人工湿地工艺研究现状及影响因素分析.pdf
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1、41领域人工湿地工艺研究现状及影响因素分析梅艺锋 李楠 广东省环境科学研究院 Research Status and Influencing Factors Analysis of Artificial Wetland TechnologyMe i Y i-f e n g L i N a n 植物(大型植物)、基质或介质、废水和微生物群落组成。通过模仿自然湿地的生态功能,人工湿地为环境治理提供了可持续且环保的解决方案。1 研究现状根据水力水平的不同,人工湿地可分为自由表面流(FSF)、地下流(SSF)、潮汐流和挡板流人工湿地。自由表面流人工湿地指的是介质顶部表面上方的水流,然而由于其对环境产生
2、的负面影响,通常不推荐使用。首选的方案是地下流人工湿地,其中废水在人工湿地顶部以下1015 cm处流动。地下流可通过两种方式实现:垂直地下水流(VFCW)和水平地下水流(HFCW)。潮汐流人工湿地是一种改进的系统,结合了植被、微生物固定膜以及创新的填充和排水潮汐循环,以增强好氧和缺氧处理过程。挡板流人工湿地利用挡板以正弦曲线方式引导水流,增加微生物与废水之间的接触时间。为了提高整体效率,混合人工湿地充分利用了 VFCW 和 HFCW 的优势,实现了更高水平的处理效果,并能产生生化需氧量和氮含量非常低的废水。人工湿地是一种有效处理废水的方法,但其所需占地面积会受到气候和废水特性的影响。研究表明,
3、相比于水平地下水流(HFCW),垂直地下水流(VFCW)可以更小面积地实现更高的氧气传输效率。人工湿地床由介质和植物组成,在污染物去除中起着至关重要的作用。介质提供了微生物形成生物膜所需的大表面积,从而通过吸附和过滤等过程去除污摘要:人工湿地目 前已成为一种经济高效、可 持续的污水处理方法。本文主要探讨人工湿地处理性能受到设计过程 中 人工曝 气、设计和流态、污水再循环、基质介质、植被以及C/N比等因素的影响,这些因素对于有效去除有机物有 至关重要的作用,经过不断改进可 显著提升 人工湿地的性能。关键词:人工湿地;影响因素;优缺点分析A b s t r a c t:After years of
4、 improvement,constructed wetlands have become a cost-effective and sustainable method of wastewater treatment.The purpose of this paper is to explore the impact of constructed wetland treatment performance by factors such as artificial aeration,design and flow regime,sewage recirculation,substrate m
5、edium,vegetation,and C/N ratio during the design process.These factors are crucial to achieve effective removal of organic matter,and with the continuous improvement of design and process methods,the performance of constructed wetlands has been significantly improved.K e y w o r d s:artificial wetla
6、nds;influencing factors;advantages and disadvantages analysis湿地是一种永久或周期性被水浸透的区域,作为一种具有成本效益和能源效率的解决方案,人工湿地为污水处理提供了可持续的绿色技术。人工湿地在去除废水中的有机物、病原体、重金属和其他污染物方面表现出卓越的效果。典型的人工湿地系统由湿地42领域染物。此外,人工湿地中的大型植物有助于去除养分(如氮和磷)和污染物,促进根际环境多样性,增强微生物和化学过程。人 工 湿 地 已 被 证 明 在 去 除 生 化 需 氧 量(85%90%)和总悬浮固体(90%95%)方面非常有效。然而,充足的氧气
7、供应对于适当的硝化作用至关重要,在改进人工湿地中的硝化-反硝化方面已取得了一定进展。然而,除磷对人工湿地仍然是一个挑战,限制了其在处理富磷废水方面的应用。此外,人工湿地在土地利用要求和处理高强度和有毒废水方面面临一定的限制。2 影响因素分析2.1 间歇曝气/人工曝气在有氧条件下,硝化作用需要消耗 4.5 kg 氧气才能去除 1 kg 氮,而去除 1 kg BOD5只需要1.2 kg 氧气。进一步观察发现,当废水中的溶解氧(DO)水平高于1.5 mg/L 时,硝化作用会发生,而当 DO 低于 0.5 mg/L 时,高效反硝化作用会发生。然而,要维持这些条件对自然环境来说具有挑战性,需要使用人工曝
8、气来提供氧气。相较于其他系统,垂直地下水流(VFCW)需要较少的人工曝气,因为约 50%的所需氧气可以从大气中获得。此外,VFCW 中 DO 的分布在顶部的0 10 cm 深度显示出最高浓度,随着深度增加逐渐降低。大部分氧气消耗用于去除 BOD5,这主要发生在距顶部 10 40 cm 的位置。相比之下,硝化作用主要发生在该深度以下,因此氧气供应相对有限。在人工湿地中,植物起着将氧气从大气中转移到根际根系的作用。然而,大约一半的氧气被植物用于呼吸作用。人工湿地中植物的氧气释放率在 0.014 10 g/m2/d 之间,这不足以有效去除 BOD 和养分。在没有曝气的地下流人工湿地(SSF-CW)中
9、,平均溶解氧(DO)浓度约为 0.24 mg/L,这不足以支持硝化作用的进行。为了提高人工湿地中的 DO 浓度,采用了各种技术,例如混合人工湿地(结合 VFCW 和 HFCW)、流出物分步进料、喷嘴法和分批操作。人工湿地中一种经济高效的曝气方法是使用带有穿孔的垂直管。这些管道将外部大气与人工湿地内部床相连,促进硝化作用的进行。因此,每天进行 4 6 h 的间歇曝气不仅可以降低曝气成本,还可以提高人工湿地在脱氮和有机物去除方面的处理效率。2.2 基质基质是指人工湿地中使用的过滤介质。这些过滤介质在过滤、吸附和吸收等物理过程中起着至关重要的作用。人工湿地的性能受基质类型、大小、形状、孔隙空间、化学
10、成分和渗透性等因素的影响。人工湿地不仅能有效去除可生物降解的废物,还能有效处理磷和重金属等不可生物降解的污染物。人工湿地中常用的基质材料包括土壤、沙子、砾石、碎石和其他天然材料。虽然这些材料能有效去除可生物降解的有机物,但对于重金属的去除效果有限。此外,这些过滤介质为微生物的生长提供了较大的表面积,促进了有机废物的生物降解过程。如果没有采用适当的介质,极易发生堵塞等现象。堵塞会导致在人工湿地中形成死区,使得大量水绕过滤床而导致整体效率降低。堵塞程度主要取决于介质的孔隙率和时间。随着时间的推移,由于芦苇和生物膜的发展,堵塞的程度会减少。在初始设置阶段,观察到粗砾石、橡胶和塑料介质的孔隙率相比于砾
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