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、機械工業(yè)第六設(shè)計研究院，鄭州，450007；2、鄭州市自來水投資控股有限公司，鄭州，450013；3、中國科學(xué)院水生生物研究所淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點實驗室，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。簡述了人工濕地處理受污染黃河水的研究進展。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

2、地凈化受污染黃河水的可行性。關(guān)鍵詞：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)在德國由于其基建投資低、運行費用少、出水水質(zhì)好、維護管理簡單等明顯的優(yōu)點,該技術(shù)被迅速推廣到世界各地，在美國、澳大利亞、歐洲、日本及一些非洲國家均有應(yīng)用。我國在“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)盟國際合作項目(合同號ERBIC

3、18CT960059)中提出的[14]。復(fù)合垂直流人工濕地對污染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和硝化反應(yīng)的進行，因此對氮、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引黃水廠原水進行預(yù)處理的可行性，具有重要意義。

4、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)綜合污水可達到二級乃至一級標(biāo)準(zhǔn)；受

5、污染的劣Ⅴ類地表水可達到Ⅱ～Ⅳ類，有時可以達到飲用水水源水質(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)、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)運行成本低，耗能少，出水水質(zhì)好，運行維護簡單，對負(fù)荷變化適應(yīng)性強，有較強的氮、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，實現(xiàn)廢水資源化等特點[6,7]。因此，近年來人工濕地在國內(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

6、可將其分為：表面流濕地(SurfaceFlowWetland,SFW)、潛流濕地(SubsurfaceFlowWetland,SSFW)兩類[10-13]。2.2.1、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、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散、植物根系的傳輸和水中藻類的光合作用。它的優(yōu)點是投資少、操作簡單、運行費用低。但其缺點是負(fù)荷小、處理效果差，且系統(tǒng)的運行受氣候影響較大，冬季寒冷地區(qū)表層容易結(jié)冰，夏季有

7、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。由于水流一直在濕地內(nèi)部流動，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多、微生物豐富、溫度波動小、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，保溫性能好，處理效果受氣溫影響較小。其缺點主要是控制相對復(fù)雜，投資和運行費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

8、平流就是污水從一端進入濕地，以水平流動