水处理后的景观用水 31 星云湖隔河泄水蓝藻去除应急工程 该方案主要采用河口区 湖面 生物净化工艺, 并 增加鼓风曝气工序以促进氧化作用, 消除气味并降低 氨氮含量, 同时对隔河道进行清污和生态修复形成净 化区, 对出水进行浓度净化。通过隔河闸控制流量, 全程自流。具体概要见表 2。 表 2 星云湖隔河泄水蓝藻去除应急工程概要 工程地点工程区 形状 工程区总 面积 万 m2 水处理规模 万 m3d- 1 采用工艺 江川县星云湖东北 部隔河入口所在湖 湾, 占用湖面面积 20 hm2, 水容量约 135万m3。 扇形, R 400m 约20设计处理能 力 10, 最 大 处理能力20 河口区 湖面 生物 净化工艺, 包括滤水 围隔、 漂浮植物除 藻、 曝气氧化带、 沉 水植物净化、 隔河生 物净化。 处理工艺流程见图 3。含藻湖水通过一号围隔 进入漂浮植物净化区, 在此区蓝藻得予去除, 湖水通 过第二号围隔进入曝气氧化带及沉水植物净化带, 并 通过滤水筛网过滤后排入隔河生物净化沟, 最终排入 抚仙湖。 图 3 湖隔河泄水蓝藻去除应急工程工艺流程示意图 本工程运行了 1a, 于 2005 年 5 月通过竣工验收 为合格。各项水质指标均达到设计要求的出水水质, 水处理效果显著。蓝藻数量 镜检数 减少 90 ;TN、 TP 去除率 30; 透明度比以前提高了 1 倍; CODMn、 SS 91 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 含量达到地表水 类标准 GB3838 -2002 , 使星云湖 排入抚仙湖的水质明显改善, 有效地保护了抚仙湖。 32 江川县渔村大街河河道末端治理 江川县渔村大街河是 12 条主要入湖河流中对星 云湖污染比较严重的河道之一, 河流全长135 km, 流 域面积 32 km 2 , 平均流量 102万 m 3 d。工程区面积 16 096 m 2。水处理规模 10 000 t d, 2004 年 3 月工程 竣工, 其工艺流程见图 4。 图 4 人工湿地生物净化工艺流程 本工程建成后, 经过对水生植物的栽培及养护, 湿地工程运行了 1 a, 水处理效果较为明显, 经有关部 门监测对主要污染物的去除取得了良好得效果。见 表3。 表 3 江川大街河河道末端处理水质监测mg L 水质监测指标进水水质出水水质 CODMn 4518 BOD53060 SS20010 TP1 5075 NH3-N 2 3138 TN4 026 4 人工湿地污水处理技术应用前景 复合式人工湿地, 利用不同植物对水质净化效果 的不同, 合理的进行植物组合, 在工程实际运用上取 得了较好的效果, 具有投资低, 出水水质好、 抗冲击力 强、 增加绿地面积、 改善和美化生态环境、 操作简单、 维护和运行费用低廉等优点。这项技术适合我国经 济发展水平不高, 能源短缺, 尤其许多中小城市和乡 村缺乏具有一定管理和技术水平人员的具体国情。 不同水生植物组合的复合式人工湿地可以在以 下几个方面的污水处理中进行应用 城市入湖河道 污水的处理; 污染湖泊湖滨带生态恢复及水质净 化; 城市生活小区污水处理及资源化利用; 工业 废水处理及资源化利用。 参考文献 [ 1 ] 曹向东, 王宝贞, 蓝云兰等. 强化塘 人工湿地复合生态塘系 统中氮和磷的去除规律. 环境科学研究,2000, 13 2 15 -19. [ 2 ] 张甲耀, 夏盛林, 邱克明等. 潜流型人工湿地污水处理系统中芦 苇的生长特性及净化能力. 环境科学学报, 1999, 19 3 323 -327. [ 3 ] 崔理化, 朱夕珍, 骆世明等. 垂直流人工湿地系统对污水磷的净 化效果. 环境污染治理技术与设备,2002, 37 13 -17. [ 4 ] 曲向荣, 贾宏宇, 张海荣等. 辽东湾芦苇湿地对陆源营养物质净 化作用的初步研究. 应用生态学报,2000, 11 2 270 -272. [ 5 ] 吴振斌, 陈辉蓉, 贺峰等. 人工湿地系统对污水磷的净化效果. 水生生物学报, 2001, 25 1 28 -35. [ 6 ] Xu K,Kato T.uation of water purification function of artificial reed field wetland ecosystems created on dredged sediments. Water Waste, 1999,41 6 504 -512. [ 7 ] Cooper PF, GreenMB. Reed bed treatment systems for sewage treatment in the United Kingdom. Water Sci. Technol. , 1995,32 3 313 - 327. [ 8 ] Qian JH, Adel Z, Zhu YL, Yu M, Norman T. Phytoaccu mulation of trace elements by wetland plants uptake and accumulation of ten trace elements by twelve plant species. J Environ Qual, 1999, 28 5 1448 -1455. 作者通讯处 邓辅唐 650200 昆明关兴路万兴花园丙栋 2单元 云 南今业生态建设集团有限公司 E -mail kingyear163. com 2005- 11- 18 收稿 会讯 中国环境科学学会环境工程分会和环境工程编辑部决定于 2006年 8 月 2 5日, 在广西桂林市召开 2006 第六届 中 国水污染防治与废水资源化技术研讨会。同时与桂林工学院合作, 以保护漓江生态环境为主题, 召开 第二届漓江生态环境保护 论坛。 会议形式 1 中国水污染防治与废水资源化领域学术、 技术交流研讨; 2 影响漓江流域生态与生态保护的专题报告; 3 水污 染防治与废水资源化技术及相关产品实物 、 图片、 资料、 展版等形式的小型展览; 4 新型、 实用水处理及工业废水处理技术及污 水回用技术与设备专题报告及演示; 5 会后编辑出版会议论文集。 会议内容及征文范围 研讨会 城市生活污水处理与资源化的新工艺、 新技术及成套设备; 各种工业废水处理工艺与回用技术及设备; 江河湖泊清 淤疏浚技术及污染治理技术与研究成果; 各种新型水处理药剂与材料 污泥脱水、 处理处置技术及资源化技术; 水质分析监测技 术及仪器远程、 在线、 连续监测等 ; 电子信息、 纳米、 电化学等高新技术在水污染控制及治理中的应用。 论坛 漓江流域生态保护与生物多样性现状; 漓江流域 工程水补水、 旅游性补水、 生态性补水等问题研究; 漓江流域环 境污染与防治技术; 其他影响漓江流域生态与生态保护的专题及研究 国内其他重要河流生态保护问题研究。 报名表及详情可登陆网站 http www. hjgc. com. cn 92 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 ANALYSIS OF PRESENT STATUS OF WATER POLLUTIONIN TAOHUAJIANG RIVER BASIN IN GUILIN AND ITS COUNTERMEASURESLiu Zhiqing NiuKui Miao Qun et al 81 Abstract The pollution problems and their reasons in Taohuajiang River basin were analyzed; and the countermeasures to solve these problems were also discussed. Keywords Guilin City, Taohuajiang River, water pollution, analysis and countermeasures ANALYSIS AND CHARACTERISTICS OF WATER QUALITY OF URBAN RAIN RUNOFF Wang Yanhong Han Yun Peng Dangcong 84 Abstract The effect of urban rain runoff on the water environments explored through the measurements of water quality of rain runoff in Baoji and the analysis of its pollution characters. The corresponding pollution control measures are also proposed, which provides basic data and technical support for studying and treating the pollution of urban water body produced by rain runoff. Keywords rain runoff, water quality and control ADVANCED TREATMENT OF MUNICIPAL SEWAGE PLANT EFFLUENT BY CONSTRUCTED WETLANDLi Yanhong Xie Qinglin Bai Shaoyuan et al 86 Abstract Integrated vertica- l flow constructed wetland was used in this investigation for advanced treatment of municipal sewage effluent. Canna, calamus, wild rice and elephant grass were selected as constructedwetland plants and quartz sandwas selected as filling. It is shown that the optimal running conditions with hydraulic residence time of 24 h, with hydraulic loading of 04 m3m2d were determined. After 10 -month operation, the main inds of the effluent can meet Water Quality Standard for Scenic Environment of Urban Recycling WaterGB T18921 - 2002. Keywords constructed wetland, advanced treatment and hydraulic residence time TREATMENT OF RIVER SEWAGE BY TECHNOLOGY OF CONSTRUCTED WETLAND Deng Futang Sun Peishi Li Qiang et al 90 Abstract It is introduced briefly that the applications of adaptable aquatic plants and purifying properties to constructed wetlands, whose scientific payoffs and engineering examples are also described. Keywords constructed wetland, aquatic plant and river sewage INITIAL OPERATION OF TREATING URBAN SURFACE RUNOFF BY POND -CONSTRUCTED WETLAND ECOSYSTEMYin Wei Li Peijun Ye Min et al 93 Abstract It is explored that the initial operation of treating urban surface runoff by WuhanTaohuadao pond -constructedwetland ecosystem. The results show that this sort of composite ecosystem can treat effectively an urban surface runoff, and it also has a unique effect of nitrogen removal. Keywords urban surface runoff, pond, horizontal underrun constructedwetland, composite underrun constructed wetland and initial operation MANUFACTUREANDAPPLICATIONOFCHLORINEPEROXIDEGENERATORWITH SECONDARY -AERATING UNDER NEGATIVE PRESSURE Tang Xinde Hao Xiuhong Lang Xianjun et al 96 Abstract Using sodium chlorate and hydrochloric acid as raw materials and adopting unique secondary aeration process under negative pressure, mixed disinfection gases mainly on chlorine peroxideClO2 were generated by redox reaction under composite catalyst.These gases were subsequently absorbed to become mixed disinfectant with finite concentration. Disinfection purpose was achieved by mixing disinfectant with waste water. Keywords secondary aeration under negative pressure, chlorine peroxide generator, sodium chlorate and hydrochloric acid Sponsor Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group PublisherIndustrial Construction Magazine Agency Editor The Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road, Haidian District, Beijing 100088, China Telephone 010 82227637、 82227638 Fax 010 82227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P. O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000- 8942 CN11- 2097 X E -mail Addresshjgc public. yj. hjgcmail.yj. cn. net WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn http www. hjgc. net. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol24,No3, Jun. , 2006