第九章 污染生态工程

1、一、环境污染概述一、环境污染概述 生物圈：生物圈：生活物质及其生命活动的产物所集中的圈层，生活物质及其生命活动的产物所集中的圈层，其范围从海平面以下其范围从海平面以下12Km的深度到海平面以上约的深度到海平面以上约10Km的高度。的高度。 生态环境污染：生态环境污染：生物圈中人类赖以生存的水、空气、土生物圈中人类赖以生存的水、空气、土壤等资源的物理、化学和生物学特性发生了改变，直接壤等资源的物理、化学和生物学特性发生了改变，直接或间接地危及到人类的生存和发展。或间接地危及到人类的生存和发展。 环境污染的哲学理解：环境污染的哲学理解：资源的一种不适当的分配形式资源的一种不适当的分配形式第九章第九

2、章 污染生态工程污染生态工程生态环境恶化特征生态环境恶化特征n人类潜能与环境阻力之间的矛盾日益严重；人类潜能与环境阻力之间的矛盾日益严重；n自然生态环境的日益缩小与人工生态环境的自然生态环境的日益缩小与人工生态环境的不断扩大；不断扩大；n生态环境的恶化带有机械破坏和化学污染两生态环境的恶化带有机械破坏和化学污染两症并发的特征。症并发的特征。污染的主要影响因素分析污染的主要影响因素分析1、人口激增是环境恶化的重要原因、人口激增是环境恶化的重要原因例如：几乎所有的杀虫剂都是二战以后研制成功。例如：几乎所有的杀虫剂都是二战以后研制成功。2、重视经济增长甚于重视环境保护、重视经济增长甚于重视环境保护未

3、成功树立未成功树立“环境本身也是一种有价资源环境本身也是一种有价资源”的观念。的观念。环境的基本功能：环境的基本功能：1、生存性功能生存性功能满足人类基本生存和生理需满足人类基本生存和生理需要的基本功能。要的基本功能。2、生产性功能生产性功能为人类经济活动提供一定的为人类经济活动提供一定的容纳、分解、净化废物的空间的功能。容纳、分解、净化废物的空间的功能。生态环境的价值属性生态环境的价值属性n生态环境的固有价值生态环境的固有价值n生态环境的经济价值生态环境的经济价值n生态环境的社会价值生态环境的社会价值（人与自然方面（人与自然方面 & 人与人方面）人与人方面） 二、环境污染现状二、环境污染现状

4、n大气层的污染大气层的污染n淡水生态系统的污染淡水生态系统的污染n海洋生态环境的污染海洋生态环境的污染n土壤生态系统的污染土壤生态系统的污染大气层的污染n大气中的污染物或由它转化成的二次污染物的浓度达到了有害程度的现象称为大气污染。由于人为或自然因素导致大气中的某些组分含量发生改变，从而引起了大气污染。 火山喷发引起的大气污染 人为引起的大气污染主要的大气污染物：主要的大气污染物： 二氧化碳二氧化碳 氯氟烷烃氯氟烷烃 甲烷甲烷 氧化亚氮氧化亚氮 氮氧化物和硫氧化物氮氧化物和硫氧化物 烟尘烟尘 重金属重金属 酸雨造成的破坏烟雾造成的破坏臭氧层破坏包围地球的臭氧层南极上空的臭氧层空洞曾淡水生态系统

5、的污染n 人类可利用的淡水资源主人类可利用的淡水资源主要是江河湖泊、地下水和要是江河湖泊、地下水和降水。随着人口增加、工降水。随着人口增加、工农业用水激增，世界的淡农业用水激增，世界的淡水用量一直在稳步增长。水用量一直在稳步增长。在过去的三个世纪内，人在过去的三个世纪内，人类的用水量已增加了类的用水量已增加了35倍倍以上。水资源污染、水土以上。水资源污染、水土流失加剧，使得淡水资源流失加剧，使得淡水资源已经成为一种限制性的资已经成为一种限制性的资源。源。土壤生态系统的污染 n随着工农业的发展，土壤作农业生产要素已成为多种污染物的接受体，受到了直接和持久的危害。当前我国受污染农田面积已多达200

6、0万hm2，约占耕地面积的15，如不及时采取有效的管理和防治措施，受污染农田面积势必将进一步扩大。n土壤污染物主要包括：有机污染物，如农药、除草剂等，无机污染物，如化肥、重金属类等，固体废弃物，如污泥、生活垃圾、矿渣粉、煤灰等；有害微生物，如肠细菌、结核杆菌等。 三、污染物在环境中的迁移转化三、污染物在环境中的迁移转化一般规律：由不稳定转向稳定，或由稳定一般规律：由不稳定转向稳定，或由稳定转向不稳定。转向不稳定。n物理迁移转化规律物理迁移转化规律n化学迁移转化规律化学迁移转化规律n生物迁移转化规律生物迁移转化规律稀释稀释沉淀沉淀 中和中和 氧化还原氧化还原光化学反应光化学反应 生物降解生物降解

7、 生物转化生物转化 积累、浓缩和放大积累、浓缩和放大 四、环境生态工程四、环境生态工程 总总则则利用生态系统自净能力消除污染利用生态系统自净能力消除污染n人工湿地污水处理生态工程人工湿地污水处理生态工程n氧化塘污水处理生态工程氧化塘污水处理生态工程n污水土地处理生态工程污水土地处理生态工程n城市垃圾及污泥处理生态工程城市垃圾及污泥处理生态工程n重金属污染土壤治理生态工程重金属污染土壤治理生态工程n城市林网绿地生态工程城市林网绿地生态工程人工湿地污水处理生态工程人工湿地污水处理生态工程人工湿地系统（人工湿地系统（Constucted wetlandConstucted wetland），），是指

8、以工程方式构筑池深小于是指以工程方式构筑池深小于 1.51.5 左右的左右的池塘或沟渠并种植水生植物后，导入污水进行池塘或沟渠并种植水生植物后，导入污水进行净化处理的技术。根据美国环境保护署出净化处理的技术。根据美国环境保护署出 版版的的人工湿地处理城市废水手册人工湿地处理城市废水手册所述，人工所述，人工湿地系统已有湿地系统已有4040 余年的应用历史。只要设计余年的应用历史。只要设计及操作得当，人工湿地系统是可靠、有效的自及操作得当，人工湿地系统是可靠、有效的自然净化处理系统，然净化处理系统， 处理水质可达二级至三级处理水质可达二级至三级处理的水质标准。处理的水质标准。 1.1.人工湿地系统

9、的概念人工湿地系统的概念2. 2. 人工湿地净化废水的机理人工湿地净化废水的机理人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物组成的生态系统。生活在土壤中的微生物（细菌和真组成的生态系统。生活在土壤中的微生物（细菌和真菌）在有机物的去除中起主要作用，湿地植物的根系菌）在有机物的去除中起主要作用，湿地植物的根系将氧气带入周围的土壤，但远离根部的环境处于厌氧将氧气带入周围的土壤，但远离根部的环境处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加强了人工湿地去除，形成处理环境的变化带，这就加强了人工湿地去除复杂污染物及难处理污染物的能力。大部分有机物的复杂污染物及难处理污染

10、物的能力。大部分有机物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污染物如重金属、去除是靠土壤中的微生物，但某些污染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。悬浮物去除悬浮物去除 污水中的悬浮物含有大量的污染物质，例如有机物、污水中的悬浮物含有大量的污染物质，例如有机物、氮磷、重金属和病原菌等，因此去除悬浮物可以提高污氮磷、重金属和病原菌等，因此去除悬浮物可以提高污水的去除率。悬浮物主要通过过滤、沉淀、湿地介质表水的去除率。悬浮物主要通过过滤、沉淀、湿地介质表面的吸附及微生物生长等作用从水中去除。湿地对悬浮面的吸附及微生物生长等作用从水中去除。湿地对悬浮物的去除非常有效，

11、悬浮固体出水值一般低于物的去除非常有效，悬浮固体出水值一般低于10mg/L10mg/L。为防止在进水口附近发生堵塞，进水前必须设置预处理为防止在进水口附近发生堵塞，进水前必须设置预处理以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。有机物的去除有机物的去除污水中的有机物包括包括颗粒性有机物和溶解性有机污水中的有机物包括包括颗粒性有机物和溶解性有机物。前者通过沉淀和过滤可迅速去除，而后者则通过植物。前者通过沉淀和过滤可迅速去除，而后者则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解而去除。微生物降解有机物又分为好

12、氧降解和厌氧降解而去除。微生物降解有机物又分为好氧降解和厌氧降解。好氧降解主要由好氧好氧降解主要由好氧异异养养菌菌控制：控制：CH2O+O2=CO2+H2O厌氧降解由兼性厌氧菌和专性厌氧菌控制，该过程分厌氧降解由兼性厌氧菌和专性厌氧菌控制，该过程分两步进行。第一步主要产物为脂肪酸，如乙酸、乳酸、两步进行。第一步主要产物为脂肪酸，如乙酸、乳酸、乙醇、乙醇、CO2和和H2。 C6H12O6+2H2O=2CH3COOH+4H2+2CO2 C6H12O6=2CH3CHOHCOOH C6H12O6=2CO2+2CH3CH2OH硫酸盐还原菌和产甲烷菌利用上述脂肪酸进行代谢活动。硫酸盐还原菌和产甲烷菌利用上

13、述脂肪酸进行代谢活动。 CH3COOH+H2SO4=2CO2+2H2O+H2S CH3COOH+4H2=2H2O+2CH4 CO2+4H2=CH4+2H2OBOD的去除包括几个生物化学过程：好氧呼吸，厌氧消减的去除包括几个生物化学过程：好氧呼吸，厌氧消减和硫酸盐还原。和硫酸盐还原。氮、磷的去除氮、磷的去除污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮、污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐。有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧亚硝酸盐和硝酸盐。有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。研究表明，人工湿地处理系统对氮的去除作用包括基啶。研究表明，人工湿地处理系统对氮的去除作用包括基质

14、的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生物硝化质的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生物硝化、反硝化作用。、反硝化作用。人工湿地系统中对人工湿地系统中对P P的去除主要通过下面三个方面：微的去除主要通过下面三个方面：微生物正常的同化或植物的吸收作用；聚磷菌的过量摄生物正常的同化或植物的吸收作用；聚磷菌的过量摄P P作用作用；基质的物理化合作用。其中最主要的是基质对；基质的物理化合作用。其中最主要的是基质对P P的吸附作的吸附作用及其纳用及其纳P P容量，其吸附作用与基质中容量，其吸附作用与基质中Fe Fe ，Al Al 和和CaCa等金属等金属离子有关，而植物吸收对离子有关，而植物吸收对

15、P P的去除效率影响不大。的去除效率影响不大。重金属去除重金属去除 人工湿地对重金属也有很强的去除能力。金属离人工湿地对重金属也有很强的去除能力。金属离子去除机理主要有：植物的吸收和富集作用、土壤胶子去除机理主要有：植物的吸收和富集作用、土壤胶体颗粒的吸附、悬浮颗粒的过滤和沉淀，人工湿地对体颗粒的吸附、悬浮颗粒的过滤和沉淀，人工湿地对污水中重金属去除是通过植物、微生物、土壤基质等污水中重金属去除是通过植物、微生物、土壤基质等组成成分共同起作用的组成成分共同起作用的。3. 3. 人工湿地的组成人工湿地的组成绝大多数人工湿地由五部分构成：绝大多数人工湿地由五部分构成： 基质，基质，具有透水性，如土

16、壤、砂、砾石；具有透水性，如土壤、砂、砾石； 水体水体（在基质表面上或下流动的水）；（在基质表面上或下流动的水）； 植物，植物，适于在饱和水和厌氧基质中生长，如芦苇；适于在饱和水和厌氧基质中生长，如芦苇； 无脊椎或脊椎无脊椎或脊椎动物动物； 好氧或厌氧好氧或厌氧微生物微生物种群。种群。湿地系统正是在这种有一定长宽比和底面坡湿地系统正是在这种有一定长宽比和底面坡度的洼地中，由土壤和填料（如砾石等）混合度的洼地中，由土壤和填料（如砾石等）混合组成的填料床，污水在床体的填料缝隙中流动组成的填料床，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或在床体表面流动，并在床体表面种植具有

17、性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美能好、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、蒲草观及具有经济价值的水生植物（如芦苇、蒲草等），从而形成一个独特的动植物生态系统。等），从而形成一个独特的动植物生态系统。 植物植物植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地净化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个重要的方面个重要的方面: : 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; ; 为根区好氧

18、微生物输送氧气为根区好氧微生物输送氧气; ; 增强和维持介质的水力传输。增强和维持介质的水力传输。一般来说一般来说, , 选择湿地植物要注意几个原则：选择湿地植物要注意几个原则：净化能力，耐污能力和抗寒、抗热能力强，对不同净化能力，耐污能力和抗寒、抗热能力强，对不同的污染物采用相应的植物种类；的污染物采用相应的植物种类；选择在本地适应性好的植物，最好是本地植物；选择在本地适应性好的植物，最好是本地植物；根系发达、生物量大；根系发达、生物量大；抗病虫害能力强；抗病虫害能力强；最好有广泛用途或经济价值；最好有广泛用途或经济价值；易管理，综合利用价值高。易管理，综合利用价值高。不同的植物类型对不同的

19、污染物质具有一定的针对性不同的植物类型对不同的污染物质具有一定的针对性。对氮磷去除效果较好的湿地植物，如茭白、芦苇、水烛。对氮磷去除效果较好的湿地植物，如茭白、芦苇、水烛、灯心草。对重金属有较好的去除作用的植物是：宽叶香、灯心草。对重金属有较好的去除作用的植物是：宽叶香蒲，且对蒲，且对PbPb、ZnZn、Cd Cd 等重金属有较好的去除作用。等重金属有较好的去除作用。微生物微生物人工湿地中微生物是净化污水的人工湿地中微生物是净化污水的“主力军主力军”。其数量在。其数量在一定程度上可反映人工湿地净化污水的能力。它们把有机质一定程度上可反映人工湿地净化污水的能力。它们把有机质作为作为丰富能源丰富能

20、源，将其转化为营养物质和能量。人工湿地在处，将其转化为营养物质和能量。人工湿地在处理污水之前，各类微生物的数量与自然湿地基本相同。但随理污水之前，各类微生物的数量与自然湿地基本相同。但随着污水不断进入人工湿地系统，某些微生物的数量将逐渐增着污水不断进入人工湿地系统，某些微生物的数量将逐渐增加，并在一定时间内达到最大值而趋于稳定。加，并在一定时间内达到最大值而趋于稳定。人工湿地系统中的微生物主要去除污水中的有机质和人工湿地系统中的微生物主要去除污水中的有机质和N N，某些难降解的有机物质和有毒物质需要运用微生物的诱发变某些难降解的有机物质和有毒物质需要运用微生物的诱发变异特性，培育驯化适宜吸收和

21、消化这些有机物质和有毒物质异特性，培育驯化适宜吸收和消化这些有机物质和有毒物质的优势细菌，进行降解。人工湿地中微生物的活动是湿地净的优势细菌，进行降解。人工湿地中微生物的活动是湿地净化污水的最主要因素。现有研究已经发现在化污水的最主要因素。现有研究已经发现在BOD5BOD5、COD COD 以及以及氮等降解的过程中微生物都发挥了重要作用。氮等降解的过程中微生物都发挥了重要作用。人工湿地中的优势菌种有假单胞杆菌属人工湿地中的优势菌种有假单胞杆菌属PseudomonasPseudomonas、产、产碱杆菌属碱杆菌属Alcaligens Alcaligens 和黄杆菌属和黄杆菌属Flavobacte

22、rium Flavobacterium ，均为生，均为生长快速的微生物，其体内含有降解质粒，是分解有机物的主长快速的微生物，其体内含有降解质粒，是分解有机物的主体微生物种群。此外，对于有些难降解的有机物和有毒物须体微生物种群。此外，对于有些难降解的有机物和有毒物须运用微生物诱导变异特性，培育驯化适宜吸收和消化这些物运用微生物诱导变异特性，培育驯化适宜吸收和消化这些物质的优势种，进行降解。质的优势种，进行降解。同时，研究发现湿地中的微生物数目和种类与污水净化效同时，研究发现湿地中的微生物数目和种类与污水净化效果也有一定的关系。其数量越多则去除率越高。其中污水中果也有一定的关系。其数量越多则去除率

23、越高。其中污水中BOD5BOD5的去除率与湿地细菌总数显著相关，氨氮的去除率与硝的去除率与湿地细菌总数显著相关，氨氮的去除率与硝化细菌和反硝化细菌的数量密切相关，污水中总大肠杆菌的化细菌和反硝化细菌的数量密切相关，污水中总大肠杆菌的去除率与湿地原生动物和放线菌数量也存在显著相关性。这去除率与湿地原生动物和放线菌数量也存在显著相关性。这也从一个方面说明湿地微生物在污染物降解中起到了重要作也从一个方面说明湿地微生物在污染物降解中起到了重要作用。用。基质基质基质基质, , 又称填料又称填料, , 是人为设计的由不同大小的砾、沙、是人为设计的由不同大小的砾、沙、土颗粒等按一定厚度铺成的供植物生长、微生

24、物附着的床体土颗粒等按一定厚度铺成的供植物生长、微生物附着的床体。基质是污水处理的主要场所。基质是污水处理的主要场所, ,也是微生物的主要载体，同时也是微生物的主要载体，同时又可以为水生植物提供支持载体和生长所需的营养物质，当又可以为水生植物提供支持载体和生长所需的营养物质，当这些营养物质通过污水流经人工湿地时这些营养物质通过污水流经人工湿地时, ,基质通过一些物理、基质通过一些物理、化学途径化学途径( (如吸附、吸收、过滤、沉淀、络合反应和离子交换如吸附、吸收、过滤、沉淀、络合反应和离子交换等等) ) 来去除污水中的来去除污水中的SSSS、N N、P P等营养物质。等营养物质。自由表面流系统

25、多以土壤为基质自由表面流系统多以土壤为基质, , 潜流与垂直流系统则潜流与垂直流系统则根据不同的特征污染物选择不同的基质根据不同的特征污染物选择不同的基质, , 并须考虑便宜、易并须考虑便宜、易于取材等因素。于取材等因素。动物动物动物是作为人工湿地生态系统中必不可少的一部分动物是作为人工湿地生态系统中必不可少的一部分, , 其在食物链与营养级的生态平衡中起到重要作用其在食物链与营养级的生态平衡中起到重要作用, , 进而对进而对人工湿地污水处理系统的稳定性作出了重要贡献。目前人工湿地污水处理系统的稳定性作出了重要贡献。目前, , 关于人工湿地中动物参与污染物净化方面的研究甚少关于人工湿地中动物参

26、与污染物净化方面的研究甚少, , 有有研究提到了蚯蚓研究提到了蚯蚓(Drilonema) (Drilonema) 能起到清洁垃圾的作用能起到清洁垃圾的作用, , 从从而减少了排泥次数。蚯蚓和沙蚕而减少了排泥次数。蚯蚓和沙蚕(Nereisdiversicolor) (Nereisdiversicolor) 对重金属有富集作用对重金属有富集作用, , 可以推测这些动物对污水中的重金可以推测这些动物对污水中的重金属去除也能起一些作用属去除也能起一些作用。自由水面系统自由水面系统（FWSFWS），又称表面流湿地；），又称表面流湿地；潜流系统潜流系统（SFSSFS），又称潜流湿地。），又称潜流湿地。 潜

27、流湿地又分为潜流湿地又分为水平流潜流系统水平流潜流系统（HFSHFS）和）和垂垂直流潜流系统直流潜流系统（VFSVFS）根据根据水的流动状态水的流动状态，将人工湿地系统分为如，将人工湿地系统分为如下类型：下类型：4.4.人工湿地系统的分类人工湿地系统的分类此形式的人工湿地是在池深约此形式的人工湿地是在池深约0.6-1.50.6-1.5的浅池塘或渠道中种植各种的浅池塘或渠道中种植各种水生植物，水生植物， 包含挺水植物（如香蒲、芦苇、包含挺水植物（如香蒲、芦苇、 风车草、茭白笋及开卡芦风车草、茭白笋及开卡芦等）、沉水植物（如水蕴草、金鱼藻等）、浮叶植物（如睡莲、菱角等等）、沉水植物（如水蕴草、金鱼

28、藻等）、浮叶植物（如睡莲、菱角等）及漂浮植物）及漂浮植物 （青萍、满江红等），其外观和功能与自然湿地类似，具（青萍、满江红等），其外观和功能与自然湿地类似，具开放水面区、水生植物密植区、浮岛等环境，开放水面区、水生植物密植区、浮岛等环境， 可吸引野外的动植物，具可吸引野外的动植物，具栖息地重现的功能。栖息地重现的功能。（1 1）表面流湿地表面流湿地（FWSFWS）FWSFWS湿地依湿地表面形态不同分为：湿地依湿地表面形态不同分为：n此形式的人工湿地是在池深此形式的人工湿地是在池深0.6-10.6-1、底部坡度、底部坡度0.50.51 1的沟渠或水池铺设砾石或土壤后密植挺水植物，再导的沟渠或水池

29、铺设砾石或土壤后密植挺水植物，再导入污水并控制水面高度，使水面不曝露于空气，即污水入污水并控制水面高度，使水面不曝露于空气，即污水仅在介质中流动，没有开放水面区。仅在介质中流动，没有开放水面区。n主要处理机制为利用附着在砾石或是植物根系的微生物主要处理机制为利用附着在砾石或是植物根系的微生物分解水中污染物。分解水中污染物。（2 2）潜流湿地潜流湿地（S SFSFS）水平流潜流系统（水平流潜流系统（HFSHFS）：污水从进口经由污水从进口经由砂石等系统介质，以近水平流方式在系统表面以砂石等系统介质，以近水平流方式在系统表面以下流向出口。此过程中，污染物得到降解。介质下流向出口。此过程中，污染物得

30、到降解。介质通常选用水力传导性良好的材料。氧主要通过植通常选用水力传导性良好的材料。氧主要通过植物根系释放。在欧洲主要应用芦苇，因此又称芦物根系释放。在欧洲主要应用芦苇，因此又称芦苇床处理系统。香蒲也是常用的湿地植物。苇床处理系统。香蒲也是常用的湿地植物。 垂直流潜流系统垂直流潜流系统（VFSVFS）：该系统通常在该系统通常在整个表面设置配水系统，并周期性进水。系统下整个表面设置配水系统，并周期性进水。系统下部排水，水流处于系统表面以下。目的是系统可部排水，水流处于系统表面以下。目的是系统可以排空水，以最大程度地进行氧补给。以排空水，以最大程度地进行氧补给。几种不同湿地系统比较人工湿地污水处理

31、系统由人工湿地污水处理系统由预处理单元预处理单元和和人工湿人工湿地单元地单元组成。通过合理设计可将组成。通过合理设计可将BODBOD5 5、SSSS、营养盐、营养盐、原生动物、金属离子和其他物质处理达到二级和、原生动物、金属离子和其他物质处理达到二级和高级处理水平。高级处理水平。预处理主要去除粗颗粒和降低有机负荷。构筑预处理主要去除粗颗粒和降低有机负荷。构筑物包括双层沉淀池、化粪池、稳定塘或初沉池。物包括双层沉淀池、化粪池、稳定塘或初沉池。人工湿地中的流态采用推流式、回流式、阶梯人工湿地中的流态采用推流式、回流式、阶梯进水或综合式。进水或综合式。5.5.人工湿地系统的工艺流程人工湿地系统的工艺

32、流程推流式推流式回流式回流式阶梯式进水阶梯式进水综合式综合式6.6.人工湿地系统的区块配置方案人工湿地系统的区块配置方案一般说来，系统主要由一般说来，系统主要由3 3部分组成：部分组成：(1)(1)收集和预处理设施收集和预处理设施。由污水集水管网、污水集水池、格栅。由污水集水管网、污水集水池、格栅和沉淀池等组成。如果取水于被污染的河流，可取消污水和沉淀池等组成。如果取水于被污染的河流，可取消污水集水管网和污水集水池。集水管网和污水集水池。(2)(2)配水和集水设施配水和集水设施。由配水井、配水槽、配水管网、布水管。由配水井、配水槽、配水管网、布水管、集水管和集水池组成。、集水管和集水池组成。(

33、3)(3)湿地床湿地床。根据出水水质要求，可设计一级或多级湿地床，。根据出水水质要求，可设计一级或多级湿地床，污水经串联或并联的湿地床多次净化。污水经串联或并联的湿地床多次净化。7.7.人工湿地系统的配套设施人工湿地系统的配套设施人工湿地污水处理技术还处于开发阶段、尤其在我国人工湿地污水处理技术还处于开发阶段、尤其在我国还没有比较成熟的设计参数，其工艺设计也还处于试验阶还没有比较成熟的设计参数，其工艺设计也还处于试验阶段。段。人工湿地系统的设计受很多因素的影响，主要是水力人工湿地系统的设计受很多因素的影响，主要是水力负荷、有机负荷、湿地床的构造形式、工艺流程及其布置负荷、有机负荷、湿地床的构造

34、形式、工艺流程及其布置方式、进水系统和出水系统的类型和湿地所种栽植物的种方式、进水系统和出水系统的类型和湿地所种栽植物的种类等。由于不同国家及不同地区的气候条件、植被类型以类等。由于不同国家及不同地区的气候条件、植被类型以及地理情况各有差异。因而大多根据各自的情况，经小试及地理情况各有差异。因而大多根据各自的情况，经小试或中试取得有关数据后进行人工湿地的设计。或中试取得有关数据后进行人工湿地的设计。8.8.人工湿地系统的设计人工湿地系统的设计案例案例1 1： 成都府南河活水公园成都府南河活水公园 成都市花了五年多时间，投入了成都市花了五年多时间，投入了2525亿人民币，拆除亿人民币，拆除600

35、600多多处排污管道，整条河道都进行了清淤，重新修整了处排污管道，整条河道都进行了清淤，重新修整了4242公里的公里的河岸。然而，河道治理工程完成后，府南河水仍没有变得清河岸。然而，河道治理工程完成后，府南河水仍没有变得清澈起来。澈起来。 成都活水园，占地成都活水园，占地2400024000多平方米，每天有多平方米，每天有200200立方水从立方水从河中抽出除去细菌、重金属后再回到河中。河中抽出除去细菌、重金属后再回到河中。 国际上曾获国际上曾获“国际水岸奖最高奖国际水岸奖最高奖”和和“环境地域设计环境地域设计奖奖”。成都活水园成都活水园城市水净化生态工程的典范城市水净化生态工程的典范 公园形

36、状是一公园形状是一“鱼鱼”形，象征活形，象征活力和健康，也成了该设计的亮点之一。力和健康，也成了该设计的亮点之一。生态净水第一步：喷水池生态净水第一步：喷水池这个喷泉池容积为这个喷泉池容积为780780立方米，功能叫立方米，功能叫“厌氧沉淀池厌氧沉淀池”。泵入池中的污水一部分经物。泵入池中的污水一部分经物理沉淀作用，使比水重的悬浮物沉于池底，从排泥管排出。比水轻的悬浮物浮于水面，理沉淀作用，使比水重的悬浮物沉于池底，从排泥管排出。比水轻的悬浮物浮于水面，由人工清理。另一部分经池中的厌氧微生物分解成甲烷、二氧化碳等难溶气体排入大由人工清理。另一部分经池中的厌氧微生物分解成甲烷、二氧化碳等难溶气体

37、排入大气，或成较低分子有机物随水流出，进入下一道净化程序。气，或成较低分子有机物随水流出，进入下一道净化程序。生态净水第二步：莲花石溪生态净水第二步：莲花石溪 这一方面极富动感和观这一方面极富动感和观赏价值，同时使水在回旋、赏价值，同时使水在回旋、震荡中充分地曝气充氧，增震荡中充分地曝气充氧，增强水中的含氧量。强水中的含氧量。 经过初步沉淀的水，经过初步沉淀的水，流入一串形似花瓣的莲花流入一串形似花瓣的莲花石溪，称为石溪，称为“水流雕塑水流雕塑”。它巧妙地引入水力学原理，它巧妙地引入水力学原理，利用落差产生的冲力，使利用落差产生的冲力，使水在一个个石花瓣中活泼水在一个个石花瓣中活泼欢跳。欢跳。

38、生态净水第三步：生态净水第三步：水从莲花石溪流向微生物池水从莲花石溪流向微生物池水通过水流雕塑后，进入微生物池，也叫水通过水流雕塑后，进入微生物池，也叫“兼氧池兼氧池”。它的深度。它的深度为为1.61.6米、容积为米、容积为4848立方米。污水在池中被微生物部分净化后，立方米。污水在池中被微生物部分净化后，从微生物池泵入植物池。从微生物池泵入植物池。生态净水第四步：生态净水第四步：植物池植物池人工湿地生态系统人工湿地生态系统它是它是“活水公园活水公园”水处理工程的核心部分，由水处理工程的核心部分，由6 6个植物塘、个植物塘、1212个植个植物床组成，其中养殖的植物达数十种，还有多种鱼类、昆虫和

39、两栖物床组成，其中养殖的植物达数十种，还有多种鱼类、昆虫和两栖动物。动物。生态净水第五步：生态净水第五步：经植物池净化后的水进入鱼塘经植物池净化后的水进入鱼塘鱼塘出来的水进入戏水池鱼塘出来的水进入戏水池净化后的水从这里流向府南河净化后的水从这里流向府南河活水公园模拟自然的堤岸活水公园模拟自然的堤岸案例2：日本渡良濑蓄水池的人工湿地 渡良濑蓄水池位于日本栃木县，是一座人工挖掘的平原水库，总库容2640万m3，水面面积4.5km2 ,水深6.5m左右。这座蓄水池平时为茨城县等六县市64万人口供水，日供水量21.6万m3。蓄水池周围是渡良濑川的滞洪区，汛期时洪水由溢流堤流入蓄水池，此时蓄水池用于调洪

40、，提供调洪库容1000万m3。 由于近年来上游用水造成生活污水以及含氮、磷的水流入，致使渡良濑蓄水池出现霉臭等水质问题。为保护蓄水池的水质，自1993年起在蓄水池一侧滞洪洼地上建人工湿地，这是一座设有人工设施的芦苇荡。将蓄水池的水引到芦苇荡，通过吸附、沉淀及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，达到对水体进行自然净化的目的。这种净化过程循环进行，确保蓄水池水质洁净。渡良濑蓄水池人工湿地平面图1渡良濑蓄水池2蓄水池泵站3橡胶坝4旁通水渠5地下水渠6连接渠7调节渠8取水泵站9进水渠10荻草荡11芦苇荡净化设施12出水渠13集水池14芦苇荡泵站15北闸日本渡良濑蓄水池的人工湿地日本渡良濑蓄水池的人工

41、湿地渡良濑人工湿地的人工植被从陆地到水面依次为：杞渡良濑人工湿地的人工植被从陆地到水面依次为：杞柳（水边林）芦苇、荻、蓑衣草（湿地植物）茭白、柳（水边林）芦苇、荻、蓑衣草（湿地植物）茭白、宽叶香蒲（吸水植物）荇菜、菱（浮叶植物），形成了宽叶香蒲（吸水植物）荇菜、菱（浮叶植物），形成了一体的生态空间。渡良濑人工湿地已经成为日本最大的芦一体的生态空间。渡良濑人工湿地已经成为日本最大的芦苇荡，也成为对居民、儿童进行环保及爱水教育的场所，苇荡，也成为对居民、儿童进行环保及爱水教育的场所，组织学生进行自然观察。在这里可以看到绿头鸭、针尾鸭组织学生进行自然观察。在这里可以看到绿头鸭、针尾鸭等禽类及芦燕、白

42、头鹞和鸢等鸟类。等禽类及芦燕、白头鹞和鸢等鸟类。 为净化渡良濑蓄水池的水体，还在蓄水池中部建一批为净化渡良濑蓄水池的水体，还在蓄水池中部建一批人工生态浮岛，种植芦苇等植物，其根系附着微生物，可人工生态浮岛，种植芦苇等植物，其根系附着微生物，可提供充足氧气，并通过迁移、转化水中的氮、磷等物质，提供充足氧气，并通过迁移、转化水中的氮、磷等物质，降解水中有机质。浮岛还设置为鱼类产卵用的产卵床，也降解水中有机质。浮岛还设置为鱼类产卵用的产卵床，也为小鱼设有栖身地，水中的浮游植物成了鱼饵。人工生态为小鱼设有栖身地，水中的浮游植物成了鱼饵。人工生态浮岛保证了蓄水池水质的洁净。浮岛保证了蓄水池水质的洁净。

43、植 物 昆 虫 鸟 类 1993 31科，104种 19科，45种 18科，22种 1998 45科，166种 45科，116种 25科，50种 治理前后动植物种类变化治理前后动植物种类变化 案例案例3：山东省南四湖人工湿地山东省南四湖人工湿地污水土地处理生态工程污水土地处理生态工程 污水土地处理是在人工调控下利用污水土地处理是在人工调控下利用土壤土壤- -微生物微生物- -植物植物组成的生态系统使污水中的污染物净化的处理方组成的生态系统使污水中的污染物净化的处理方法。在污染物得以净化的同时，水中营养物质和水分法。在污染物得以净化的同时，水中营养物质和水分也得以循环利用。也得以循环利用。土地处

44、理系统是由污水预处理设施，污水调节和储土地处理系统是由污水预处理设施，污水调节和储存设施，污水的输送、布水及控制系统，土地净化存设施，污水的输送、布水及控制系统，土地净化田，净化出水的收集和利用系统等五部分组成。田，净化出水的收集和利用系统等五部分组成。 污水土地处理生态工程污水土地处理生态工程 污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包污水土地处理系统的净化机理十分复杂，它包含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸含了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解附、化学反应和化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一等

45、过程。因此，污水在土地处理系统中的净化是一个综合净化过程。个综合净化过程。土地处理系统的净化机理 BODBOD大部分是在土壤表层土中大部分是在土壤表层土中去除的。去除的。 土壤中含有大量的种类繁多的土壤中含有大量的种类繁多的异养型微生物，它们能对被过滤、异养型微生物，它们能对被过滤、截留在土壤颗粒空隙间的悬浮有机截留在土壤颗粒空隙间的悬浮有机物和溶解有机物进行生物降解，并物和溶解有机物进行生物降解，并合成微生物新细胞。合成微生物新细胞。 当污水处理的当污水处理的BODBOD负荷超过让负荷超过让土壤微生物分解土壤微生物分解BODBOD的生物氧化的生物氧化能力时，会引起厌氧状态或土壤堵能力时，会引

46、起厌氧状态或土壤堵塞。塞。 BODBOD的去除的去除磷和氮的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除悬浮物质的去除病原体的去除病原体的去除重金属的去除重金属的去除土地处理系统的净化机理 在土地处理中，磷主要是通过植物在土地处理中，磷主要是通过植物吸收，化学反应和沉淀（与土壤中的钙、吸收，化学反应和沉淀（与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐）、物铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐）、物理吸附和沉淀（土壤中的黏土矿物对磷理吸附和沉淀（土壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附和沉积），物理化学吸附酸盐的吸附和沉积），物理化学吸附（离子交换、络合吸附）等方式被去除。（离子交换、络合吸附）等方式被去除。其去除效果受土壤结构

47、、阳离子交换容其去除效果受土壤结构、阳离子交换容量、铁铝氧化物和植物对磷的吸收等因量、铁铝氧化物和植物对磷的吸收等因素的影响。素的影响。 氮主要是通过植物吸收，微生物脱氮氮主要是通过植物吸收，微生物脱氮（氨化、硝化、反硝化），挥发、渗出（氨化、硝化、反硝化），挥发、渗出（氨在碱性条件下逸出、硝酸盐的渗出）（氨在碱性条件下逸出、硝酸盐的渗出）等方式被去除。其去除率受作物的类型、等方式被去除。其去除率受作物的类型、生长期、对氮的吸收能力以及土地处理生长期、对氮的吸收能力以及土地处理系统等工艺因素系统等工艺因素 的影响。的影响。BODBOD的去除的去除磷和氮的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除悬浮物质的

48、去除病原体的去除病原体的去除重金属的去除重金属的去除土地处理系统的净化机理 污水中的悬浮物质是依靠作物污水中的悬浮物质是依靠作物和土壤颗粒间的孔隙截留、过滤去和土壤颗粒间的孔隙截留、过滤去除的。土壤颗粒的大小、颗粒间孔除的。土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙的形状、大小、分布和水流通道，隙的形状、大小、分布和水流通道，以及悬浮物的性质、大小和浓度等以及悬浮物的性质、大小和浓度等都影响对悬浮物的截留过滤效果。都影响对悬浮物的截留过滤效果。若悬浮物的浓度太高、颗粒太大，若悬浮物的浓度太高、颗粒太大，会引起土壤堵塞。会引起土壤堵塞。 BODBOD的去除的去除磷和氮的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除悬浮物质的去

49、除病原体的去除病原体的去除重金属的去除重金属的去除土地处理系统的净化机理 污水经土壤处理后，水中大部污水经土壤处理后，水中大部分的病菌和病毒可被去除，去除率分的病菌和病毒可被去除，去除率可达可达92929797。其去除率与选用。其去除率与选用的土地处理系统工艺有关，其中地的土地处理系统工艺有关，其中地表漫流的去除率较低，但若有较长表漫流的去除率较低，但若有较长的漫流距离和停留时间，也可以达的漫流距离和停留时间，也可以达到较高的去除效率。到较高的去除效率。 BODBOD的去除的去除磷和氮的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除悬浮物质的去除病原体的去除病原体的去除重金属的去除重金属的去除土地处理系统的净

50、化机理 重金属主要是通过物理化学吸附、重金属主要是通过物理化学吸附、化学反应与沉淀等途径被去除的。化学反应与沉淀等途径被去除的。重金属离子在土壤胶体表面进行阳重金属离子在土壤胶体表面进行阳离子交换而被置换、吸附，并生成离子交换而被置换、吸附，并生成难溶性化合物被固定于矿物晶格中；难溶性化合物被固定于矿物晶格中；重金属与某些有机物生成可吸性鳌重金属与某些有机物生成可吸性鳌合物被固定于矿物质晶格中；重金合物被固定于矿物质晶格中；重金属离子与土壤的某些组分进行化学属离子与土壤的某些组分进行化学反应，生成金属磷酸盐和有机重金反应，生成金属磷酸盐和有机重金属等沉积于土壤中。属等沉积于土壤中。 BODBO

51、D的去除的去除磷和氮的去除磷和氮的去除悬浮物质的去除悬浮物质的去除病原体的去除病原体的去除重金属的去除重金属的去除土地处理系统的净化机理 慢速渗滤系统适用于渗水性能良好的土壤、砂质土壤慢速渗滤系统适用于渗水性能良好的土壤、砂质土壤及蒸发量小、气候润湿的地区。及蒸发量小、气候润湿的地区。 慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，渗流速度慢，慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，渗流速度慢，故污水净化效率高，出水水质优良。故污水净化效率高，出水水质优良。 慢速渗滤系统有农业型和森林型两种。其主要控制因慢速渗滤系统有农业型和森林型两种。其主要控制因素为：灌水率、灌水方式、作物选择和预处理等。素为：灌水率、

52、灌水方式、作物选择和预处理等。 土 地 处 理 基 本 工 艺 地表漫流地表漫流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统地下渗滤地下渗滤处理系统处理系统慢速渗滤处理系统主要由下列几部分构成：慢速渗滤处理系统主要由下列几部分构成：(1)预处理：预处理：SR对进水水质要求较高，所以一定要有预处理系统。预处理系统可以采用一级处理，也可采用二级处理。(2)存储系统：存储系统：慢速渗滤系统实际运行时，可能出现污水量超过设计水量以及在作物种植、收获时停止运行的情况，因此需要有存储系统，起缓冲和调节水量的作用。(3)布水系统：布水系统：预处理污水通过布水系统进入土地处理田，布水是否均匀关系到

53、处理效果的好坏。布水方式主要有三种：垄沟布水、坡面布水和喷洒布水。(4)植物植物：植物是慢速渗滤系统必不可少的组成部分。植物能有效去除N、P，保持或增加污水渗透速率并获得收益。植物选择的要求是营养吸收量大，耐水性好，有一定的土质、水质变化和盐分耐受性，以及经济价值的大小。在慢速渗滤系统中常用的作物有牧草、大田作物和林木。牧草有紫云英、高羊茅草和黑麦草等；大田作物有玉米、高粱、水稻和大豆等；林木主要是硬木和松树的混合树种。(5)排水系统排水系统：理论上，土地慢速渗滤系统工艺设计是按无处理出水进行的，污水水分主要靠蒸发和渗透来驱动循环。但在实践上为了除去过多的水分渗透到地下水中去，慢速渗滤系统一般

54、都设有排水系统。排水系统的结构主要有两种，即排水明沟和排水暗沟。排水明沟投资少，便于管理，但其缺点是占地多，影响耕作。排水暗沟不占地但不便于维修。nBOD5去除率可达去除率可达95%以上；以上；nCOD去除率可达去除率可达8590%以上；以上；n氮去除率可达氮去除率可达8090%以上；以上； 我国沈阳、昆明等地采用较多。我国沈阳、昆明等地采用较多。 快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。适用于渗透性能良好的土壤，如砂土、砾石性砂土、与再生方法。适用于渗透性能良好的土壤，如砂土、砾石性砂土、砂质垆坶等。砂质垆坶等。 污

55、水灌至快速滤渗田表面后很快下渗进入地下，并最终进入污水灌至快速滤渗田表面后很快下渗进入地下，并最终进入地下水层。灌水与休灌反复循环进行，使滤田表面土壤处于厌地下水层。灌水与休灌反复循环进行，使滤田表面土壤处于厌氧氧好氧交替运行状态，依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解好氧交替运行状态，依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净化。性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净化。 快速渗滤法的主要目的是补给地下水和废水再生回用。进入快速渗滤法的主要目的是补给地下水和废水再生回用。进入快速渗滤系统的污水应进行适当预处理，以保证有较大的渗滤速快速渗滤系统的污水应进行适当预处理，以保证有

56、较大的渗滤速率和硝化速率。率和硝化速率。 土 地 处 理 基 本 工 艺 地表漫流地表漫流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统地下渗滤地下渗滤处理系统处理系统 地表漫流系统适用于渗透性差的黏土或亚黏土，地面地表漫流系统适用于渗透性差的黏土或亚黏土，地面最佳坡度为最佳坡度为2 28 8。废水以喷灌法或漫灌法有控制的在。废水以喷灌法或漫灌法有控制的在地面上均匀的漫流，流向设在坡脚的集水渠，在流行过程地面上均匀的漫流，流向设在坡脚的集水渠，在流行过程中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下。地面上种牧草中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下。地面上种牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤

57、流失，尾水收集后可或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水体。回用或排放水体。采用何种方法灌溉取决于土壤性质、作物类型、气象和地采用何种方法灌溉取决于土壤性质、作物类型、气象和地形。形。 土 地 处 理 基 本 工 艺 地表漫流地表漫流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统地下渗滤地下渗滤处理系统处理系统运行数据：nBOD去除率达去除率达90%左右，左右，n总氮去除率达总氮去除率达7080%nSS的去除率达的去除率达9095%n另一特点：可收获植物，牧草等。另一特点：可收获植物，牧草等。 地下污水处理系统是将污水投配到距地面约地下污水处理系统是将污水投配

58、到距地面约0.5m0.5m深，有深，有良好渗透性的底层中，藉毛管浸润和土壤渗透作用，使污水良好渗透性的底层中，藉毛管浸润和土壤渗透作用，使污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和生物降解作用等过程向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和生物降解作用等过程使污水得到净化。使污水得到净化。 地下渗滤系统适用于无法接入城市排水管网的小水量污地下渗滤系统适用于无法接入城市排水管网的小水量污水处理。污水进入处理系统前需经化粪池或酸化池预处理。水处理。污水进入处理系统前需经化粪池或酸化池预处理。 土 地 处 理 基 本 工 艺 地表漫流地表漫流系统系统快速渗滤快速渗滤系统系统慢速渗滤慢速渗滤系统系统地下渗滤地下渗

59、滤处理系统处理系统各类土地处理类型工艺性能不完全相同，各各类土地处理类型工艺性能不完全相同，各有优缺点，利用两种不同类型的处理工艺联合有优缺点，利用两种不同类型的处理工艺联合处理可以发挥各自的优点，提高处理效率，常处理可以发挥各自的优点，提高处理效率，常见的组合有以下几种：见的组合有以下几种：(1)筛滤一地表漫流一快速渗滤筛滤一地表漫流一快速渗滤(2)物化预处理一快速渗滤一慢速渗滤物化预处理一快速渗滤一慢速渗滤(3)物化预处理一湿地处理一地表漫流物化预处理一湿地处理一地表漫流污水土地系统的联合处理土地处理法应用中应注意的几个问题土地处理法应用中应注意的几个问题:氧化塘污水处理生态工程氧化塘污水

60、处理生态工程稳定塘（氧化塘）稳定塘（氧化塘）是经过人工适当的修正的是经过人工适当的修正的土地，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠生土地，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术技术 。 四、污水稳定塘处理系统 一般不人工强化（不是实质性的人工强化）一般不人工强化（不是实质性的人工强化）与水体自净过程相似与水体自净过程相似停留时间较长停留时间较长通过微生物通过微生物+水生生物的多种生物的综合作用，水生生物的多种生物的综合作用，使有机物降解，进而净化污水使有机物降解，进而净化污水净化过程包括净化过程包括好氧，兼氧，