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人工濕地生態(tài)系統(tǒng)在廢水處理中的功能與應(yīng)用

2008-05-27 09:04    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人口數(shù)量的劇增,各種污染也相應(yīng)增加。其中水污染(工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)面源污水)最為嚴(yán)重,據(jù)有關(guān)資料顯示,我國已有85%的江河湖泊受到不同程度的污染,僅1994年全國城市廢水排放量高達(dá)360億噸,其中80%廢水未經(jīng)處理直接排入江河湖泊。進(jìn)入21世紀(jì)以來,人們更注重生活質(zhì)量的提高,無論是政府還是個(gè)人都認(rèn)識(shí)到水污染問題的嚴(yán)重性,這就需要找到一條解決該問題的有效途徑。

  一、人工濕地在廢水處理中的應(yīng)用

  人工濕地是近三十年來發(fā)展起來的一種廢水處理新技術(shù)。1974年,自前西德首先建造人工濕地以來,該技術(shù)在美國、加拿大及歐洲一些發(fā)達(dá)國家得到迅速發(fā)展。我國人工濕地的研究起步較晚,于1990年7月在深圳建起我國第一個(gè)人工濕地污水處理工程白泥坑人工濕地污水處理系統(tǒng)。

  目前,可以利用人工濕地處理各種類型的廢水,例如日常生活污水、采礦廢水、農(nóng)業(yè)污水、垃圾滲出液、富營養(yǎng)水體。而人工濕地之所以被廣泛地應(yīng)用于廢水處理,主要有三個(gè)原因:

 。1)它能夠利用基質(zhì)-微生物一植物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用,通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、微生物同化分解和植物吸收等途徑去除廢水中的懸浮物、有機(jī)物、氮、磷和重金屬等,來實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的高效凈化,同時(shí)通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán),促進(jìn)綠色植物生長并使其增產(chǎn),實(shí)現(xiàn)廢水的資源化與無害化。

 。2)它具有投資低(150~800元/噸)、耗能少、操作簡單、運(yùn)行成本低廉(0.1~0.2元/噸)的特點(diǎn),因此有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

 。3)它作為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng),能維持生物多樣性及構(gòu)成景觀的一部分,在去除污染物的同時(shí),具有美化環(huán)境的功能,因此有較高的生態(tài)效益。

  二、濕地的定義與人工濕地的構(gòu)建

  由于濕地種類繁多、分布廣泛,而且不同濕地之間差異也較大,因此很難給濕地下一個(gè)明確的定義。1994年的《中國濕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》會(huì)議上對(duì)濕地的解釋是:處于陸地與水域的交匯處,水位接近或處于地表面,或有淺層積水,一般以低水位時(shí)水深2米處為界,并具有以下特征:(1)至少周期性的以水生、濕生植物為植物優(yōu)勢(shì)種;(2)低層土主要是濕生土壤;(3)在每年的生長季節(jié)底層土被水淹沒4個(gè)月以上。

  人工濕地是把選定的填料(如沙礫)按一定的坡度填在一定長寬比及底面坡降的淺池內(nèi)或低洼地中,在填料表層土壤中種植一些處理性能好、成活率高、生長周期長、根系發(fā)達(dá)、美觀及具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生植物(如水葫蘆、菹草、蘆葦?shù)龋,?gòu)成一個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)。

  三、人工濕地的類型

  在廢水處理中,主要應(yīng)用兩種類型,即表層流人工濕地(廢水水平流動(dòng),通過濕地而沉淀)和滲漏人工濕地(廢水垂直流入,經(jīng)滲透沉積后排水去除),它們具有不同的作用,可以根據(jù)需要選擇。

  目前,美國、澳大利亞、日本、英國、荷蘭、德國等國家已廣泛應(yīng)用表層流人工濕地來處理廢水。廢水從它表面流過,一般有一個(gè)或幾個(gè)填料床組成,床底填有基質(zhì),并有防漏層來阻止廢水滲入地下而污染地下水,在系統(tǒng)中種植一些水生植物如水葫蘆、蘆葦、菹草等,廢水經(jīng)常同表層水流相混合,在濕地內(nèi)流動(dòng),持續(xù)時(shí)間一般為10天左右。這種類型的濕地,對(duì)生化需氧量(BOD)、化學(xué)需氧量(COD)、懸浮物等指標(biāo)的去除率高于滲漏人工濕地。滲漏人工濕地使污水從濕地表面縱向流入填料床的底部,床體處于不飽和狀態(tài),氧可通過大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)。垂直潛流人工濕地的硝化能力高于水平潛流濕地,可用于處理氨氮含量較高的污水,但其缺點(diǎn)是對(duì)有機(jī)物的去除能力不如表層流人工濕地。

  四、人工濕地處理廢水的效果

  隨著研究的發(fā)展,對(duì)濕地去污能力的研究不再停留在定性上,而是更注重定量的研究。其中一個(gè)反映濕地去污能力的重要數(shù)據(jù)庫是NADB(NorthAmericanDataBase),它是通過對(duì)100多個(gè)廢水處理型濕地的調(diào)查研究而建立(Knightetal.,1992)。該數(shù)據(jù)庫說明濕地對(duì)BOD、COD的去除率可達(dá)80~90%,但對(duì)氮、磷的去除率相對(duì)較低,而且變化也較大,一般在50%左右。J.T.A.Verhoeven和A.F.M.Meuleman(1999)通過對(duì)滲漏濕地十年的研究,也得出了反應(yīng)濕地去污能力的一些數(shù)據(jù)。從實(shí)踐的角度來說,人工濕地的去污能力會(huì)更強(qiáng)。因?yàn)樗鼈兊哪康男愿鞔_,而且可在最大程度上受人為控制。在歐洲和美國,凡是投入運(yùn)行并達(dá)到成熟的人工濕地,基本上都能達(dá)到尾水排放標(biāo)準(zhǔn)。

  五、前景展望與實(shí)踐應(yīng)用

  從人工濕地成功的應(yīng)用實(shí)例可以看出,它是一種正在得到不斷研究、應(yīng)用的廢水處理技術(shù)。盡管運(yùn)用人工濕地來處理工業(yè)廢水、日常生活污水、農(nóng)業(yè)廢水等方面的研究已有三四十年的歷史,但是迄今為止應(yīng)用人工濕地處理養(yǎng)殖廢水的研究卻只有510年的時(shí)間,而且具體的研究事例也尚未多見。因此,我們通過構(gòu)建人工濕地來凈化這些富營養(yǎng)水體,并要進(jìn)行長期的實(shí)驗(yàn)來說明濕地的去污能力。

延伸閱讀:人工 濕地 生態(tài)
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