人工湿地污水处理技术的应用现状与前景展望 5页

'第43卷第3期吉林林业科技Vol.43No.32014年5月JOUＲNALOFJILINFOＲESTＲYSCIENCEANDTECHNOLOGYMay．，2014文章编号:1005－7129(2014)03－0038－04中图分类号:X703文献标识码:A人工湿地污水处理技术的应用现状与前景展望12高侃，范旭(1.吉林省湿地保护管理办公室，吉林长春130022;吉林省林业调查规划院，吉林长春130022)摘要:利用人工湿地的净化能力进行污水处理，具有投资少、操作管理简单、维护和运行费用低、处理效果好、节能环保等特点，应用前景广阔。本文对人工湿地及其污水处理技术进行了综述，并对我国人工湿地的研究与应用进行了展望。关键词:人工湿地;污水处理;综述Applicationstatusandprospectforecastofwastewatertreatmenttechnologyofconstructedwetlands12GAOKan，FANXu(1．WetlandConservationandManagementOfficeofJilinProvince，Changchun，130022，China;2．ForestInventoryandPlanningInstituteofJilinProvince，Changchun130022，China)Abstract:Purifyingcapacityofconstructedwetlandswasusedtoconductwastewatertreatment，havingthecharacteristicsofsmallerinvestment，simplermanagement，lesscostsofmaintenanceandoperation，bettertreatmenteffect，savingenergyandprotectingenvironment，whichpresentedabroadapplicationprospects．Thispapersummarizedwastewatertreatmenttechnologyofconstructedwetlands，andforecastedtheresearchandapplicationofconstructedwetlandsinourcountry．Keywords:Constructedwetlands;wastewatertreatment;summarize湿地是地球上重要的生态系统之一，处于1．1人工湿地的概念陆地生态系统与水生生态系统之间，享有“地国际湿地公约采用广义的湿地定义，指不球之肾”的美誉。湿地不仅可以调蓄水量、调问其为天然或人工、常久或暂时性的沼泽地、湿节气候、为珍奇动物提供良好的栖息地，而且还原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或［1］可以净化污水。对湿地净化能力的研究始为淡水、半咸水或咸水水体，包括低潮时水深不于20世纪50年代，由德国科学家凯瑟·塞德超过6m的水域。这一定义包含狭义湿地的区尔与莱因霍尔德·基库思首次研究了湿地去除域，有利于将狭义湿地及附近的水体、陆地形成污水中养分和悬浮固体的可能性。目前，美国、一个整体，便于保护和管理。丹麦、德国、英国等已将人工湿地系统应用于污根据《湿地公约》的湿地分类方法和湿地水处理中。随着人工湿地应用领域的不断扩的定义，将人工湿地分为10种:①水产池塘:例大，人工湿地逐渐引起人们的广泛关注［2～4］。如鱼、虾养殖池塘;②水塘:包括农用池塘、储水2池塘，一般面积小于8hm;③灌溉地:包括灌1人工湿地的概念及分类溉渠系和稻田;④农用泛洪湿地:季节性泛滥的农用地，包括集约管理或放牧的草地;⑤盐田:晒盐池、采盐场等;⑥蓄水区:水库、拦河坝、堤2收稿日期:2014－02－28坝形成的一般大于8hm的储水区;⑦采掘区:作者简介:高侃(1981－)，男(满族)，吉林东辽人，工积水取土坑、采矿地;⑧废水处理场所:污水场、程师，主要从事湿地保护管理工作．处理池、氧化池等;⑨运河、排水渠:输水渠系;—38— ⑩地下输水系统:人工管护的岩溶洞穴水系等。H2O，通过对基质的定期更换及对湿地植物的［20］在污水处理应用上，将人工湿地定义为:是收割而将新生的有机体从系统中去除。由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地彭举威等人将啤酒厂废水经过酸化处理后面，将污水、污泥有控制地投配到经人工建造的排入床体内填充石灰的人工湿地，结果表明，以湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程间歇流方式进出水可将床体上层大气的氧有效中，利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、利用，缓解了水生植物根系放氧不足的缺点，适化学、生物三重协同作用，通过物理、化学和生当地缩短周期，更可有效提高系统在处理废水［21］物作用的优化组合来实现对废水、污水、污泥进方面的能力。籍国东等以芦苇湿地处理超［5，6］行有效处理的综合系统。稠油废水的研究结果表明，当系统水力负荷为－11．2人工湿地的分类2cm·d时，主要污染物的去除率分别为根据湿地中主要植物形式分为浮游植物系COD83．16%、BOD90．66%，均超过80%的去除统、挺水植物系统、沉水植物系统;根据污水在率;且随着系统的不断运行、微生物数量的增湿地中水面位置不同分为自由水面人工湿地、加、定期更换填料床及收割湿地植物，从而达到［22］潜流型人工湿地;根据污水在湿地中水流方向将有机物去除的效果。夏汉平等人对含有的不同分为水平流人工湿地和垂直流人工湿较高浓度的炼油废水采用4种草本植物来测试［7～9］地。人工湿地对废水的处理效果，结果表明，前期人1．3人工湿地植物工湿地表现出较高的净化效率，后期效果有所湿地植物，在人工湿地系统中起着重要的下降，至趋于稳定，其对COD与BOD的去除率［23］作用，在湿地净化污水的过程中，被称为“营养均可达到90%以上。［10，11］盐清道夫”。按照应用类型，可分为观叶2．2人工湿地去除氮植物、观花植物、草皮植物、地被植物等;按生长污水中的氮包括无机氮及有机氮两种形环境可分为水生植物、沼生植物和湿生植物三式。无机氮指氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐;有机氮类;按植物的生活类型看，可分为挺水植物、沉指尿素、嘌呤和嘧啶。有研究表明，人工湿地系［12］水植物和浮水植物三类。常用于人工湿地统对污水中氮的去除主要通过基质的吸附、过系统的植物有芦苇、香蒲、荷花、美人蕉、凤眼滤、沉淀以及氨的挥发，植物的吸收和微生物硝莲、黑麦草等［13～16］。有研究表明，为了更好地［24］化、反硝化作用等方式进行。人工湿地中基发挥湿地植物在人工湿地系统中的作用，在选质介质也可以通过吸收、吸附、离子交换及过滤［25］择湿地植物的时候，要依据适地适植物的原则，等方式对污水中氮的去除起到一定作用。根据湿地系统所处地区的气候条件及植物分布张荣社等对潜流湿地处理农业面源污水的脱氮［17～19］情况对湿地植物进行选择。效果表明，芦苇、茭草潮流人工湿地脱氮率可达60%以上，其中芦苇床的脱氮效果明显好于茭2人工湿地的去污机理［26］草床及空白床。吴建强等采用表面流人工2．1人工湿地去除有机污染物湿地对污染的河水进行净化试验，结果表明，在－人工湿地对有机物具有较强的降解能力。进水浓度相同时，美人蕉、香蒲及千屈菜对N［27］污水中的污染物有多种，其中，有机物可分为不的去除率均超过65%。李旭东等人的研究溶性有机物、溶解性有机物及颗粒性有机物。认为，沸石针对铵态氮具有较强的选择吸附性，［28］有机物通过植物根际微生态环境吸附，经过同对污水中的氨氮具有快速截留的作用。化及异化作用而得以去除。同时，植物根系对2．3人工湿地去除磷氧的传递释放，使污染物不仅被植物、微生物吸污水中磷的存在形式可分为活性磷与非活收，还可以通过硝化、反硝化，累积、降解、络合、性磷两种。人工湿地系统对磷的去除主要通过吸附等作用而显著增加去除率。其中，不溶性水生植物吸收、基质吸收吸附、生物同化作用、有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地微生物过量积累等方式完成对磷的去除过［29］被截留而被微生物利用。污水中大部分有机物程。最终被异氧微生物转化为微生物体及CO2和刘超翔等采用复合生态床处理低浓度农村—39— 污水，结果表明，茭白对氮磷的吸收能力较强，世纪70年代发展起来的一种污水处理系统，主可与芦苇构成一种较好的植物栽种搭配方式，要应用于工业废水、食品业废水、农业面源污［30］对TP的去除率达55．0%～66．0%。李旭染、垃圾场地渗漏废水等方面。1987年，我国东等人对比3种人工湿地除磷效果的研究表建立了第一个人工湿地去污处理系统，虽然在明，砾石潜流人工湿地具有较佳的总磷去除效之后的研究中，对于人工湿地的净化机理、系统果，对总磷的去除率达70%。吴树彪等人利用控制、设计及运营等方面取得了进展，但目前所人工湿地组合系统对生活污水的处理进行了研采用的人工湿地在规模以及处理技术上仍处于究，结果表明，在污水进入沉淀池后颗粒态磷沉发展阶段，典型应用有:淀、溶解态磷通过物理、化学及生物过程发生各①深圳白泥坑人工湿地处理系统。1990种形式的循环与转化，TP的去除率在79．5%年7月，在深圳建起我国第一个人工湿地污水［31］～90．7%之间。王世和等人采用小型人工处理工程———白泥坑人工湿地处理系统。白泥湿地处理城市污水，并对其在三季内对COD、坑人工湿地污水处理系统位于深圳市宝安县白2TP等的去除效果进行了研究，结果表明，夏季泥坑村南500m处，占地面积12．6hm，日处理3－1人工湿地对总磷的去除率较冬季高约15%，在量3100m·d废水，对BOD的去除年均达［35］景观水体去除示范工程中，冬季对TP、TN的去90%，COD年均可达80．47%。除率较夏天均有所降低，分别降低了34%和②山东胶南市污水处理厂。胶南市工业废［32］27%。水主要来源于造纸、化工、印染、纺织、食品加2．4人工湿地去除重金属工、酿造、橡胶、热电等企业，工业废水与生活污工业污水、油砂废水等污水中常含有较多水量之比为14，排水系统多采用雨污分流的重金属离子。人工湿地对此类污水中的重金制。胶南污水处理厂总投资为3000万元，设3－1属也具有较强的去除能力。人工湿地对重金属计处理规模为60000m·d，占地面积为2离子的去除主要是通过植物吸收富集、土壤胶76．7hm，全部为盐碱荒滩。体颗粒吸附、悬浮颗粒沉降等方式完成对污水③内蒙赤峰市宁城污水处理厂。宁城污水中重金属离子的去除作用。处理厂属赤峰市建委及宁城县建设局承担的国戴全裕等利用多花黑麦草净化黄金废水的家建设部下达的“八五”科技研究重点课题“人研究表明，黑麦草对黄金废水的净化效果较高，工湿地污水处理技术在我国北方地区的研究和具有较强的富集能力，可与凤眼莲交替使应用”。该项目曾于1997年6月通过国家建设［33］用。部科技司主持的技术鉴定，并于1998年6月将2．5人工湿地去除悬浮物及病原菌该项成果予以推广。污水中的悬浮物含有大量的污染物质，对原污水通过格栅，流经集水井、沉淀池，进其的去除可有效提高污染物的去除率。人工湿入栽植有芦苇的一级碎石床后，经处理后的进地去除悬浮物主要是通过基质过滤、沉淀、湿地水经由栽植有香蒲的二级碎石床流出排入天然介质表面吸附及微生物生长等方式达到去除目河道。采用此工艺处理每吨污水需土建费用的。研究表明，人工湿地可以去除污水中的病427．00元，维护费用0．06元，占地面积2原菌，其机理尚在研究中。3.6m。该系统的应用，对东小河的生态环境起吴振斌等对人工湿地系统去除藻毒素的研到了明显的改善作用，提高了当地居民的生活究表明，人工湿地系统对藻毒素具有一定的去环境质量。除作用，两套系统去除率达68．5%、34．6%，除④沈阳市浑南新区人工湿地。此项目包括湿地植物组合具有较好的作用外，基质的吸附三项工程，即:污水人工湿地、雨水人工湿地和2及细菌降解作用也是该系统的主要去除机污泥矿化人工湿地，总面积约为60000m，处［34］－1－1制。理生活污水1000t·d、雨水2000t·d、污3泥100m/月。在冬季，该系统可正常运行。3国内人工湿地污水处理的应用经试验，系统在运行2a后达到设计标准，污水采用人工湿地系统处理污水的研究为20COD净化率可达90%。该系统具有投资少、出—40— 水水质高、操作简单、便于维护、运营低成本等参考文献特点，解决了传统污水处理过程中存在的一次投资和运转费用过高的难题。［1］吴霖．提倡绿色设计走可持续发展之路［A］．中⑤浙江舟山城北水库人工湿地。2008年6国环境学会.中国环境保护优秀论文集(上册)［C］.月，此项目改建完成并投入使用，湿地使用面积北京:中国环境出版社，2005:134－137．2［2］陈德强，吴振斌，成水平，等．不同湿地组合工艺净约为600m。采用湿地植物黄花鸢尾、再力化污水效果的比较［J］．中国给排水，2003，19(9):12－花、水葱等，主要用于处理上游生活污水及雨水15．3等，日处理量达到100m。湿地系统运行过程［3］杨昌凤，夏盛林，许春所，等．土壤类型与人工湿地中，出水水质达到地表水环境质量标准中的Ⅲ污水处理功能的关系［J］．环境保护科学，1993，(1):46类标准。此系统具有低投资、低运营成本、处理－50．模式灵活、维护及管理简便等特点，为我国生活［4］项学敏，杨洪涛，周集体，等．人工湿地对城市生活［36］污水和雨水处理提供了良好的参考方向。污水的深度净化效果研究:冬季和夏季对比［J］．环境⑥河北怀来县黑土洼村官厅水库人工湿科学，2009，(3):713－719．地。系统原址建于河北省怀来县黑土洼村官厅［5］钟秋爽，王世和，黄娟，等．人工湿地系统溶解氧的水库旁，总面积为200m2，设有两个保温系统，研究［J］．盐城工学院学报(自然科学版)，2006，19(1):54－56．系统植物配置以芦苇、蒲草混种为主，系统内部［6］徐德福，李映雪．用于污水处理的人工湿地的基质、设有沉淀池，用以降低进水中悬浮物含量。系植物及其配置［J］．湿地科学，2007，5(1):32－38．统在冬季运营期间，COD去除率较高，约为［7］籍国东，孙铁珩，马学军，等．自由表面流人工湿地15%，呈理想运营状态。不足之处为水平潜流处理超稠油废水［J］．环境科学，2001，22(4):95－99．湿地系统中因缺少通风及输氧植物，对氮去除［8］付国楷，周琪，杨殿海，等．潜流人工湿地深度净化［37～39］率有一定影响。二级处理出水研究［J］．中国给水排水，2007，23(13):31－35．4人工湿地污水处理展望［9］何成达，谈玲，葛丽英，等．波式潜流人工湿地处理人工湿地系统具有自然湿地系统所具有的生活污水的试验研究［J］．农业环境科学学报，2004，23各种生态系统功能，在废水处理中的成功应用(4):766－769．［10］MitchellDS，ChickAJ，ＲaisinGW．Theuseof表明，人工湿地系统污水处理技术实用，具有处wetlandsforwaterpollutioncontrolinAustralia:aneco-理效果好、操作管理简单、投资少、维护和运行logicalperspective［J］．Wat．Sci．Tech．，1995，32(3):费用低、节能环保等特点，应用前景非常广阔。365－373．目前，各国都投人了大量精力进行人工湿地改［11］吴建强，阮晓红，王雪，等．人工湿地中水生植物的良技术的研究，将一些传统的污水处理技术引作用和选择［J］．水资源保护，2005，21(1):1－6．入到人工湿地系统。除了对现有的人工湿地系［12］黄丽华，沈根祥，钱晓雍，等．7种人工湿地植物根统进行研究以改良和优化工程设计参数外，也系扩展能力比较研究［J］．上海环境科学，2006，(4):尽可能地模仿自然湿地，并对人工湿地系统的174－176．长期运行能力和管理问题进行深入研究。［13］朱夕珍，崔理华，刘雯，等．垂直流美人蕉模拟人工在我国，人工湿地在污水处理中的应用研湿地对化粪池出水的净化效果［J］．农业环境科学学报，2004，23(4):761－765．究尚处于初级阶段，国家有关部门应该在思想［14］李亚治．水葫芦水草人工湿地系统在再生浆造纸上进一步提高对人工湿地处理污水重要性的认废水处理中的应用研究［J］．环境科学动太，2000，(2):知程度，在政策、资金、技术等方面提供大力支28－30．持和保障，定期组织召开研讨会，作好宣传、推［15］廖新俤，骆世明．香根草和风车草人工湿地对猪场广工作。另外，应该积极开展与广泛利用人工废水氮磷处理效果的研究［J］．应用生态学报，2002，13湿地处理污水的国家间的信息交流工作。在未(6):719－722．来的研究方向中，可着重对水生植物生理生态、［16］牛晓音，葛滢，常杰，等．黑麦草在净化富营养化水种类筛选及有毒有害污染废水净化等方面进行的人工湿地生态工程中的作用［J］．湿地科学，2004，2研究。(3):202－207．(下转第52页)—41— 意防治病虫害和杂草，同时追肥要及时，每次的5苗木生长状况量不宜过大。当年秋季在苗木落叶后进行苗木生长调参考文献查。在圃地南部、中部和北部各设置一块标准2［1］张尔卓，杜文波．桑树育苗及造林技术［J］．吉林地，每块标准地面积1m，实测苗高与地径。经计算，3块标准地的平均苗高分别为林业科技，2012，41(6):43．37．4cm、35．4cm和36．3cm，总体平均苗高为［2］王玉琢，赵晓群，李荣平，等．樟子松大树移栽和养护管理［J］．吉林林业科技，2013，42(1):48，62．36．4cm;平均地径分别为0．49cm、0．55cm和［3］王非，赵舒野，姜思佳，等．不同散粉期胡桃楸离体0．52cm，总体平均地径为0．52cm;苗木产量花粉生活力的测定［J］．森林工程，2013，29(3):42－分别为689株、618株和645株，总体平均产量44．为651株，略高于吉林省地方标准(DB22/T820［4］郑延举，王忠，刘栋明．大青杨秋季换床育苗试－1995)的上限;Ⅰ、Ⅱ级苗占88．5%，基本符验［J］．吉林林业科技，2013，42(4):14－16．合标准规定。［5］刘爱萍，毕延林，于海媛，等．大叶山杨组培微繁工日本落叶松的育苗实践证明，种子应进行厂化育苗生产技术［J］．吉林林业科技，2012，41(2):雪藏处理，以提高场圃发芽率;土地以平地较为55，58．适宜，坡度不宜超过5°，且要施足底肥。要注櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃(上接第41页)2006，(3):238－242．［17］ＲeddyKＲ，DebushTA．Nutrientremovalpotential［28］李旭东，周琪，张荣社，等．三种人工湿地脱氮除磷ofselectedaquaticmacrophytes［J］．JournalofEnviron-效果比较研究［J］．地学前缘，2005，12(特刊):73－76．mentalQuality，1985，14:459－462．［29］崔丽娟，张曼胤，李伟，等．人工湿地处理富营养化［18］BrixH．Domarophytesplayaroleinconstructed水体的效果研究［J］．生态环境学报，2010，19(9):2142wetlandstreatments［J］．WaterScienceandTechnology，－2148．1997，35(5):11－17．［30］刘超翔，胡洪营，张健，等．人工复合生态床处理低［19］张雨葵，杨扬，刘涛．人工湿地植物的选择及湿地浓度农村污水［J］．中国给水排水，2002，(7):1－4．植物对污染河水的净化能力［J］．农业环境科学学报，［31］吴树彪，胡静，翟旭，等．家庭人工湿地组合系统处2006，25(5):1318－1323．理农村生活污水的试验研究［J］．水处理技术，2009，［20］汪开英，郑水生，郭宗楼，等．提高生态浮床系统脱(3):94－98．氮除磷效率研究进展［J］．湿地科学，2012，10(1):116［32］王世和，王薇，俞燕．潜流式人工湿地的运行特性－120．研究［J］．中国给水排水，2003，(4):9－11．［21］彭举威，崔玉波，赵可，等．间歇流人工湿地处理啤［33］吴振斌，陈辉蓉，雷腊梅，等．人工湿地系统去除藻酒废水的特性［J］．吉林建筑工程学院学报，2004，(3):毒素研究［J］．长江流域资源与环境，2000，(2):242－4－6．247．［22］籍国东，孙铁珩，李顺，等．人工湿地及其在工业废［34］李善征，方伟．人工湿地工程实例简介［J］．北京水水处理中的应用［J］．应用生态学报，2002，13(2):224利，2004，(1):54－56．－228．［35］王久贤．白泥坑人工湿地水力学计算研究［J］．广［23］夏汉平，柯宏华，邓钊平，等．人工湿地处理炼油废东水利水电，1997，(6):50－52．水的生态效益研究［J］．生态学报，2003，(7):1344－［36］廖维敏，龙举，王婧，等．表面流人工湿地处理生活1355．污水研究———以浙江省舟山城北水库人工湿地为［24］贺锋，吴振斌，陶菁，等．复合垂直流人工湿地污水例［J］．安徽农业科学，2011，39(3):1649－1650．处理系统硝化与反硝化作用［J］．环境科学，2005，26［37］刘学燕，代明利，刘培斌，等．人工湿地在我国北方(1):47－50．地区冬季应用的研究［J］．安徽农业科学，2004，23(6):［25］何小娟，李旭东．沸石潜流湿地去除氨氮的运行模1077－1081．式研究［J］．化工环保，2004，70－72．［38］范晶，郜莹，肖洋．哈尔滨市9种湿地植物在不同［26］张荣社，周琪，张建，等．潜流构造湿地去除农田排HＲT下净污效果研究［J］．森林工程，2012，28(6):22水中氮的研究［J］．环境科学，2003，(1):113－116．－24，27．［27］吴建强，黄沈发，阮晓红，等．江苏新沂河河漫滩表［39］沈范珠，赵大生．吉林省湿地生态服务功能分面流人工湿地对污染河水的净化试验［J］．湖泊科学，析［J］．吉林林业科技，2013，42(3):21－23，50．—52—'