人工湿地处理系统ppt课件.ppt
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1、.湿地系统的概念湿地系统的概念.滇池边的天然湿地滇池边的天然湿地.-人工湿地是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统,其设计和建造是通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来进行废水处理的。.滇池边的人工湿地滇池边的人工湿地.垂直流人工湿地表面布水系统垂直流人工湿地表面布水系统. 20世纪世纪70年代年代:- 探索人工湿地的建设与应用探索人工湿地的建设与应用 80年代以后:年代以后: 90年代以后:年代以后:- 未把人工湿地作为处理主体,常与稳定塘系统未把人工湿地作为处理主体,常与稳定塘系统及天然土地处理系统联用。及天然土地处理系统联用。- 将人工湿地作为处理主体,积极探索其工
2、艺参将人工湿地作为处理主体,积极探索其工艺参数、运用范围和处理机理。数、运用范围和处理机理。. Constructed wetlands can be less expensive to build than other treatment options Operation and maintenance expenses (energy and supplies) are low Operation and maintenance require only periodic, rather than continuous, on-site labour Wetlands are able
3、to treat wastewaters with low organic load (too low for activated sludge) They facilitate water reuse and recycling.They provide habitat for many wetland organismsv They can be built to fit harmoniously into the landscape They provide numerous benefits in addition to water quality improvement, such
4、as an environmentally sensitive approach that is viewed with favor by the general public. 人工湿地具有独特而复杂的净化机理,利用复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化。同时,通过营养物质和水分的生物地球化学循环,促进绿色植物生长并使其增产,实现废水的资源化和无害化。. 去除区域:去除区域:进口处进口处510cm内完成内完成 机理:机理:l 基质层的填料基质层的填料l 植物的根、茎植物的根、茎l 腐殖层腐殖层结论:结论:SS去
5、除效率高低,取决于污水同植物与填料的接去除效率高低,取决于污水同植物与填料的接触程度触程度. 降解主体:降解主体: 兼性细菌;厌氧细菌;好氧细菌. 去除途径:去除途径:l 植物吸收及其收获而去除l 氨的挥发l 硝化反硝化作用l 有机基质的吸附和阳离子交换作用-其中微生物的硝化反硝化作用是脱氮的主要过程-其中氧的供应和碳源数量与质量是限制性因子.N2+N2ONH3Org-NNH4NO2 - NO3-NH4NO3- 图 人工湿地氮循环示意图空气水体土壤.存 在 形 式说 明有机磷化物微生物和植物体内不溶性磷酸盐主要存在形式可溶性磷酸盐唯一可被微生物和利用 人工湿地中磷的存在形式 人工湿地中磷质量平
6、衡方程进水输入磷的总量(I) = 出水输出磷的量(E) + 作物吸收磷的量(T)土壤截留磷的量(A).湿地除磷特性湿地除磷特性物化吸附、共沉淀物化吸附、共沉淀生物吸收、直接截留生物吸收、直接截留 Ca、Fe、Al、Mg的氧化物或氢氧化物的氧化物或氢氧化物有机磷有机磷沉积沉积/直接截留直接截留无机磷无机磷生物吸收生物吸收异养降解异养降解 物化吸附物化吸附共沉淀共沉淀过饱和过饱和CaCO3土壤、根系层、土壤、根系层、填料床填料床吸收吸收湿地植物湿地植物/漂浮生物漂浮生物/微生态结构吸收微生态结构吸收 . 除磷填料最近研究进展:除磷填料最近研究进展:l 矿物填料:矿物填料:方解石;页岩;赭石;风钢渣
7、等方解石;页岩;赭石;风钢渣等l 饮用水处理剩余物:饮用水处理剩余物:新问题:新问题:出水出水pH上升;有其它物质溶出上升;有其它物质溶出-出水出水pH稳定;无其它物质溶出;符合循环经济的稳定;无其它物质溶出;符合循环经济的观点观点. 去除途径:去除途径:-土壤中微生物种类比污水处理构筑物中多得多土壤中微生物种类比污水处理构筑物中多得多l 微生物的降解作用:微生物的降解作用:l 微生物群落与植物群落的协同作用微生物群落与植物群落的协同作用-有研究发现:芦苇可直接吸收一些难降解的有有研究发现:芦苇可直接吸收一些难降解的有机物机物. 去除途径:去除途径:l 植物吸收和微生物富集作用l 土壤胶体颗粒
8、的吸附作用(离子交换)l 与S2形成硫化物沉淀 问题:问题:l 存在富集而饱和的问题l 新增重金属离子对微生物种群的胁迫作用. 去除途径:去除途径:l 基质层的沉降截留作用l 植物根系的某些分泌物的灭活作用 影响因素:影响因素:水力负荷和水力停留时间l 光照杀菌.()自由水面人工湿地()潜流型人工湿地水平潜流垂直流复合流.自由水面人工湿地系统示意图.分类(优势水生植物种类)自由表面人工湿地挺水植物系统浮水植物系统沉水植物系统各类废水N、P的去除N、P的去除. Free surface flow wetlands. 优点:-投资及运行费用低;建造、运行和维护简单 缺点:l 相同处理效率,占地面积
9、大于潜流湿地l 冬季结冰;夏天会孳生蚊蝇,散发臭味l 有传播病菌的可能.水平潜流人工湿地系统示意图.垂直潜流人工湿地系统示意图.复合潜流人工湿地系统示意图.紧凑型复合潜流人工湿地系统示意图. 优点:(与HFCWs相比) 充分运用湿地空间 缺点:(与HFCWs相比)- 投资费用高 发挥系统协同作用l 处理效率高l 保温条件好;卫生条件好. 垂直潜流人工湿地发展l 垂直潜流人工湿地的分类:(1)第一代:间歇式(潮汐流)(2)第二代:连续式(连续流)l 运用范围:-城市污水;农村污水;郊区独立住宅污水;休闲娱乐污水;垃圾渗滤液. 垂直潜流人工湿地发展回顾l 处理效果:不仅对BOD和SS具有良好的处理
10、效果,且与其它类型人工湿地相比,其对氨氮的硝化也有很好的效率和效果l 存在的主要问题-表面堵塞而产生溢水现象-水力负荷(HLR)和氧传递速率(OTR)l 设计运行的关键问题.l 结论与展望:(1)垂直潜流人工湿地出水水质可达到:BOD10mg/L,TSS10mg/L,NH3-N2mg/L(2)垂直流人工湿地比水平流具有更高的处理效率(3)系统的氧传递速率最低也有28gO2/m2d,如设计合理,还能达到更高的传递速率(4)2m2的系统面积就可将单人产生的污水处理到理想水平(5)单级或双级系统出水可与HF-VF联用系统出水相当(6)目前的研究重点是填料的选择和水力负荷的控制.(1)防渗层;)防渗层
11、;(2)基质层;)基质层;(3)腐质层;)腐质层; (4)水层和湿地植物)水层和湿地植物.作用:作用:阻止污水向地下水体的渗透阻止污水向地下水体的渗透可选用材料:可选用材料:黏土黏土高分子材料高分子材料湿地底部的沉积污泥层可形成天然防渗层湿地底部的沉积污泥层可形成天然防渗层.材料:一般采用砾石、土壤或砂材料:一般采用砾石、土壤或砂作用:作用:提供植物生长所需的基质提供植物生长所需的基质为污水的渗流提供良好的水力条件为污水的渗流提供良好的水力条件为微生物提供良好的生长载体为微生物提供良好的生长载体.组成:落叶、枯枝、微生物和小动物的尸体组成:落叶、枯枝、微生物和小动物的尸体作用:作用:为微生物提
12、供良好的生长载体为微生物提供良好的生长载体过滤作用,可去除污水中的过滤作用,可去除污水中的SS可能作为反硝化的碳源可能作为反硝化的碳源.组成:挺水植物;浮水植物;沉水植物组成:挺水植物;浮水植物;沉水植物 作用:作用:l提高湿地的处理效率提高湿地的处理效率l输氧,使床体形成好氧输氧,使床体形成好氧/缺氧缺氧/厌氧反应区厌氧反应区l对有机物、营养物质进行分解和合成代谢对有机物、营养物质进行分解和合成代谢l在冬季有保温作用,减缓处理效率的降低在冬季有保温作用,减缓处理效率的降低. 选择原则:选择原则:l能适应当地生长的植物或天然湿地原存优势种l废水特性l多种植物混植或串连种植l采用综合利用价值高的
13、作物,提高经济效益l景观效果好,美化环境,为野生动植物提供良好的生境. 系统系统 下行池下行池 ( I ) 上行池上行池 ( II ) P1 芦苇芦苇 Phragmites communis 水葱水葱 Schoenoplectus lacustris P2 茭白茭白 Zizania latifolia 菖蒲菖蒲 Acorus calamus P3 荻荻 Miscanthus sacchariflorus 凤眼莲凤眼莲 Eichhornia crassipes P4 藨草藨草 Scirpus triqueter 苔草苔草 Carex Linn. P5 菰菰 Zizania caduciflora
14、 慈菇慈菇 Sagittaria trifolia P6 (对照对照) P7 宽叶香蒲宽叶香蒲 Typha latifolia 鸢尾鸢尾 Iris pseudacorus P8 水烛香蒲水烛香蒲 Typha angustifolia 灯心草灯心草 Juncus effusus P9 风车草风车草 Cyperus alternifolius 雍菜雍菜 Ipomoea aquatica P10 薏苡薏苡 Coix lacryma-jobi 水花生水花生 Alternanthera philoxeroides P11 光头稗光头稗 Echinochloa colonum 水芹水芹 Oenabthe
15、javanica P12 稗稗 Echinochloa crusgalli 水蓼水蓼 Polygonum hydropiper 湿地植物湿地植物.湿地植物湿地植物.作用:作用:提供污染物降解的场所提供水生动物和水禽类的栖息场所. 主要设计参数l 水力停留时间与水力负荷l 所需土地面积l 有机负荷和氮负荷l 布水周期和投配时间l 长宽比和底坡l 填料种类、渗透性和渗透速率l 植物的选择. Some parameter for system(a) Hydraulicsl l Hydraulic loading rate qi (HLR) qi=Qi/A (4.1)where A = wetland
16、 top surface area(m2) qi = HLR (md-1; often expressed as cm d-1) Qi= wastewater inflow rate (m3d-1) . 4.3. Nominal detention time The volumetric flow rate (Q), area (A) and depth (h) , (porosity) Wetland water volume (V): V=Ah (4.4) Nominal detention time (): (4.5) qhQAh .(b) Water budgetThe dynamic
17、 overall water budget for a wetland is where ET = evapotranspiration rate (m d-1) I = infiltration to groundwater (m d-1) P = precipitation rate (m d-1) Q b = bank loss rate (m3d-1) Q c = catchment runoff rate (m3d-1) Q o = output wastewater flow rate (m3d-1) Q sm = snowmelt rate (m3d-1) t = time (d
18、) V = water storage in wetland (m3)dtdVAIETPQQQQQsmbCoi)(.l 地形l 地质l 土壤的化学条件l 周边河流、公路、铁路和边界拥有权的限制. 目标:防止出渗污染地下水;防止地下水入渗 技术指标黏土:小于108 m/s的水力传导率塑料膜:0.510.0mm厚Monarflex(带有玻璃纤维增强剂):0.50.75mm厚. 总原则:l 水质:来水水质;出水水质l 水量l 人工湿地的类型选择. 地表径流系统:l 土壤的构造-多数植物在沙壤土中生长良好,过多的岩石和黏土则不利l 土壤的化学状态-过于酸性或碱性的土壤会限制植物对营养物质的摄取. 水平
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