人工濕地污水凈化原理

人工濕地污水凈化原理現(xiàn)階段，污水排放量增加、居民用水短缺成為社會發(fā)展亟待解決的問題?；瘜W(xué)、物理和生物三種處理方法是當(dāng)前較為常用的污水凈化手段。近幾年，物理處理方法快速更新和發(fā)展，以人工濕地為主的各種物理凈化手段受到社會各界的關(guān)注。人工濕地在污水凈化中具有突出的優(yōu)勢，其能夠快速適應(yīng)水質(zhì)的變化范圍，操作簡單快捷，污水凈化處理效果較好。因此，本研究分析人工濕地運行對污水凈化的原理及影響因素。1人工濕地的構(gòu)成、類型1.1人工濕地構(gòu)成人工濕地是與沼澤較為類似的地貌類型，由人工建造而成，受人工控制。作為綜合生態(tài)系統(tǒng)，人工濕地貫徹落實了結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)的原則，從物質(zhì)循環(huán)再生原理角度出發(fā)，有效地避免環(huán)境再污染。人工濕地可以消解污泥、污水等，使污泥、污水順著特定方向流動，借助人工介質(zhì)、土壤、植物等物理因素，使物理、化學(xué)、生物發(fā)揮協(xié)同性作用，從而實現(xiàn)對污泥和污水的處理，是一種新型技術(shù)。人工濕地主要由基質(zhì)、植物、水體、氧微生物防滲層等構(gòu)成。其中，基質(zhì)層的構(gòu)成包括土壤、填料和植物根系;植物的構(gòu)成包括蘆葦、水蔥等能夠在水飽和厭氧狀態(tài)下生長的植物;水體不僅能夠在基質(zhì)層流動，也能夠在基質(zhì)表面流動。人工濕地的作用機理，主要是通過滯留、吸附、過濾、沉淀和微生物分解等多種作用，實現(xiàn)對污水、污泥的處理。1.1人工濕地類型1.1.1以受污染水體劃分人工濕地有不同的類型，以受污染水體劃分，最為常見的人工濕地類型是表面流人工濕地系統(tǒng)和潛流式人工濕地系統(tǒng)。表面流人工濕地系統(tǒng)也被稱為自由水面人工濕地，與自然濕地具有類似性，有較多的底泥，水面暴露在大氣中。污水一般在人工濕地的表層流動，水位介于0.1?0.6m，相對較淺，使得污水中多數(shù)有機物的去除是通過人工濕地中生長在水下的植物莖桿生物膜完成。表面流人工濕地操作相對簡單，運行費用低，但是水力負(fù)荷偏低，污水凈化效果不足。潛流式人工濕地系統(tǒng)由單個或多個填料床組成，床體以防水層為主，填充由礫石和土壤構(gòu)成的基質(zhì)，表層土壤栽種耐水性較強的植物。污水或污泥從濕地填料床流過，會在填料表面不斷滲流，借助填料表面生物膜、植物根等，能夠進(jìn)一步提高污水和污泥的處理效果。此外，地表下流動的水流保溫性較好，在對污水或污泥處理時，并不會過度受環(huán)境影響，具有良好的衛(wèi)生條件，因而此種人工濕地是當(dāng)前最為常用的。1.1.2以作用和植物劃分人工濕地類型多樣，根據(jù)作用機理和植物種類，人工濕地可以分為多種類型。根據(jù)作用差異，人工濕地可以劃分為4種類型。一是人工處理濕地，多用于對城市生活污水、工業(yè)生產(chǎn)污水的凈化與處理。二是人工水產(chǎn)濕地，多用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)養(yǎng)殖、魚蝦水產(chǎn)養(yǎng)殖。三是人工抗洪濕地，多用于在發(fā)生洪水災(zāi)害時，減輕和控制災(zāi)難，作用較為突出。四是人工生態(tài)濕地，多用于維持生態(tài)環(huán)境平衡，保護(hù)物種的多樣性發(fā)展。根據(jù)栽種的植物差異，人工濕地可以劃分為3種類型。一是挺水植物人工濕地，植物有部分生長在濕地水下，有部分生長在濕地水上。二是浮水植物人工濕地，植物全部漂浮在濕地水上。三是沉水植物人工濕地，植物全部沉于濕地水下。2人工濕地運行對污水凈化的原理2.1有機物與氮的去除機理通常，根據(jù)水生植物、微生物的共同作用，人工濕地可以實現(xiàn)對污水的凈化與處理，其對有機物的處理能力較強。人工濕地能夠通過沉淀和過濾截留污水中的不溶性有機物，使其被微生物消解，同時能夠借助微生物的吸附作用，通過微生物代謝逐漸去除可溶性有機物。一般來說，不溶性有機物進(jìn)入人工濕地5m水深后，就能夠快速被去除。在污水中，氮主要以4種形態(tài)存在，包括有機氮、亞硝態(tài)氮、氨氮和硝態(tài)氮。氮去除機理是氮在進(jìn)入人工濕地后會揮發(fā)，借助人工濕地系統(tǒng)的填料吸附、過濾和沉淀等，植物充分吸收揮發(fā)后的氮，利用微生物硝化來實現(xiàn)對氮的去除。通常，污水中的無機氮是植物生長中的重要物質(zhì)。人工濕地中的植物能吸收無機氮，合成植物蛋白，通過收割植物，人們可以有效去除污水中的氮元素。有氧環(huán)境中，在硝酸細(xì)菌和亞硝酸細(xì)菌的作用下，氨氮能夠轉(zhuǎn)化成硝酸鹽、亞硝酸鹽;無氧環(huán)境中，硝酸鹽可被還原成氮氣，起到反硝化作用，從而提高人工濕地的氮去除率。2.2懸浮物與磷的去除機理人工濕地可以凈化污水，去除其中的懸浮物和磷元素。在懸浮物去除機理方面。表面流人工濕地的基質(zhì)層相對平整，水力坡度適宜，進(jìn)入人工濕地的污水并不會快速發(fā)生地表漫流，導(dǎo)致污水在流動的過程中全部流經(jīng)基質(zhì)層，在過濾與沉淀的作用下，懸浮物的去除率顯著提高。在潛流人工濕地中，污水會順著表面緩慢流動，使懸浮物在流動中不斷沉降，最終去除。在人工濕地中，物理作用、化學(xué)作用、生物吸附作用等均能夠去除污水中的細(xì)小懸浮物。人工濕地主要借助微生物積累、植物吸收等作用，實現(xiàn)對磷的去除。其間，微生物除磷機理主要是利用聚磷菌對磷的攝取來實現(xiàn)的。在人工濕地中，植物光合作用、呼吸作用存在相互交替現(xiàn)象，導(dǎo)致好氧、厭氧交替出現(xiàn)，而厭氧狀態(tài)的放磷會提高好氧狀態(tài)的磷去除率。在植物吸收、同化的影響下，污水中的無機磷將會變成植物的有機成分，通過收割人工濕地中的植物，人們可以實現(xiàn)對磷的去除。此外，人工濕地中的填料也對磷具有一定的吸收作用。填料與表層土中的鈣、磷發(fā)生離子交換反應(yīng)，去磷作用較為顯著。3人工濕地運行對污水凈化的影響因素3.1基質(zhì)人工濕地凈化污水的影響因素較多。其中，基質(zhì)是較為常見的影響因素之一?；|(zhì)是人工濕地系統(tǒng)的重要組成部分。同時，基質(zhì)可為微生物提供穩(wěn)定的附著空間，為濕地系統(tǒng)的植物提供更多營養(yǎng)?；|(zhì)吸附是人工濕地凈化污水的主要途徑，能夠有效實現(xiàn)對磷的去除。不同基質(zhì)的污水凈化效果顯著不同。當(dāng)前，人們可以將粉煤灰作為基質(zhì)，將其與蘆葦融合，構(gòu)建人工濕地，提升污水中磷、氮的去除率。同時，以沸石蘆葦床為主的人工濕地，可有效去除生活污水中的氮元素。冬天，受低氣溫影響，植物、微生物作用受到一定限制，并不明顯。3.2植物植物是影響人工濕地凈化污水的重要因素。在人工濕地中，不同植物具有不同的耐水性和耐污性，人們要根據(jù)處理的水質(zhì)不同，合理選擇濕地植物，保證人工濕地系統(tǒng)的生物多樣性，提高污水凈化效率。人工濕地可以種植美人蕉、蘆葦?shù)龋醒芯恐赋?，美人蕉、蘆葦春季對氮的去除率未超過60%，而夏季對氮的去除率超過85%。有植物的濕地系統(tǒng)對污水中的氮、磷等去除率更高，因而植物會影響人工濕地的污水凈化效果。3.3氣候氣候會影響人工濕地的污水凈化水平。在較低的氣溫下，污水處理效果將會受到限制。一般來說，人工濕地的水溫最好控制在20?25°C，處理效果最好。如果水溫不超過10°C,人工濕地對污水的處理效率將會下降。在水溫不超過4°C時，其硝化作用逐漸停止。天氣寒冷會導(dǎo)致人工濕地系統(tǒng)結(jié)冰，造成管道發(fā)生破裂。所以，人們要合理控制人工濕地溫度。當(dāng)前，人們可以采用覆蓋膜、空氣隔層等方式，對人工濕地進(jìn)行保溫處理，提高人工濕地對污水的凈化能力。3.4水力停留時間水力停留時間是影響人工濕地污水凈化效果的重要因素，它主要是人工濕地系統(tǒng)中污水的總停留時間，能夠反映人工濕地系統(tǒng)的接觸情況與狀態(tài)。水力停留時間與人工濕地污水凈化效果密切相關(guān)。通常，水力停留時間越長，氨氮、總磷的去除效果越好。污水在人工濕地系統(tǒng)中的停留時間越長，基質(zhì)和植物能夠有足夠的時間，對污水中的氨氮、總磷等進(jìn)行吸附和清除。水力停留時間延長，能夠提高污水中氨氮和總磷的去除率，但是達(dá)到一定時間后，再延長水力停留時間，將會導(dǎo)致去除率降低。主要原因是污水中的磷元素向濕地系統(tǒng)基質(zhì)表面擴(kuò)散，從而影響去磷效果。因而，人們要根據(jù)污水處理效果和人工濕地水質(zhì)，選擇合理的水力停留時間。4/