復(fù)合垂直流人工濕地處理受污染黃河水的可行性研究

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1、復(fù)合垂直流人工濕地處理受污染黃河水的可行性研究董金凱1,崔景立1,康雅2,賀鋒3（1、機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院，鄭州，450007；2、鄭州市自來水投資控股有限公司，鄭州，450013；3、中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所淡水生態(tài)與生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢，430072）摘要：介紹了人工濕地的發(fā)展過程、定義、分類及其凈化機(jī)理。詳細(xì)闡述了復(fù)合垂直流人工濕地的構(gòu)造、應(yīng)用及凈化效果。簡(jiǎn)述了人工濕地處理受污染黃河水的研究進(jìn)展。介紹了復(fù)合垂直流人工濕地應(yīng)用于北京奧林匹克森林公園、武漢市月湖、杭州植物園的實(shí)例，證明了復(fù)合垂直流人工濕地的優(yōu)越性。最后，指出了復(fù)合垂直流人工濕地有效地凈化受污染黃河水的可行性。關(guān)鍵

2、詞：人工濕地、復(fù)合垂直流人工濕地、黃河水1、引言人工濕地（ConstructedWetland,CW）技術(shù)于20世紀(jì)70年代初首先出現(xiàn)在德國(guó)由于其基建投資低、運(yùn)行費(fèi)用少、出水水質(zhì)好、維護(hù)管理簡(jiǎn)單等明顯的優(yōu)點(diǎn),該技術(shù)被迅速推廣到世界各地，在美國(guó)、澳大利亞、歐洲、日本及一些非洲國(guó)家均有應(yīng)用。我國(guó)在“七五”期間開始人工濕地的研究，并且在深圳白泥坑、四川活水公園、北京昌平等地建設(shè)了一批人工濕地工程[14]。復(fù)合垂直流人工濕地在“九五”期間，中科院水生所與德國(guó)科隆大學(xué)、奧地利維也納農(nóng)業(yè)大學(xué)等共同承擔(dān)的歐洲聯(lián)盟國(guó)際合作項(xiàng)目(合同號(hào)ERBIC18CT960059)中提出的[14]。復(fù)合垂直流人工濕地對(duì)污染

3、物的去除是在一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物反應(yīng)下共同完成的其中起主要作用的是微生物、水生植物以及基質(zhì)[14]。垂直流人工濕地是在水平流濕地之后發(fā)展起來的，由于其系統(tǒng)內(nèi)的充氧更充分，有利于好氧微生物的生長(zhǎng)和硝化反應(yīng)的進(jìn)行，因此對(duì)氮、磷的去除率較高[1]。近年來，黃河流域工農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，黃河水污染日趨嚴(yán)重，黃河水處理難度越來越大，現(xiàn)有飲用水處理工藝難以適應(yīng)當(dāng)前黃河水水質(zhì)狀況[15]。鑒于人工濕地尤其是復(fù)合垂直流人工濕地的優(yōu)越性，探討采用復(fù)合垂直流人工濕地來對(duì)引黃水廠原水進(jìn)行預(yù)處理的可行性，具有重要意義。2、人工濕地2.1、人工濕地的定義人工濕地(CW)是在自然濕地降解污水的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的污水處理

4、生態(tài)工程技術(shù)，是一種由人工建造和監(jiān)督控制的，人為地將土壤、沙、石等材料按一定比例組成基質(zhì)，并栽種經(jīng)過選擇的耐污植物，培育多種微生物，組成類似于自然濕地的新型污水凈化系統(tǒng)[1,2]。CW是通過基質(zhì)的吸附、過濾，植物的吸收、固定、轉(zhuǎn)化、代謝及基質(zhì)中微生物的分解、利用、異化等過程綜合作用，而實(shí)現(xiàn)其凈化效果的。它不僅能有效地去除污水中的懸浮物、有機(jī)污染物、氮、磷等；而且能有效去除病原微生物、重金屬、藻毒素等外源生物活性物質(zhì)。經(jīng)CW處理的城鎮(zhèn)綜合污水可達(dá)到二級(jí)乃至一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；受污染的劣Ⅴ類地表水可達(dá)到Ⅱ～Ⅳ類，有時(shí)可以達(dá)到飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。它適用面廣，除處理城鎮(zhèn)生活污水外，還能廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、

5、食品、礦山等工農(nóng)業(yè)廢水的處理[1,3-5]。與傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)相比，人工濕地具有建設(shè)運(yùn)行成本低，耗能少，出水水質(zhì)好，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)，有較強(qiáng)的氮、磷去除能力以及生態(tài)環(huán)境效益顯著并兼具優(yōu)良的景觀效果，實(shí)現(xiàn)廢水資源化等特點(diǎn)[6,7]。因此，近年來人工濕地在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用越來越廣泛。2.2、人工濕地的分類人工濕地按照其系統(tǒng)內(nèi)的水生植物的不同，可分為：浮水植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng)[8,9]。根據(jù)人工濕地系統(tǒng)的水流形式可將其分為：表面流濕地(SurfaceFlowWetland,SFW)、潛流濕地(SubsurfaceFlowWetland,SSFW)兩類[10-13]。2.

6、2.1、表面流濕地SFW與自然濕地很相似，污水以較慢的速度流過，但表面流人工濕地是人為設(shè)計(jì)、監(jiān)督管理的濕地系統(tǒng)，去污效果優(yōu)于自然濕地系統(tǒng)。其中的絕大部分有機(jī)物的去除是由水生植物和基質(zhì)中的微生物群落來完成的。SFW中的氧主要是來源于水面擴(kuò)散、植物根系的傳輸和水中藻類的光合作用。它的優(yōu)點(diǎn)是投資少、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低。但其缺點(diǎn)是負(fù)荷小、處理效果差，且系統(tǒng)的運(yùn)行受氣候影響較大，冬季寒冷地區(qū)表層容易結(jié)冰，夏季有滋生蚊蠅產(chǎn)生臭味等現(xiàn)象。2.2.2、潛流濕地SSFW中的污水在介質(zhì)間滲流，水面低于介質(zhì)表面，因此呈潛流狀態(tài)。在潛流狀態(tài)下，可以充分利用填料表面和植物根系上的生物膜更有效地處理廢水。由于水流一直

7、在濕地內(nèi)部流動(dòng)，避免了表面流濕地中的惡臭和蚊蠅的滋生；潛流型人工濕地的作用位點(diǎn)多、微生物豐富、溫度波動(dòng)小、負(fù)荷較大、耐沖擊、占地面積小、處理污水效率高；由于水在地表下流動(dòng)，保溫性能好，處理效果受氣溫影響較小。其缺點(diǎn)主要是控制相對(duì)復(fù)雜，投資和運(yùn)行費(fèi)用相比表面流人工濕地較高。SSFW又可分為水平流(HorizontalFlow)和垂直流(VerticalFlow)兩種。所謂水平流就是污水從一端進(jìn)入濕地，以水平流動(dòng)