人工湿地完整版新Word格式.docx
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ConventiononWetlands,"
tothatwetlandisnotaskedforitsnaturalorartificial,permanentortemporarywetlands,peatlandsorwaterszone,Stationaryormobile,freshwater,brackishwater,saltwaterbody,includingthelowebbatthedepthofnotmorethansixmetersofwater.
Wetlandsincludemanytypes,coralreefs,shoals,mangroveforests,lakes,rivers,estuaries,marshes,reservoirs,pondsandpaddyfieldsbelongingtoallwetlands.Theysharecommonfeaturesofitssurfaceiscoveredwithperennialorregularwaterorfullofwater,isbetweenlandandwaterbetweentheover-zone.
Wetlandswidelydistributedaroundtheworld,isrichbiodiversityontheplanetandhigherproductivityofecosystems.Wetlandsinresistingfloods,regulatingrunoff,pollutioncontrol,regulationofclimate,beautifytheenvironmenthasplayedanimportantrole,itisthelandofthenaturalwaterreservoirs,isthelargenumberofwildanimalandplantresources,especiallyrareandthebreedingandwinteringbirds,Itcanprovidewaterforhumanandfood.Wetlandsarecloselyrelatedwiththehuman,whichisownedbythevaluableresources,wetlandsknownas"
thecradleoflife"
"
Earthkidney"
and"
BirdsofParadise."
China'
swetlandsanddiverse,verybroaddistribution,thetotalareaofmorethan65millionhectares.Fromthefrigidzonetothetropics,fromcoastalareastoinlandfromthemountainstotheplains,wetlandshavethedistribution.Forthousandsofyears,thevastwetlandstopromoteeconomicdevelopment,protectthepeople'
slifehasmadegreatcontributiontopeople
目录
摘要…………………………………………………………………………………2
正文…………………………………………………………………………………4
1人工湿地的定义…………………………………………………………………4
2人工湿地的工作和分类…………………………………………………………6
3人工湿地的系统设计……………………………………………………………6
4人工湿地在国外的研究应用发展………………………………………………17
5人工湿地在我国的应用和发展…………………………………………………18
6人工湿地的运行和经济分析……………………………………………………20
7人工湿地的生态效………………………………………………………………21
结语…………………………………………………………………………………25
谢辞…………………………………………………………………………………27
附录…………………………………………………………………………………28
参考文献……………………………………………………………………………30
（一）人工湿地的定义
人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。
其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用人工湿地作为一种新型生态污水处理技术,在实际应用中取得了快速发展用人工湿地（Constructedwetland）来处理城市污水是发达国家近十年来才兴起的生态处理法,它是为处理污水而人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料（如砾石等）混合组成填料床，使污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好，成活率高，抗水性强，生长周期长，美观及具有经济价值的水生植物（如芦苇，蒲草等）形成一个独特的动植物生态体系。
人工湿地去除的污染物范围广泛，包括N、P、SS、有机物、微量元素、病原体等。
有关研究结果表明，在进水浓度较低的条件下，人工湿地对BOD5的去除率可达85％～95％，COD去除率可达80％以上，处理出水中BOD5的浓度在10mg/l左右，SS小于20mg/l。
废水中大部分有机物作为异样微生物的有机养分，最终被转化为微生物体及CO2、H2O。
人工湿地面积可视情况而言，可在市郊结合部，也可在污水处理厂出水的附近建造。
一些人工湿地属预处理型，在那些目前还不具备建造污水处理厂的城乡结合部建造人工湿地，将生活污水排入，利用所种植物对其进行处理，然后再排入自然水系，保护水体；
还有些湿地属于加强型，在污水处理厂附近建造人工湿地，将污水处理厂处理过的水引入，再经过人工湿地的加强处理，提高其水质，然后排入自然水系，作为其补充水源。
（二）人工湿地的作用和分类
近年来,各种水处理技术在实际应用中取得具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期了不断的发展,特别是作为二级处理的活性污泥长、美观及具有经济价值的水生植物,形成一个独法以其工艺相对成熟、运行稳定、处理效果好而成特的动、植物生态系统,对废水进行处理。
实际设为城市污水处理的主流工艺,但传统的活性污泥计中,往往是将湿地进行多级串联或附加必要的不仅基建投资大,运行费用高,且主要以去除碳源预处理、后处理设施构成。
污染物为目的,对氮、磷等营养物质的去除则微乎人工湿地按污水在其中的流动方式可分为两其微,经处理后的出水排入水体后仍将引起“富营种类型:
①水面式人工湿地（简称FWS）,②潜流养化”等环境问题。
三级处理虽可解决上述问题,型人工湿地（简称SFS）。
FWS系统中,废水在湿但因投资和运行费用昂贵而难以大面积推广。
同地的土壤表层流动,水深较浅（一般在0.1-0.6时事实也说明,单纯依靠传统的人工处理方法在m）。
与SFS系统相比,其优点是投资省,缺点是我国当前的情况下尚难以从根本上解决水污染问负荷低。
北方地区冬季表面会结冰,夏季会滋生题,只能延缓其发展趋势。
70年代以来,人工湿蚊蝇、散发臭味,目前已较少采用。
而SFS系统,地处理技术的提出和发展,为综合解决上述问题污水在湿地床的表面下流动,一方面可以充分利提供了一种新的选择。
用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留等作用,提高处理效果和处理能1 人工湿地的基本构型与流程力;
另一方面由于水流在地表下流动,保温性好,人工湿地系以人工建造和监督控制的、与沼处理效果受气候影响较小,且卫生条件较好,是目泽地相类似的地面,通过自然生态系统中的物理、前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统,化学和生物3者协同作用以达到对污水的净化。
但此系统的投资比FWS系统略高。
此种湿地系统是在一定长宽比及底面坡度的洼地人工湿地的工艺流程有多种,目前采用的主中,由土壤和填料混合组成填料床,废水在床体的要有:
推流式、阶梯进水式、回流式和综合式4种,填料缝隙或在床体表面流动,并在床体表面种植如图1所示。
图表1
a.推流式;
b.回流式;
c.阶梯进水式;
d.综合式图1 人工湿地的基本流程阶梯进水可避免处理床前部堵塞,使植物长势均匀,有利于后部的硝化脱氮作用;
回流式可对进水进行一定的稀释,增加水中的溶解氧并减少出水中可能出现的臭味。
出水回流还可促进填料床中的硝化和反硝化作用,采用低扬程水泵,通过水力喷射或跌水等方式进行充氧。
综合式则一方面设置出水回流,另一方面还将进水分布至填料床的中部,以减轻填料床前端的负荷。
人工湿地的运行可根据处理规模的大小进行多种方式的组合,一般有单一式、并联式、串联式
和综合式等（如图2所示）。
在日常使用中,人工湿地还常与氧化塘等进行串联组合。
a.单一式;
b.串联式;
c.并联式;
d.综合式图2 人工湿地的不同组合方式
。
根据湿地中主要植物形式人工湿地可分为：
1．浮游植物系统；
2．挺水植物系统；
3．沉水植物系统。
其中沉水植物系统还处于实验室研究阶段，其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的精处理。
浮游植物主要用于N,P去除和提高传统稳定塘效率。
目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。
挺水植物系统根据废水流经的方式，可分为表面流湿地（SFW）、潜流湿地（SSFW）、立式流湿地（VFW）。
表面流湿地和立式流湿地因环境条件差（易孳生蚊虫），处理效果受气温影响较大以及对基建要求较高，现多不再采用。
故人工湿地大部分采用潜流式湿地系统。
人工湿地在国外研究应用发展
（三） 人工湿地系统的设计
3.1计步骤人工湿地系统的设计涉及如:
水力负荷、有机负荷、湿地床构形、工艺流程及布置、进出水系统和湿地栽种植物种类等诸多因素。
由于不同国家及地区的气候条件、植被类型及地理件各有差异,因而大多根据现地条件,经小试或中试取得相关数据后进行。
1．
选址。
考察地质、地貌、水文、自然资源、人文资源、有关法律及公众意见。
应因地制宜，尽量选择有一定自然坡度的洼地或经济价值不高的荒地，一方面减少土石方工程、利于排水、降低投资，另一方面防止对周围环境产生影响。
2．
确定系统组合形式。
根据场地特征、处理要求和所处理污水的性质来确定。
单一式、并联式、串联式、综合式。
3．
确定水力负荷。
根据文献或经验而定。
4．
选择植物。
根据湿地植物的耐污性能、生长能力、根系的发达程度以及经济价值和美观等因素来确定。
一般有芦苇、席草、大米草、水葫芦、水花生等，最为常用的是芦苇，插植密度为1～3株/㎡。
5．
计算表面积As＝Q/aAs－表面积；
Q－进水量；
a－水力负荷。
6．
确定长宽比。
（1）表面流湿地：
长宽比10：
1或更大，根据地形来考虑，底坡降0％～1％。
（2）潜流湿地：
根据达西定律Q＝Ks×
A×
SS－水力坡度；
A－湿地床横截面积；
Ks－潜流渗透系数。
7．
结构设计。
（1）进水系统的布置：
湿地床的进水系统应保证配谁的均匀性，一般采用多孔管和三角堰等配水装置。
进水管应比湿地床高出0.5m。
湿地的出水系统一般根据对床中水位调节的要求，出水区的末端的砾石填料层的底部设置穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门以调节床内的水位。
（2）填料的使用：
湿地床由三层组成表层土层、中层砾石、下层小豆石。
表面土钙含量在2～2.5kg/100kg为好；
砾石层粒径在5～50mm，铺设厚度在0.4~0.7m。
（3）潜流式湿地床的水位控制：
当接纳最大设计流量时，进水端不能出现填料床面的淹没现象；
有利于植物生长，床中水面浸没植物根系的深度应尽可能均匀。
2．人工湿地的植物选择
植物在碎石等基质内为微生物群落创造有力的活动场所，同时形成整个人工湿地系统绿化的一部分，因此植物的选择很重要。
高等水生维管植物一般可作为人工湿地的种植植物。
美国对芦苇、香蒲、灯心草、水葱、竹等植物净化污水进行过大量研究。
深圳市白泥坑人工湿地栽种了芦苇、灯心草、蒲草处理污水。
选择植物时注意的是：
（1）耐污能力和抗寒能力能力强，又易于本乡土生长。
最好以本乡土植物为主。
（2）根系发达，茎叶茂密。
（3）抗病除害能力强。
（4）有一定的经济价值。
选择好的人工湿地的栽种植物以后，应考虑到兼性塘中种植净水能力强的水生植物如凤眼莲、浮萍、水葱等，放养耐污能力强的鲤、鲫等鱼种组成水生生物塘。
此外，还应设计好整个人工湿地系统绿化工程，使之形成一个综合性生态系统
举一实列:
送还自然--成都活水公园
湿地是地球上生物生产率最高的地区是许多野生动植物生长繁殖的场所和濒危生物的栖息地.它具有涵养水分,调节气候的作用对污水有一定的自净功能.保护天然湿地建设良性人工湿地系统,是摆在人类面前的一项重要任务.
成都活水公园是世界上第一座以"
水保护"
为主题展示国际先进的"
人工湿地系统处理污水"
的城市生态环保公园,它模拟和再现了自然环境中污水是如何由浑变清的全过程.它展示了人工湿地系统处理污水的工艺,具有比传统二级处理更优越的污水处理新工艺,它充分利用湿地中大型植物及其基质的自然净化能力净化污水,并在此过程中促进了大型植物生长,增加绿化面积和野生动物栖息地有利于良性生态环境的建设.
在成都活水公园,当人们走过厌氧池,兼氧池,植物塘床系统,养鱼塘,戏水池,陶醉在大自然的美妙和谐中时,便在不经意间阅读了大自然关于清水再生的"
自述"
.
厌氧沉淀池
把被人为污染,其水质已达不到一般景观用水要求,底于V类水质标准的府河水,泵入厌氧池中进行预处理.在氧氧池中,经物理沉淀作用,比重大于水的悬浮物沉到池底,从排污管排出;
比重小于水的悬浮物浮于水面,由人工清除;
部分可溶解的有机污染物,经厌氧生物作用降解或被分解为甲烷,二氧化碳等气体排入大气.
水流雕塑。
独具匠心的水流雕塑形似一串花朵他利用落差产生冲力使水在一个个小石臼欢跳,回旋,激荡与大气充分接触,曝气,充氧,从而增加了水中的溶解氧含量使水更具活力.同时,它又把上下两个工艺单元有机结合在一起并具有较高观赏价值.
兼氧池
从厌氧池流出来的水,经水流雕塑一路吸收空气中的氧,流入兼氧池.有机污染物在兼氧微生物的作用下,进一步降解成植物易于吸收的有机物.兼氧池中的兼氧微生物和植物对水有一定的净化作用.同时,兼氧池也是人工湿地系统的配水装置.
人工湿地植物塘,床系统
这是活水公园展示的人工湿地系统处理污水工艺的核心部分.它由6个植物塘和12个植物床组成这个系统仿造了黄龙寺五彩池的景观,并种有浮萍,凤眼莲,荷花等水生植物和芦苇,香蒲,茭白,伞草,菖蒲等挺水植物,拌生有各种鱼类,青蛙,蜻蜓,昆虫和大量微生物及原生物.它们组成了一个独具特色的人工湿地塘床系统.污水在这里经沉淀吸附,氧化还原和微生物分解等作用,有机污染物中的大部分被分解为可被植物吸收的养料污水就变成了肥水,在促进系统内植物生长的同时,也净化了自己,水质明显改善.人工湿地塘,床系统好似一个生态过滤池,污水通过这个过滤池后可得到有效净化.
养鱼塘
当污水经人工湿地,床系统净化后再次经水流雕塑充分曝气,充氧,水中溶解氧含量大大增加,水质可全面达到Ⅲ类水质,即达到了一般鱼类保护区及游泳区的水质标准,可作为公园绿化和景观用水.养鱼塘系统养殖着观赏鱼类和水草.这些鱼多以各种藻类和微生物为食,同时也排出鱼粪等有机污染物促进藻类植物生长.流水在这里通过曝气,沉淀,生物降解和逐级过滤,确保达到Ⅲ类水质标准.这个系统养殖的鱼类,水草,在供人们观赏的同时,还可以起直观的生物监测的作用.
戏水池
戏水池是为游人提供戏水,亲水活动的场所.碧澄透彻的清流,吸引和诱惑着人们去亲水,戏水."
爱惜水,保护水,把清水送还自然"
人们在这里走进大自然,融入大自然,体验大自然的清纯,美妙.戏水池是活水公园的句号,而涓涓清流继续流向府河,像引人深思,意犹未尽的省略号……
3.2FWS系统的设计
由于废水在人工湿地中流动缓慢,故人工湿地通常可视作一级推流式反应器,稳态条件下可用以下反应动力学公式描述:
Ce/C0=exp（-KTt）
基于人工湿地的影响因素较为复杂,各国研究者对湿地床的尺寸提出了不同的计算方法。
Reed建议FWS系统可用下列方程计算[1]:
1.75
CeCKTAVLWQn
=A[-]
C0Qd
Tchobanoglour建议,水湿为T时,速率常数可由下式确定:
KT=K20（1,1）（T-20）
当湿地床的底坡或水力坡度不小于1%时,
上述方程可调整为:
=0.52exp[-]
C04.6S1/3Qd
对床表面积AS,Kaklec和Knight建议用下式
0.0365QdC0-C3
计算:
AS=（104k）ln（-C3）Ce初步设计时,k值可取34m/y,背景BOD5值可由下式计算:
C3=3.5+0.05C0FWS系统的有机负荷随废水性质和条件变化很大,其范围在18-110kgBOD5（ha•d）。
一般只作为设计校核的指标,它的控制对维持系统好氧状态及防止蚊虫、恶臭等非常重要。
FWS系统的水力负荷可达150-500m3/（ha•d）。
在确定水力负荷的同时应考虑气候、土壤状况、渗透系数和植被类型等场地条件,还应考虑接纳水体的水质要求,尤其注意由于蒸发、蒸腾的失水量对夏季处理的影响及在干旱地区设计湿地的可行性。
在特殊情况下,要求湿地设计达到零排放时,湿地中的水主要通过蒸发、蒸腾、补充地下水或系统内回用等途径完成,这时水力负荷与水平衡计算是设计时需要重点考虑的问题。
3.3SFS系统的设计
在SFS系统中,水流有2种基本流态,即层流与紊流。
当湿地床中所用填料的粒径不大、污水充满填料缝隙并处于饱和状态时水流为层流,此时可用达西公式计算[1-3],即:
Q=KsAcSv。
对其中的渗透系数Ks,到目前为止尚无准确的测定,对于以砾石为基质的湿地,欧洲人建
-议取103m/s,而美国的经验认为Ks不宜大于
-104m/s。
当Re>
1-10时,水流变为紊流,此时不宜用Darcy公式,可用Ergum公式计算[1-3]。
S=150μv[（1-n）/Dpn]2/ρg+
2
1.75（1-n）v/Dpng湿地表面积AS可用下计算[1]:
AS=Q（lnC0-lnCe）/（KTDn）式中:
KT与温度的关系为KT=K20（1.1）T-20。
据
有关文献报道和实际试验,某一特定SFS系统的K20与床体填料的孔隙率n有关,关系式为K20=
K0（37.3n4.172）,对典型城市污水取K0=1.
839d-1,高浓度有机工业废水K0=0.198d-1。
英国人Kitkuth推荐用AS=5.2Q（lnC0¬
lnCe）计算表面积。
符号说明:
AC,As—湿地床的横截面积,表面积;
m2;
Ce,C0—进水、出水BOD5;
mg/L;
Q—平均设计流量3/:
（mm32/d;
KS—渗透系数;
m•d）;
K20,KT—温度20℃,T℃时的速率常数;
d-1;
KO—某一填料中植物根系充分发展后的最佳速率常数;
d-1;
L—湿地床长度;
m;
W—湿地床宽度;
D—湿地床深度;
S—底坡或水力坡度;
（-）。
由上述各式,即可确定湿地床的基本尺寸。
湿地床长度L通常定为20-50m。
过长,易造成湿地床中的死区,且使水位难于调节,不利于植物的栽培。
此外,湿地的长度比L/W也不应过大,建议控制在3∶1以下,常采用1∶1,对于以土壤为主的系统,L/W比应小于1∶1。
床深D一般须根据所栽种植物的种类及根系的生长深度确定,以保证湿地床中必要的好氧条件。
对于芦苇湿地系统,处理城市或生活污水时,D一般取0.6-0.7m;
而用于较高浓度有机工业废水的处理时,D一般在0.3-0.4m之间。
床横截面面积与温度、有机负荷无关,只受填料的水力学特性影响。
在借鉴有关经验的基础上人们建议,通过填料横截面的平均流速Q/AC以不超过8.6m/d为宜,以避免对填料根茎结构的破坏。
湿地床底坡一般取1%-8%,须根据填料性质及湿地尺寸加以确定,对以砾石为填料的湿地床一般可取2%。
3.4人工湿地生物净化技术在污水处理中的应用
人工湿地生物净化系统示意图
人工湿地生物净化技术（以下简称人工湿地技术）是对污水进行净化处理的一项高效实用的新技术，通过对水中的污染物进行分解处理，达到对污水净化的目的。
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