人工湿地课件

人工湿地
2008年3月
一.人工湿地的概况
1. 湿地 (Wetland)：是水域和陆地相交错而成的一类独特 的生态系统类型，是自然界最富生物多样性的生态景观 和人类最重要的生存环境之一。 2. 中国是世界上湿地生物多样性最丰富的国家之一，按照 湿地公约对湿地类型的划分，31类天然湿地和9类人工 湿地在中国均有分布，共拥有湿地面积6594万公顷(不 包括江河、池塘等)，约占世界湿地面积的10%。
• 低温的影响
湿地系统中植物与微生物的生长及生理 与生化活性不可避免地受到温度季节性变 化影响，使得一些寒冷地区的人工湿地冬 季运行受到限制。 2. 潜流湿地系统水面在地下,受冷空气影响 要小于其他两种湿也比高温季节高, 利于微生物降解有机污染物。而且冬季不 溶性有机污染物易于絮凝，有利于被基质 过滤作用去除。 4. 冬季对N 的去除能力有所降低,N的氨化、 硝化与反硝化均受温度影响，因此冬季N 的去除效果成了湿地大小规模、水力停留 时间等的决定因素。冬季N 的净化过程也 许与温度有直接关系,也许取决于植物或 氧的传输。
• 人工污水处理湿地水布图
• 人工污水处理湿地水流组织方式
平行水由唯一的进水口（可能是多个并行的进水口）进入湿地系 统。进入系统的水横向、纵向或者斜向流动，但大多数还是横向流动， 然后由给水管收集，排出湿地系统。 垂直流水流入湿地的地表管道均匀布水下来，然后通过管道收集， 排出系统。这种形式目前使用较少。
• 2.水生植物
适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物。 人工湿地中水生植物不仅具有较强的营养物 质吸附富集功能，而且还能与其周围环境的各种 原生动物、微生物形成各种小环境，如将氧气传 送至植物根区，为微生物的吸附和代谢提供良好 的生化环境，形成特殊的根际微生态环境，这一 微生态小环境具有典型的活性生物膜的功能，具 备很强的净化废水的能力，对多种污染物有很强 的吸收、分解、富集能力.
• 人工湿地的运行方式可根据其处理规模的大小, 进行多种方式的组合, 一般有单一式、并联式、 串联式和综合式等。此外, 人工湿地还可与氧化 塘系统串联组合，如图所示：
a.单一式；b.串联式；c.并列式；d.综合式
人工湿地处理系统的优点
人工湿地污水处理系统是一种集环境效益、经济效益 及社会效益于一体的污水处理方式，具有建造成本低、运 行成本低、出水水质好、操作简单等优点，同时如果选择 合适的植物品种还有美化环境的作用，是一种适合我国国 情的一项污水处理新兴工艺，尤其适用于解决广大农村地 区、中小城镇地区的水质问题（人工污水处理湿地适合于 处理水量不大、水质变化不很大，管理水平不很高的城镇 污水），因而有着广阔的应用前景。
成都目前最大的人工湿地—
凤凰河人工湿地
2006年建成。凤凰河二沟生态治污工程项目日处理污 水能力2万吨，每天为沙河注入2万方清洁的水。 5平方 公里。
现在水质又变污染，原因：上游污水太多，人工湿地超负荷 。污水直接排 入 河水又黑又臭 ，黉门堰：河岸已成垃圾场 ，陆家老沟：工业污水直排入 河 。治理思路 ：将上游污水收集到下游的污水管网中 。
人工湿地的优、缺点
优点

建造费用相对低廉，建设投资少； 很低的能源消耗，运行和维护成本低、简便； 工艺简单不需要复杂的操作； 对N和P去除效果很好 能有效的和景观相结合，用生态技术处理污水 防治污染 的同时建造了一片绿洲； 本身就具有景观效应，易于被大众所接受。
缺点
在
占地较大（相对传统活性污泥法） 。
人工湿地净化效率分析及技 术性能改进
目前人们对人工湿地净化过程的了解 多基于“黑箱”理论,而对于污水在湿地系 统的净化过程了解不多,因此导致了人们在 建造人工湿地时主要借助于经验,从而造成 了各地人工湿地净化效率差异很大。
• 水流动力学
1. 植物的存在一方面能吸收污染物,促进微 生物活性,加强净化能力; 2. 根系降低了空隙度，减少了长期停留于湿 地系统的水量，不利于污染净化。因此, 在植物的选择上应考虑以上问题,选择恰 当的植物。 3. 须根系较根状茎与地下茎疏导水流效果好， 因为根状茎与地下茎可能堵塞空隙造成水 流局部断路。
• 人工湿地污水处理技术的发展经历了两个主要阶段: 第一阶段是在20世纪70 年代,那时的人工湿地处理系 统大多利用原有的天然湿地,即保持了天然湿地的原有结 构而以泥沼的形式存在,而且常将湿地系统与氧化塘处理 结合起来以提高氧化塘系统的处理效果;
第二阶段是在20世纪80 年代以后,人工湿地发展为由 人工建造的、以不同粒径的砾石和豆石为填料基质的、并 种植有一定去污能力的植物处理系统,从此进入了规模性 的应用阶段。美国、德国、英国、法国、丹麦、奥地利、 比利时、卢森堡及荷兰等国家都建立了人工湿地污水处理 系统,主要用于小城镇的污水处理。90年代以来,国外人工 湿地污水处理得到极快的发展,已应作为生态系统中的一 员。 • 近十年来，人工湿地在各国发展迅速，不仅成为中小城镇 的重要污水处理措施，而且也成为雨水处理、工业废水处 理、农田面源污染水处理的重要技术。我国在“七五”期 间开展人工湿地的研究，分别在北京昌平、深圳白泥坑、 天津等地建成不同处理规模的人工湿地处理工程，现在己 发展到实际应用阶段。
• 5.在基质表面上下流动的水。
• 其中人工基质、水生植物和微生物是人工湿地的主要组成 部分。同时他们互相影响，互为因果，形成一个系统。 • 废水可以在人工基质缝隙中流动或在床体的表面流动，并 在床的表面种植具有污水处理机能好、成活率高、抗水性 能强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物。当 废水流经时，固体物被人工基质及植物根系阻拦截留，有 机质通过生物膜的吸附，同化及异化作用而得以去处。 • 因湿地植物根系对氧的传递释放，湿地床层及其周围的微 环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，有利于硝化、 反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用，达到除氮、磷 的效果，最后通过湿地基质的定期更换或植物收割使污染 物质最终从系统中去处。 • 一般的污水中不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用， 可以很快地被截留而被微生物利用；污水中可溶性有机物 则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程 被分解去处。
• 3.微生物 植物根区微生物是湿地降解有机污染物的主要生力军， 人工湿地中微生物的活动是废水中有机物降解的主要机制。 水生植物通过通气组织的运输，将氧气输送到根区，从而 形成根表及附近区域的氧化状态。在这一区域废水中的大 部分有机物质被好氧微生物分解成二氧化碳和水，有机氮 化物等则被硝化细菌硝化。而在湿地中的还原状态区域， 则是有机物被厌氧细菌分解发酵。而金属元素，植物根区 好氧微生物的活动有利于硝化作用，可以加强湿地对重金 属的吸附和富集作用。 • 4.无脊椎或脊椎动物：如鱼类、贝类和鸟类等。
3. 湿地生态具有多种功能，它不仅为人类社会提供了丰厚 的社会和经济效益，在调节气候、涵养水源、降解污染、 净化环境、维持生态平衡、保护生物多样性和珍稀物种 资源等方面均具有十分重要的作用被誉为地球之肾，生 物基因库和人类摇篮。
• 人工湿地(Constructed Wetlands)的定义： 美国著名的湿地研究、设计与管理专家Hammer等人 将人工湿地定义为: 一个为了人类的利用和利益, 通过模 拟自然湿地, 人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水 植物、动物和水体组成的复合体。 目前对人工湿地定义已经取得了基本一致的认识: 人工湿地是为了人类的利用和利益，通过模拟自然湿 地，人为设计、建造及监督控制的，由基质、植物、微生 物和水体组成的复合体，利用生态系统中基质一水生植 物一微生物的物理、化学和生物的三重协同作用来实现 对污水的高度净化。
• 随着对水体富营养化问题研究的深入，人们逐步 认识到水体富营养化控制是一个典型的生态问题， 生态问题只有用生态学方法解决。
• 用于生态恢复的有许多不同的自然生态处理系统， 有些是以土壤为基础，有些是水生植物处理系统。 这些自然生态系统主要是通过慢速处理、快速渗 滤、表面径流、人工湿地等对污水进行净化处理。
• “四低”：运行费用低；造价成本低；对操作人员要求低；系统维护 要求低。 • 对营养物质N、P具有明显的去处效果，有效地控制河湖水体的富营 养化。 • 防止二次污染：不产生污泥；不散发异味。 • 在高纬度地区冬季稳定运行，无堵塞，使用寿命长。 • 另外建造的人工湿地还可为众多野生动物提供栖息地和具有美学价值 等优点。
垂直湿地污水处理技术
人工湿地污水处理技术是模拟了天然湿地的结构，是由人工 建造、监督和控制的，它充分利用湿地系统净化污水能力的 特点，利用生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用， 通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解 来实现对污水的高效净化。
人工湿地工艺流程
人工湿地的类型
人工湿地按废水在湿地床中的不同流动方式， 即结构划分可以分为三类： 1. 潜流湿地(Subsurface Flow Wetland, SSFW) 2. 地表流湿地(Surface Flow Wetland, SFW) 3. 垂直流湿地(VerticalF lowW etland,V FW)。 目前国际上较多研究和应用的是潜流型或潜 流型与其他两种类型相结合的污水处理方式， 一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、 丰富的植物根系及表层土和填料截留等作用， 提高处理效果能力，另一方面由于水流在地表 下流动，保温性好，处理效果受气候影响较小， 且卫生条件较好。
人工湿地污水处理系统的污水概况
• 水体污染物来源
水体污染物按其种类和性质一般可分为:无机无 毒物、无机有毒物、有机无毒物和有机有毒物。 无机无毒物主要是指排入水体中的酸、碱及一 般无机盐和氮磷等植物营养物质。在所有水污染类型中， 尤以富营养化污染是目前比较普遍也比较严重的一类。 这在靠近大中城市的湖泊水体中更为明显，如昆明滇池， 杭州西湖等均有不同程度的富营养化。 而引起水体富营养化的植物性营养物质(氮、磷) 的去除，是水污染处理中的难点。水体中的氮磷来源很多， 其中有外源性负荷和内源性负荷。外源性的氮磷有面源 污染和点源污染:面源污染主要来源于农业，点源污染主 要来源于生活污水和工业废水。内源性负荷有沉积物中氮 和磷的释放、水生动植物新陈代谢分解等。