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表面流人工湿地净化污水的应用研究
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  • 英文题名:Study on Application of Surface Flow Constructed Wetland for Wastewater
  • 作者:田卫
  • 论文级别:硕士
  • 学科专业名称:环境科学
  • 学位年度:2004
  • 导师:董德明
  • 学科代码:083001
  • 学位授予单位:吉林大学
  • 论文提交日期:2004-05-01
摘要
采用人工湿地进行污水净化的研究与应用始于70年代未期,1996年在奥地利维也纳召开的第四届人工湿地国际研讨会标志着人工湿地系统作为一种独特新型废水处理技术正式进入水污染控制领域。目前它被应用于生活污水、工业废水、矿山及石油开采废水、农业点源和非点源以及水体富营养化的治理。西欧、北美等国家已建立了大量的人工湿地,但国内应用实例还很少,在处理城市污水方面目前仅有深圳沙田、山东胶南、辽宁沈阳3座人工湿地处理厂。
    人工湿地是个完整的生态系统,它是由水体、基质(由土壤、细沙、粗砂、砾石等构成)、水生植被(以芦苇、香蒲为主)和微生物四个基本组成要素构成的,能够利用基质微生物、植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的协同作用,通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化,实现废水的资源化与无害化,属于一种生态治理污水的方法。
    人工湿地污水处理系统分为:表面流人工湿地、潜流人工湿地、垂直流人工湿地3种类型。其中前两种在实际中均有应用的实例,而垂直流人工湿地尚无应用实例的报道,处于小试研究之中。
    根据我国目前已建成的人工湿地城市污水处理厂的实际情况,人工湿地对污染物去除效率是较高,其中表面流人工湿地系统主要污染物去除效率:COD为80%,BOD5为86%,SS为91%,TN为64%,TP为75%,主要污染物排放浓度符合国家污水二级排放标准要求。即从净化效果来看,人工湿地可与常规生物处理法相媲美,而其投资约为常规生物处理法的1/6~1/3,运行费用仅为其1/7~1/4,但人工湿地占地面积
    
    
    较大,约为常规二级生化污水处理厂面积的4~6倍。
    人工湿地处理技术适合我国国情,尤其适合广大农村、中小城市的污水处理以及非点源污染治理,特别是在干旱、半干旱及土地盐碱化地区适宜构建表面流人工湿地处理工业废水和城市污水;有可利用的池塘或闲地、且二级处理出水不能满足水环境要求的城市,可选用表面流人工湿地对城市污水处理厂符合一级或二级的出水进一步进行深度净化处理,再排放或作为景观用水等;对于湖泊周边的农田径流和农田退水等非点源的治理也应以表面流人工湿地为主。但潜流人工湿地比较适合于处理水量不大、较分散的污水,但其管理要求较高,。一般的小城镇和农村以及寒冷地区也不适宜建潜流人工湿地。表面流人工湿地占地面积大,因此,在土地价格高的城市或土地资源欠缺的地区是不宜单独采用表面流人工湿地处理工业污水或城市污水
    土地盐碱化是吉林省西部重大的生态环境问题之一,且西部经济欠发达,缺少资金治理污水,大量生活污水和工业废水没有得到有效治理,超标排放,使湖、塘、河流等水环境受到较大的污染。盐碱地的渗透系数较小,具有较好的隔污能力,且西部地广人稀,有很好的条件构建表面流人工湿地,这不仅可有效解决污水超标排放污染问题,而且也是西部污水资源化的有效途径,因此,建议吉林省西部各市、县可在盐碱地上构建表面流人工湿地处理城市污水和企业工业废水,污水冬季可存放于人工湿地、盐碱地或泡中,春季解冻后再进入人工湿地。处理后的出水可作为农田灌溉水,或水塘(泡)中作为景观用水,或排入盐碱地中,改善其生态环境。
    吉林省大部分河流流量以及环境容量较小,即使污水达标排放,也不能保证河流满足指定标准功能要求。如建有或正在建设污水处理
    
    
    厂的长春市、双阳区、四平市、延吉市、桦甸市、辽源市、通化市等,即使污水处理达标排放,其污水的受纳水体伊通河、双阳河、条子河、布尔哈通河、辉发河、东辽河、浑江等江河仍不能满足规定的地表水功能要求。由于中水处理的投资和运行费以及回用配套设施投资均较高,一般城市很难承受。因此,可构建表面流人工湿地,使污水处理厂出水得到深度净化处理后再排入河流或作为景观用水,这是解决河流水质不满足功能要求问题的有效途径之一。
    长春某厂表面流人工湿地面积为0.52hm2,其有机负荷为67kgBOD/ hm2.d,停留时间为0.58d,通过实测,主要污染物净化效率:SS约为65%,BOD5约为33%,COD约为29%,NH3-N约为12%。20℃时BOD的降解系数K20约为0.80d-,COD降解系数K20约为0.67d-。在寒冷的冬季,处理工业污水的表面流人工湿地系统是可以正常运行的,但去除效率有所下降。
    人工湿地是正在不断得到研究应用和发展的污水处理实用新技术,具有投资低,出水水质好、抗冲击力强、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,可作为常规的污水生物处理技术的一种有效替代方案,其完全不同于传统的氧化塘,且在污染物净化效率及应用前景方面优于好氧塘。
    但目前国内对人工湿地这项技术的研究应用尚处于起步阶段,有关工艺设计资料和应用实例还不多见,在北方还存在冬季气温低和植物枯萎等因素造成的处理能力减弱问题,尤其是表面流人工湿地处理系统所需占地面积很大,有待结合我国不同地区的具体情况,深入开展研究工作,取得适合于不同地区、不同环境气候条件及不同污水特性的实用数据,以促进人工湿地处理技术在我国适当地区的推广应用。
The study and application of wastewater treatment with constructed wetland started in the end of 1970s. The 4th international conference on constructed wetland in Vienna, Austria symbolized that as a kind of special new wastewater treatment technology, constructed wetlands started to enter the fields of water pollution and water control. By now, it was widely applied to treat municipal wastewater, industrial wastewater, mineral wastewater, oil exploit wastewater, non-point resource pollution and eutrophication treatment. Many of countries in west Europe and North America have constructed plenty of wetlands. However, applied engineering examples are lack of in China, only in Shenzhen, Guangdong province, Jiaonan, Shandong province, Shenyang, Liaoning province 3 constructed wetland wastewater treatment plant were built.
    As a complete ecosystem, constructed wetland is made of water, medium (soil, silver sand, coarse sand, gravel etc.), vegetation (reed, cattail) and microbe realize effective wastewater purification utilizing multi-ecosystem’s cooperation process of physical, chemical and biological through filtration, adsorption, deposition, ion exchange, vegetation assimilation and microorganism decomposition. It belongs to a kind of ecological technology of wastewater treatment.
    Constructed wetlands can be divided into 3 types, surface flow constructed wetland, subsurface flow constructed wetland, vertical flow constructed wetland. Among these 3 types, former 2 types both have engineering application, while vertical flow constructed wetland has no been reported on its application, still in pilot-scale study stage.
    The practical situation of wastewater treatment plant had been built in our country demonstrated that the pollutant removal efficiency of
    
    
    constructed wetland was high. The efficiency of surface flow constructed wetland is: COD (80%), BOD5 (86%), SS (91%), TN (64%), TP (75%). The concentration of effluent from constructed wetland can meet the second level standard. As for the purification effect, constructed wetland can be alternative to conventional biological treatment technology, but it is equivalent to 1/6~1/3 in invest, 1/7~1/4 in operation and maintenance of conventional biological treatment. However, constructed wetland needs large lands, about 4~6 times of conventional secondary biochemical treatment plant.
    Surface flow constructed wetland in the Changchun Carriage Factory occupied area 0.52hm2. Its organic load is 67kg BOD/ hm2.d and hydrological retention time (HRT) is 0.58d. Determination data demonstrated that treatment efficiency of main pollutants in this system is: SS (65%), BOD5 (33%), COD (29%), NH3-N (12%). In 20℃, the decomposition coefficient of BOD is 0.80d-1 and of COD is 0.67 d-1. The practice showed that even in cold winter, the system still is operational, but its efficiency drops down a little. The surface flow constructed wetland in the Changchun Carriage Factory derived from an aerobics pond, so it is not a typical example of industrial wastewater treatment through surface flow constructed wetland.
    Constructed wetland wastewater treatment technology is suitable to our country, especially in expansive village, small-middle scale city, adopting it to treat wastewater and non-point source pollution. In arid, semi-arid and salt-alkalization area, it is feasible to constructed wetland to treat industrial and municipal wastewater. This technology is adoptable in those cities where have useable land or pond, when the first or secondary effluent cannot meet water environmental require and need to be polished for landscape use. Non-point source pollution from runoff and effluent of
    
    
    farmland also should mainly adopt surface constructed wetland. Subsurface flow constructed wetland is feasible for small volume and disperse wastewater, at the same time it need strict management. General small town, village and cold climate area are not suitable to construct subsurface flow constructed wetland. Sole Surface constructed wetland shouldn’t be adopted to treat indus
引文
[1] 汪纪戎. 加快环境基础设施建设,努力实现“十五”城市环境保护目标. 环境工作通讯,2002年,第十一期,7-12
    [2] 国家环境保护总局.中国环境状况公报(2001)[J].环境工作通讯,2002年,第七期,5-8
    [3] 清华大学环境科学与工程系. 滇池流域面源污染控制技术研究[M],2000,1-15
    [4] 汤承彬,施甘霖. 滇池水源地农田径流污染防治工程研究[J].云南环境科学,1997(2):3-9
    [5] 陈宜瑜、吕宪国.湿地功能与湿地科学的研究方向[J].湿地科学,2004,1(1):7-10
    [6] 梁威,吴振斌.人工湿地对污水中氮磷的去除机制研究进展[J].环境科学动态,2000:32-37
    [7] 夏汉平.人工湿地处理污水机理与效率[J].生态学杂志,2002. 21(4):51-59.
    [8] Jos T.A. Verhoeven et al. Wetlands for wastewater treatment:
    Opportunities and limitations.[J]. Ecological Engineering. 1999,12:5-12.
    [9] Yonika D. et al., Wetland disposal of waster treatment plant effluent. Interdiscip. Environment planning Ino. Wetland Mass, 1978.
    [10] 杜中典等. 污水人工湿地系统中有机物积累规律与堵塞机制的研究进展. 农业环境保护. 2002,21(5):474-476.)
    [11] 诸惠昌等. 新型废水处理工艺—人工湿地的设计方法.[J]环境科学.1993.14(2):39-43
    [12] 胡康萍等. 人工湿地污水处理系统初步研究[J]. 上海环境科学. 1991. 10(9):41-44
    [13] Miklas Scholz et al., Performance comparison of experimental constructed wetlands with different filter media and macrophytes treating industrial wastewater contaminated with lead and copper[J]. Bioresource Technology
    
    
    2002 .83:71-79
    [14] Hammer, D.A. Constructed wetlands for wastewater treatment [M]. —Municipal, Industrial and Agricultural.:Lewis Publishers Inc.1989.5-20.
    [15] Kadlec, H.R et al., Treatment Wetlands. [M]. FL: Lewis Publishers. 1996.
    [16] Srinivasan, N. et al., Improvement of domestic wastewater quality by subsurface flow constructed wetlands [J]. Bioresource Technol. 2000.75(1):19-25.
    [17] Adcock, P. et al., Reed beds take on industrial waste. [J]. Water. 1999. 21(4):50-52.
    [18]. Li Xianfa et al., Constructed wetland systems for wastewater pollution control in north China [J]. Wat. Sci. Tech. 1995. (32):349-356.
    [19] Cooper, P. F et al., Reed Beds and Constructed Wetlands for Wastewater Treatment. WRcplc, Swindon, UK. 1996.15-16.
    [20] Anne L.Simi et al., Design and hydraulic performance of a constructed wetland treating oil refinery wastewater [J]. Wat. Sci. Tech.1999, 40(3):301-307.
    [21] 籍国东等. 自由表面流人工湿地处理超稠油废水[J].环境科学. 2001.22(4):95-99.
    [22] B.C.Braskerud et al., Factors affecting nitrogen retention in small constructed wetlands treating agricultural non-point source pollution [J],Ecological Engineering, 2002.18:351-370.
    [23] Ying-Feng Lin et al. Nutrient removal from aquaculture wastewater using a constructed wetlands system[J], Aquaculture. 2002. 209:169-184.
    [24] 李现武. 湿地—湖泊富营养化治理的首选.中国环境报。2004-1-15.
    [25] 沈耀良等.新型废水处理技术—人工湿地[J]. 污染防治技术.1996,9(1):1-8.
    [26] 高拯民、李宪法等.城市污水土地处理利用手册[M]。北京:中国标准出版社,1991,225-236。
    [27] VerhoevenJTA,Meuleman AFM.1999.Wetlands for wastewater treatment: Opportunities and linitations. Ecological Engineering,12:5~12
    [28] 宁远、沈承珠等译. 河流保护与管理[M]。北京:中国科学出版社。
    
    
    1997.191-202
    [29] 丁疆华、舒强. 人工湿地在处理污水中的应用[J].农业环境保护,2000,19(5):320
    [30] 张毅敏,张永春.利用人工湿地治理太湖流域小城镇生活污水可行性探讨[J].农业环境保护,1998,17(5):232-234.
    [31] 俞孔坚,李迪华.湿地及其在高科技园区中的营造[J].中国园林,2001,2:26-28.
    [32] 籍国东,孙铁珩.人工湿地及其在工业废水处理中的应用[J].应用生态学报,2002,13(2):224-228.
    [33] 梁继东,周启星.人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析[J].生态学杂志,2003,22(2):49-55.
    [34] 张容社,周琪等.自由表面人工湿地脱氮效果中试研究[J],环境污染治理技术与设备.2002,3(12):9-11.
    [35] 胡国光,曹向东.深圳市沙田人工湿地污水处理厂简介[J].给水排水,2003,29(8):30-31.
    [36] 迟延智,陈风伦.人工湿地处理污水的实践[J]. 中国给水排水,2003,19(4):82-83.
    [37] 刘成.东北第一座人工湿地污水生态处理厂进行调试[J]. 给水排水,2004,30(1):111.
    [38] 黄时达,王庆安.从成都活水公园看人工湿地系统处理工艺[J].四川环境,2000,19(2):8-12.
    [39] 张虎成,田卫等.人工湿地生态系统污水净化研究进展[J],环境污染治理技术与设备.2004,5(2):11-15.
    [40] Lee M. Luckeydoo et al., Early development of vascular vegetation of constructed wetlands in northwest Ohio receiving agricultural waters [J]. Agriculture, Ecosystems and Environment 2002. 88: 89-94.
    [41] 吴振斌等. 垂直流人工湿地水文学特点对污水净化效果的影响[J]. 环境科学. 2001. 22(5):45-49.
    [42] 付贵萍等. 垂直流人工湿地系统中水流规律的研究[J]. 环境科学学报. 2001.
    
    
    21(6):720-725.
    [43] 国家林业局等.中国湿地保护行动计划(M).1-2.北京:国家林业出版社,2000.
    [44] 吴振斌等. 垂直流人工湿地的设计及净化功能初探.[J].应用生态学报.2002.13:715-718.
    [45] Reed, Subsurface Flow Constructed Wetlands for Wastewater Treatment—a Technology Assessment, The United States Environmental Protection Agency, EPA 832-R-93-008. 1993.
    [46] Green M et al., Enhancing nitrification in vertical flow constructed wetland utilizing a passive air pump. [J]. Water Research. 1998. 32(12): 3513-3520.
    [47] 潘响亮.英台油田采油废水综合生物处理系统模拟研究.中国科学院东北地理与农业生态研究所博士论文.2003,28-29.
    [48] 沈耀良,王宝贞.人工湿地系统的除污机理[J].江苏环境科技,1997,3:1-6.
    [49] 曹向东等. 强化塘—人工湿地复合生态塘系统中氮和磷的去除规律 [J]. 环境科学研究. 2000. 13(2):15-19
    [50] 余淦申.生物接触氧化处理废水技术[M],85.北京:中国环境科学出版社,1992.
    [51] 刘凌,李大勇等.有机污染物湿地生物降解实验规律研究[J].环境污染治理技术与设备.2002,3(2),1-6.
    [52] 白晓慧,王宝贞.人工湿地污水处理技术及发展应用[J].哈尔滨建筑大学学报,1999,32(6):88-91.
    [53] 孙振世.我国城市污水处理厂运行状况及加强监管对策[J].中国环境管理.2003,22(5):1-2.
    [54] 国家城市给水排水工程技术研究中心.中国城市污水处理现状及规划[J].中国环保产业.2003,1:32-35.
    [55] 王琳,王宝贞.我国城市污水处理的有效措施[J].城市环境与城市生态,2001,14(1):50-52.
    [56] 崔风山.关于运用人工湿地处理城市污水的思考[J].环境导报,2003,3:40
    
    [56] 北京市市政设计院主编.给排水设计手册第五册城市排水[M]。287-291.北京:中国建筑工业出版社1986.
    [57] 李穗中编著.氧化塘污水处理技术[M]。1-3,19-21,31-36,48-54.中国环境科学出版社,1992。
    [58] 白晓慧,王宝贞.稳定塘系统与城镇污水资源化[J].西北水资源与水工程,1998,9(2):20~23.
    [59] 哈尔滨建筑工程学院主编.排水工程(下册)[M],8.北京:中国建筑工业出版社,1987。
    [60] 王宝贞.水污染控制工程[M],25~26.北京:高等教育出版社,1990.
    [61] 国家环境保护局科技标准司编著.城市污水处理及污染防治技术指南[M].270~271,274~282.北京:中国环境科学出版社,2001.
    [62] Martin C.D. et al., Nutrient reduction in an in-series constructed wetland system treating landfill leachate [J].Water Science and Technology,1994,29(4):267-272.
    [63] 国家环境保护局科技标准司编著.城市污水土地处理技术指南[M].9~10,北京:中国环境科学出版社,1997.
    [64] 国家环境保护局有毒化学品管理办公室,化工部北京化工研究院环保所.化学品毒性法规环境数据手册[M].526~528.中国环境科学出版社,1992.
    [65] 王宏,叶常明.天然水中有机污染物的生物降解模拟实验方法[J].环境化学,1994,13(3):229-232.
    [66] 白效明.吉林省生态环境级生态省建设的研究[M].12~15,51~56.长春:吉林大学出版社,2000.
    [67] 田卫,俞穆清.吉林省主要河流指定标准功能可达性分析[J]. 中国环境科学,1998,18(2):180~183.
    [68] 田卫,俞穆清.长春市水污染物“一控双达标”的对策与建议[J].东北师大学报,2000,11(专辑):57~61.
    [69] 王宏.二龙山水库水环境保护研究[J].地理科学,2004,24(1):122~126.
    [70] 朱颜明,黎劲松. 城市饮用水地表水源非点源污染研究[J].城市环境与城市生态,2000,13(4):1~4.

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