人工湿地介绍与设计荟萃材料.ppt

人工湿地技术介绍人工湿地技术介绍1专业内容 “湿地”一词源自英文wetland，是包括天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，包括或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体的水域，一般指低潮时水深不超过6米的水域——摘自1971年湿地公约湿地的定义湿地的定义2专业内容湿地的类型湿地的类型从人类干扰的角度从人类干扰的角度自然湿地自然湿地人工湿地人工湿地从水分含盐量的角度从水分含盐量的角度淡水湿地淡水湿地半咸水湿地半咸水湿地咸水湿地咸水湿地从从系统的系统的分类角度分类角度沼泽湿地沼泽湿地湖泊湿地湖泊湿地河流湿地河流湿地浅海滩涂湿地浅海滩涂湿地人工人工湿地湿地3专业内容全球湿地概况占地球陆地面积的占地球陆地面积的6％，其中％，其中湖泊占湖泊占2％％藓类沼泽占藓类沼泽占30％％草本沼泽占草本沼泽占26％％森林沼泽占森林沼泽占20％％洪泛平原占洪泛平原占15％％世界红树林的面积约世界红树林的面积约24 万万km2，珊瑚礁约，珊瑚礁约60万万km24专业内容湿地构成湿地构成n n绝大多数人工湿地由五部分构成：n n①基质，具有透水性，如土壤、砂、砾石；n n②水体（在基质表面上或下流动的水）；n n③植物，适于在饱和水和厌氧基质中生长，如芦苇；n n④无脊椎或脊椎动物；n n⑤好氧或厌氧微生物种群。

5专业内容中国湿地概况中国湿地面积约中国湿地面积约6594万公顷（其中还不包万公顷（其中还不包括江河、池塘等），括江河、池塘等），占世界湿地的占世界湿地的10％，％，位居亚洲第一位，世位居亚洲第一位，世界第四位界第四位6专业内容湿地的生态、经济及社会效益维持生物多样性维持生物多样性调蓄水量和调节气候调蓄水量和调节气候降解有毒物质降解有毒物质保护堤岸，防止盐水入侵保护堤岸，防止盐水入侵 提供丰富的动植物产品提供丰富的动植物产品在输、储和供水等方面发挥巨大作用在输、储和供水等方面发挥巨大作用 提供矿物资源提供矿物资源可为人们提供旅游、娱乐的场所可为人们提供旅游、娱乐的场所 为教育和科学研究提供了对象、材料和试验基地为教育和科学研究提供了对象、材料和试验基地 ——1公顷湿地生态系统每年创造的价值高达公顷湿地生态系统每年创造的价值高达1万多美元，是热带雨林的万多美元，是热带雨林的7倍，是农田生态系统的倍，是农田生态系统的160倍倍!7专业内容人工湿地简介8专业内容人工湿地的定义 人工湿地(Constructed Wetlands)，是一种为了达到环保处理效果，模仿自然湿地而人工设计的复杂的具有渗透性能的地层生态结构，包括有浮现性、浸没式植物、动物和水体等不同的组成部分。

9专业内容物理作用物理作用过滤和沉淀过滤和沉淀－能除去含有－能除去含有－能除去含有－能除去含有C C、、、、NN、、、、P P的有机的有机的有机的有机及无机颗粒物和悬浮固体及无机颗粒物和悬浮固体及无机颗粒物和悬浮固体及无机颗粒物和悬浮固体微生物作用微生物作用氧化－还原反应氧化－还原反应吸收降解吸收降解化学作用化学作用植物作用植物作用吸附和絮凝吸附和絮凝－可溶性的有机化合物－可溶性的有机化合物－可溶性的有机化合物－可溶性的有机化合物－阴离子（－阴离子（－阴离子（－阴离子（ POPO4 43-3- ）和阳离子）和阳离子）和阳离子）和阳离子（重金属阳离子）（重金属阳离子）（重金属阳离子）（重金属阳离子）挥发作用挥发作用－挥发性有机物－挥发性有机物－挥发性有机物－挥发性有机物(VOC)(VOC)气体运输作用气体运输作用植物吸收植物吸收根系有利于微生物繁殖根系有利于微生物繁殖人工湿地净化废水的原理人工湿地净化废水的原理10专业内容人工湿地与传统系统的比较人工湿地与传统系统的比较人工湿地人工湿地人工湿地人工湿地传统系统传统系统传统系统传统系统特特特特点点点点比比比比较较较较占地面积大占地面积大占地面积大占地面积大能耗高能耗高能耗高能耗高使用微生物使用微生物使用微生物使用微生物使用植物使用植物使用植物使用植物使用化学药品使用化学药品使用化学药品使用化学药品土壤土壤土壤土壤钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构输入能量少输入能量少输入能量少输入能量少建造费用建造费用建造费用建造费用$3,664,00$3,664,00$4,112,000$4,112,000使用和维修费用使用和维修费用使用和维修费用使用和维修费用$45,000/$45,000/年年年年$152,000/$152,000/年年年年备注备注备注备注兼性氧化塘和人工湿地兼性氧化塘和人工湿地兼性氧化塘和人工湿地兼性氧化塘和人工湿地带硝化功能的传统活性污泥法的带硝化功能的传统活性污泥法的带硝化功能的传统活性污泥法的带硝化功能的传统活性污泥法的二级水处理厂二级水处理厂二级水处理厂二级水处理厂废水废水废水废水=1MGD/3786(m=1MGD/3786(m3 3/D)/D)11专业内容人工湿地的分类表面流湿地表面流湿地(Surface Flow Wetlands缩写为缩写为SFW) 潜流湿地潜流湿地(Subsurface Flow Wetlands缩写为缩写为SSFW) 垂直流湿地垂直流湿地(Vertica1 Flow Wetlands缩写为缩写为VFW)人工湿地（人工湿地（Constructed Wetlands) ，它分为，它分为12专业内容13专业内容14专业内容15专业内容设计人工湿地的技术参数设计人工湿地的技术参数n n概论n n进水布置及组合方式n n构造设计n n填料及其构成n n植物16专业内容地点的选择地点的选择气候气候土壤土壤生物环境生物环境相似牺息地的替代相似牺息地的替代位置和地形位置和地形对地下水的污染对地下水的污染污水的性质污水的性质污水的处理量污水的处理量污水的可降解性污水的可降解性17专业内容设计目标设计目标污水的处理污水的处理洪水的控制洪水的控制暴雨的截留暴雨的截留提高附近水体的质量提高附近水体的质量为各种水陆生生物提供生长为各种水陆生生物提供生长和繁衍地和繁衍地18专业内容处理目标处理目标达到受纳水体要求的水质达到受纳水体要求的水质标准标准满足循环用水或深度处理满足循环用水或深度处理要求要求预处理要求预处理要求观光用湿地观光用湿地19专业内容土地场所的要求土地场所的要求宽度和深度宽度和深度水力负荷的比率水力负荷的比率滞留时间滞留时间填料的选用填料的选用20专业内容植物的类型植物的类型水上植物、水底植物、浮游植物水上植物、水底植物、浮游植物大型挺水植物大型挺水植物(如芦苇如芦苇)植被植被21专业内容选择标准选择标准耐耐污污能能力力和和抗抗寒寒能能力力强强，，又又宜宜于于本本乡乡土土生生长长，，最最好好以本乡土植物为主以本乡土植物为主根系发达，茎叶茂密根系发达，茎叶茂密抗病虫害能力强抗病虫害能力强有一定的经济价值有一定的经济价值北美人工湿地常用的北美人工湿地常用的植物有芦苇、香蒲、灯植物有芦苇、香蒲、灯心草、水葱、竹等心草、水葱、竹等 22专业内容在湿地植物根系表面生长的生物膜在湿地植物根系表面生长的生物膜 23专业内容人工湿地工艺进水布置方式人工湿地工艺进水布置方式人工湿地系统组合方式人工湿地系统组合方式2 2 进进水水布布置置及及组组合合方方式式24专业内容技术要求n随着环境保护的迅速发展，人们对湿地功能也有了广泛的认识。

湿地作为"地球之肾"，担负着对地球自然水体的净化和处理功能由于城市中天然湿地的逐渐减少和消亡，因此人工湿地以其独到的优越性受到了越来越多的关注和发展25专业内容n n人工湿地系统水质净化技术作为一种新型生态污水净化处理方法,其基本原理是在人工湿地填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个人工湿地生态系统当污水通过湿地系统时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，而使水质得到净化n n人工湿地系统水质净化的关键在于工艺的选择和对植物的选择及应用配置如何选择和搭配适宜的湿地植物，并且将其应用于不同类型的湿地系统中成了我们在营建人工湿地前必须思考的问题26专业内容n n1．人工湿地污水处理系统植物的选用原则（1）（2）n n1.1 植物在具有良好的生态适应能力和生态营建功能；n n管理简单、方便是人工湿地生态污水处理工程的主要特点之一若能筛选出净化能力强、抗逆性相仿,而生长量较小的植物,将会减少管理上尤其是对植物体后处理上的许多麻烦一般应选用当地或本地区天然湿地中存在的植物n n1.2 植物具有很强的生命力和旺盛的生长势；27专业内容n n① 抗冻、抗热能力n n由于污水处理系统是全年连续运行的,故要求水生植物即使在恶劣的环境下也能基本正常生长,而那些对自然条件适应性较差或不能适应的植物都将直接影响净化效果。

n n② 抗病虫害能力n n污水生态处理系统中的植物易滋生病虫害,抗病虫害能力直接关系到植物自身的生长与生存,也直接影响其在处理系统中的净化效果28专业内容n n③ 对周围环境的适应能力n n由于人工湿地中的植物根系要长期浸泡在水中和接触浓度较高且变化较大的污染物,因此所选用的水生植物除了耐污能力要强外,对当地的气候条件、土壤条件和周围的动植物环境都要有很好的适应能力n n1.3 所引种的植物必须具有较强的耐污染能力；n n水生植物对污水中的BOD5、COD、TN、TP主要是靠附着生长在根区表面及附近的微生物去除的,因此应选择根系比较发达，对污水承受能力强的水生植物29专业内容n1.4 植物的年生长期长，最好是冬季半枯萎或常绿植物；n人工湿地处理系统中常会出现因冬季植物枯萎死亡或生长休眠而导致功能下降的现象，因此，应着重选用常绿冬季生长旺盛的水生植物类型n1.5 所选择的植物将不对当地的生态环境构成隐患或威胁，具有生态安全性；n1.6 具有一定的经济效益、文化价值、景观效益和综合利用价值30专业内容n n若所处理的污水不含有毒、有害成分,其综合利用可从以下几个方面考虑:①作饲料,一般选择粗蛋白的含量>20%(干重)的水生植物；②作肥料,应考虑植物体含肥料有效成分较高,易分解；③生产沼气,应考虑发酵、产气植物的碳氮比,一般选用植物体的碳氮比为25～30.5/1；④工业或手工业原料，如芦苇可以用来造纸，水葱、灯心草、香蒲、莞草等都是编制草席的原料。

n n由于城镇污水的处理系统一般都靠近城郊,同时面积较大,故美化景观也是必须考虑的31专业内容n然而在实际工作中，很多人工湿地的工艺设计者和建设者考虑得最多的是植物的独有性和观赏价值等表在因素，没有考虑到栽种该植物后的植株生长效果、湿地的运行效果、生长表现以及对生态的安全性等，导致人工湿地在运行一段时间后功能骤降或运行费用剧增，最后导致系统瘫费或闲置32专业内容n2．人工湿地植物特性的研究及植物配置分析n2．1 根据植物类型分析n2．1．1 漂浮植物n2．1．2 根茎、球茎及种子植物n2．1．3 挺水草本植物类型n2．1．4 沉水植物类型n2．1．5 其它类型的植物33专业内容n n2．2 根据植物原生环境分析n n根据植物的原生环境分析，原生于实土环境的一些植物如美人蕉、芦苇、灯心草、旱伞竹、皇竹草、芦竹、薏米等，其根系生长有一定的向土性，配置于表面流湿地系统中，生长会更旺盛但由于它们的根系大都垂直向下生长，因此，净化处理的效果不及应用于潜流式湿地中；对于一些原生于沼泽、腐殖层、草炭湿地、湖泊水面的植物如水葱、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等，由于其生长已经适应了无土环境，因此更适宜配置于潜流式人工湿地；而对于一些块根块茎类的水生植物如荷花、睡莲、慈姑、芋头等则只能配置于表面流湿地中。

34专业内容n n2．3 根据植物对养分的需求类型分析n n根据植物对养分的需求情况分析，由于潜流式人工湿地湿地系统填料之间的空隙大，植物根系与水体养分接触的面积要较表流式人工湿地湿地广，因此对于营养生长旺盛、植株生长迅速、植株生物量大、一年有数个萌发高峰的植物如香蒲、水葱、苔草、水莎草等植物适宜栽种于潜流湿地；而对于营养生长与生殖生长并存，生长相对缓慢，一年只有一个萌发高峰期的一些植物如芦苇、茭草、薏米等则配置于表面流湿地系统35专业内容n2．4 根据植物对污水的适应能力分析n不同植物对污水的适应能力不同一般高浓度污水主要集中在湿地工艺的前端部分因此，在人工湿地建设时，前端工艺部分如强氧化塘、潜流湿地等工艺一般选择耐污染能力强的植物品种末端工艺如稳定塘、景观塘等处理段中，由于污水浓度降低，因此可以更多考虑植物的景观效果36专业内容n n3．小结n n一个人工湿地系统的建立，植物的选择和配置是很重要的考虑因素在系统建立和植物栽种配置时要将系统的主要功能与植物的植物学特性充分结合起来考虑只有这样，才能充分发挥不同植物各自的优势，达到更好的处理净化效果n n湿地植物的栽种配置要根据具体的应用环境和系统工艺来确定，对于一些应用工艺范围较广的植物类型，要充分考虑其在该工艺中的优势，能使其充分发挥自己的长处而居于主导地位。

37专业内容n为达到全面的处理和利用效果，应进行有机的搭配，如深根系植物与浅根系植物搭配，丛生型植物与散生型植物搭配，吸收N多的植物与吸收P多的植物搭配，以及常绿植物与季节性植物的季相搭配等在进行综合处理的一些工艺或工艺段中，切忌配置单一品种，以避免出现季节性的功能下降或功能单一作为湿地公园规划建设的人工湿地还要考虑景观搭配38专业内容处理池宜并联，种植芦苇、茳芏、席草、大米草等水生植处理池宜并联，种植芦苇、茳芏、席草、大米草等水生植物，采用碎石作基质原水先流经一、二级碎石床，对有物，采用碎石作基质原水先流经一、二级碎石床，对有机物进行降解，再进入第三级兼性塘，最后经过第四级碎机物进行降解，再进入第三级兼性塘，最后经过第四级碎石床变成洁净的水排出石床变成洁净的水排出典型工艺典型工艺人工湿地的配套设施人工湿地的配套设施39专业内容3、CW的构造设计40专业内容（（1）场地的选择与外形）场地的选择与外形 41专业内容（（2）进出水的构造）进出水的构造42专业内容（（3）地下防渗措施）地下防渗措施43专业内容44专业内容45专业内容4.CW系统的填料及其构成系统的填料及其构成46专业内容 5、、CW系统的植物系统的植物水上植物、水底植物、浮游植物、大型挺水植物水上植物、水底植物、浮游植物、大型挺水植物( (芦苇）芦苇） 47专业内容5、、CW系统的植物系统的植物n n灯芯草灯芯草n n鸢尾鸢尾n n香蒲香蒲n n黑三菱黑三菱48专业内容单户家庭的湿地系统设计单户家庭的湿地系统设计表面流湿地表面流湿地表面流湿地表面流湿地k-C*k-C*（模型）（模型）（模型）（模型）设计流量设计流量0.785 m0.785 m3 3/d/d长度长度7.5 m7.5 m产生污水量产生污水量157 L/157 L/人人/ /天天宽度宽度3 m3 m等价污染量等价污染量5 5人人深度深度0.55m0.55m水力停留时间水力停留时间5.55.5天天面积面积22.5m22.5m2 2建议建一个建议建一个7.5m x 3m7.5m x 3m的湿地系统的湿地系统倾斜度倾斜度< 0.73%< 0.73%流入浓度估算流入浓度估算(mg/L)(mg/L)CODCODBODBOD1 1TSSTSSFColiFColi1 1TNTN1 1NHNH4 4++NONO3 3- -Org NOrg N1 1流入浓度预计流入浓度预计(mg/L)(mg/L)1569.21569.2400.0400.0406.406.1 110105 5162.9162.980.580.5125.8125.882.482.4预测量降解比率预测量降解比率%%173.9173.924.724.740.240.26868132.3132.366.766.730.630.661.861.873.073.093.893.890.190.199.999.918.818.817.117.175.775.725.025.04949专业内容专业内容表面流湿地表面流湿地k-C*（模型）（模型）设计流量460 m3/d长度100 m产生污水量157 L/人/天宽度80 m等价污染量2930 人深度0.55m水力停留时间3.3天面积0.8 ha建议各建一个100m x 40m的湿地系统倾斜度< 0.005%流入浓度估算(mg/L)CODBOD1TSSFColi1TN1NH4+NO3-Org N1流入浓度预计(mg/L)643.1400.064.410570.053.249.116.8预测量降解比率%173.924.816.5109261.847.520.814.373.093.874.498.911.710.857.614.8大型湿地系统的设计大型湿地系统的设计50专业内容51专业内容人工湿地人工湿地52专业内容53专业内容北戴河湿地北戴河湿地54专业内容55专业内容56专业内容57专业内容12工业废水处理工业废水处理58专业内容系统的性能系统的性能 人工湿地污水处理系统主要由植物、微生物、人工湿地污水处理系统主要由植物、微生物、基质、水体及动物组成基质、水体及动物组成, , 各组成成分分别起着不同各组成成分分别起着不同的作用的作用, , 并且相互协同并且相互协同, , 使得整个湿地生态系统平使得整个湿地生态系统平衡运转衡运转, , 发挥良好的净化功能发挥良好的净化功能. .植物植物 植物是人工湿地的重要组成部分。

人工湿地净植物是人工湿地的重要组成部分人工湿地净化污水过程中化污水过程中, , 植物的作用可以归纳为植物的作用可以归纳为3 3个重要的方个重要的方面面: ①: ①回收利用污水中可利用态的营养物质回收利用污水中可利用态的营养物质, , 吸附、吸附、富集重金属和一些有毒有害物质富集重金属和一些有毒有害物质; ②; ②为根区好氧微为根区好氧微生物输送氧气生物输送氧气; ③; ③增强和维持介质的水力传输增强和维持介质的水力传输59专业内容日处理量日处理量3100t/d3100t/d废水工程实例废水工程实例60专业内容潜流湿地，种茫潜流湿地，种茫荼，芦苇荼，芦苇2 2个并联个并联运行运行水水 格栅格栅潜流湿地，种芦苇，潜流湿地，种芦苇，大米草大米草3 3个并个并联运行联运行氧化塘氧化塘3 3个个并联运行并联运行潜流湿地，种芦潜流湿地，种芦苇，茫荼苇，茫荼3 3个并联个并联运行运行出水出水61专业内容 低温时生物活性下降和植物的死亡；对低温时生物活性下降和植物的死亡；对于表面流和竖流湿地于表面流和竖流湿地, , 低温时表面会结冰，低温时表面会结冰，冰层覆盖不仅阻碍了大气的复氧过程冰层覆盖不仅阻碍了大气的复氧过程, , 使生使生化水平降低化水平降低, ,而且冰层的存在减少了有效水而且冰层的存在减少了有效水深深, , 从而缩短了停留时间从而缩短了停留时间, , 进而对处理效果进而对处理效果产生影响。

因此产生影响因此, , 低温会导致处理效果的显低温会导致处理效果的显著降低目前著降低目前, , 湿地温度带来的问题还没有湿地温度带来的问题还没有完全解决完全解决, , 但可以采取一些措施适当的降低但可以采取一些措施适当的降低温度带来的影响温度带来的影响低温影响低温影响62专业内容人工湿地技术优点总结人工湿地技术优点总结建设和运行费用便宜建设和运行费用便宜易于维护易于维护可进行有效可靠的废水处理可进行有效可靠的废水处理可缓冲对水力和污染负荷的冲击可缓冲对水力和污染负荷的冲击具有良好的生态、经济和社会效益具有良好的生态、经济和社会效益63专业内容。