人工水体范文

人工水体范文（精选7篇）

人工水体 第1篇

1试验方法与试验材料

1.1试验用水

试验地点选在邯郸市某公园, 该公园景观用水全部来自某污水处理厂二级出水, 试验期间, 其源水COD、TN、TP浓度分别为14.87~88.56mg/L、6.33~53.75mg/L、0.16~1.79mg/L。

1.2监测项目与分析方法

COD:重铬酸钾法[2];TN:过硫酸钾消解-紫外分光光度法[2];TP:过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法[2];NH4+-N:纳氏试剂分光光度法[2]。

2结果与讨论

2.1结果分析

整个实验过程中, 人工浮岛对污染物去除效果如图1所示。

由图1可知, 人工浮岛对COD、NH4+-N、TN、TP的平均去除率分别为12.6%~43.6%、5.1%~16.2%、6.4%~17.6%、9.5%~40.1%。对COD、NH4+-N、TN去除率呈先上升后下降的趋势, 对TP去除率呈逐渐下降趋势, 这主要是由于人工浮岛对COD、TN、NH4+-N的去除效果受生物作用影响较大, 而填料的吸收、吸附作用是除磷的主要途径。

2.2影响因素分析

2.2.1温度

由图1可知, 人工浮岛对COD、TN、NH4+-N去除率的变化趋势与温度的变化趋势一致。7~9月份, 此时温度适宜, 人工浮岛对COD、TN、NH4+-N的去除率较高, 最高值分别为43.6%、17.6%、16.2%;10~12月份, 温度逐渐降低, 人工浮岛对COD、TN、NH4+-N去除率开始下降, 最低值分别为12.6%、6.4%、4.4%, 与最高值相差31.0%、11.2%、11.8%。可见, 人工浮岛对COD、TN、NH4+-N的去除效果受生物作用影响较大。由图1还可以看出, 人工浮岛对TP的去除率呈逐渐下降趋势, 在7月份达到最大值, 去除率为43.3%, 在12月达到最小值, 去除率为9.5%, 两者相差43.8%。可见, 人工浮岛对TP的去除受温度变化影响较小。人工浮岛前期除磷效率较高, 说明填料的吸收作用是人工浮岛除磷的主要途径。

2.2.2植物

植物对人工浮岛修复效果的影响如图1所示。由图1可知, 人工浮岛在夏秋季节对COD、TN、NH4+-N的去除率均明显高于冬季, 这主要是由于浮岛植物在夏秋季节生长旺盛, 对水体中COD、TN、NH4+-N的吸附、吸收作用较强, 又由于植物庞大的根系为微生物提供了良好的栖息场所, 微生物量大幅增加, 对水体中污染物的吸收降解作用增强;冬季以后, 人工浮岛对COD、TN、NH4+-N的去除率较低, 这主要是因为此时浮岛植物因受外界因素干扰 (如水温、DO等) , 其正常的生命活动受到抑制, 且在12月底对植物进行了收割处理, 以致其对水体中污染物的去除效果下降[3]。

2.2.3进水浓度

进水浓度同样影响着系统对水体中污染物的去除效果, 为避免温度因素干扰, 选取7、8月份实验数据进行分析, 结果如图2所示。

由图2 (a) 可以看出, 当进水COD浓度为16.00~58.56 mg/L时, COD去除率随着进水浓度的增加而增加, 但由COD去除率随进水浓度变化趋势线可以得出, 进水浓度变化与COD去除率关系不明显, 这主要是因为水体中COD的去除主要靠植物的吸附作用以及微生物的降解作用, 由于基质浓度较低, 微生物的降解作用随基质浓度变化增加较小, 以致COD的去除效果受进水浓度变化影响较小。

由图2 (b) 可以看出, 当进水TN浓度为5.12~38.55 mg/L时, TN去除率随着进水浓度的增加而增加。由TN去除率随进水浓度的变化趋势及相关性分析可知, TN去除效果受进水浓度变化影响较大。由图2 (c) 可以看出, 当进水NH4+-N浓度为7.87~52.37 mg/L时, NH4+-N去除率也随着进水浓度的增加而升高。因此, 适当增加进水TN、NH4+-N浓度, 可以提高人工浮岛对TN、NH4+-N的去除效果。

由图2 (d) 可以看出, 当进水TP浓度为0.16~0.97 mg/L时, TP去除率随着进水浓度的增加而增加, 但受进水浓度变化影响较小。

3结论

本文研究了人工浮岛对再生水景观水体的修复效果。结果表明, 人工浮岛修复技术能显著改善景观水水质, 温度、植物以及进水浓度是影响人工浮岛处理效果的主要因素。

参考文献

[1]Gunawardana E G W, Shimada S, Basnayake B F A, et al.Influence of biological pretreatment of municipal solid waste on landfill behavior in Sri Lanka[J].Waste Manage Res, 2009, 27 (5) :456-462.

[2]国家环保局.水和废水检测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社, 2002.

人工水体 第2篇

采用人工介质富集微生物对太湖梅梁湾水源水中氮磷营养物质的去除特性进行了试验研究.中试结果表明:随着介质密度和水力停留时间的增加,对氮磷营养物质的去除率均有提高.介质密度为26.8%、水力停留时间为5d时,人工介质对TN、TP、氨氮、亚硝态氮的去除率分别为26.6%、72.1%、43.2%、79.4%,可见人工介质对富营养化水体中氮磷营养物质有较好的去除效果.增加水流速度消除了池内的溶解氧和氧化还原电位的分层现象,提高了NH4+-N和NO2--N的去除效果,没有降低TP、PO43--P、DTP的`去除效果,说明沉淀作用并不是去除水体中氮磷营养物质的主要途径.人工介质表面富集了大量的微生物,通过硝化-反硝化作用是富营养化水体水质改善的主要途径.

作 者：纪荣平吕锡武 李先宁 JI Rongping L(U) Xiwu LI Xianning 作者单位：纪荣平,JI Rongping(东南大学环境科学与工程系,南京,210096;扬州大学环境科学与工程学院,扬州,225009)

吕锡武,李先宁,L(U) Xiwu,LI Xianning(东南大学环境科学与工程系,南京,210096)

人工水体 第3篇

水体系指水面、水池、喷泉、瀑布等。水景以其独特的、多样性的表现形式成为居住建筑景观设计的重要组成部分。它不但具有美化环境、润湿和净化空气、改善小区气候的功能,而且还可以提升小区品质,营造一个设施齐全、环境优美的人居空间,进而达到良好的社会效益和经济效益。

《圣地亚哥》是厦门西海岸50万m2水泽园林的高尚社区。地处漳州龙池与厦门海沧交界处。北依青礁山脚,南临沈海公路角嵩段,东与旅游胜地青礁慈济宫毗邻,西为规划居住地。其得天独厚的地理位置将自然风光与人工景观融合理念建造成一方完美的水泽园林。被评为2007年度厦门十大楼盘之首。

该工程总用地面积420 982m2,总建筑面积50万m2,容积率1.187,绿化率40%。总平竖向由四块阶地组成,由高至低的高程分别是98～81m,81～61m,54～35m,29～17m(黄海标高)。依山就势将前三块阶地建造别墅区而地势较为平坦的29～17m地块规划为6～18F住宅、公寓及小区配套用房。

在山坡脚线与平地间建造一个长482m,宽10～70m不等的水域面积为13 500m2的人工湖。水岸线委延曲折,长达2 000m,沿湖座落21栋独栋别墅、四排联排别墅,还有网球场、游泳池、戏水池、会所、商业街。依山独栋别墅居高远望,湖水微波荡漾,青山绿水、胜似人间仙境。

2 景观用水水质标准

根据不同的用途其水质要求亦有所不同。景观环境用水包括观赏性景观用水和娱乐性景观用水。前者指人体非直接接触的景观环境用水,而后者指人体非全身性接触的景观环境用水。景观用水水质标准包括感官性指标、有机物指标、物理化学指标、卫生指标4个方面。

(1) 感官指标主要是色度、嗅和浊度;

(2) 有机物指标主要是BOD5和CODcr;

(3) 物理化学指标主要是pH位、氨氮、溶解氧;

(4) 卫生指标主要是大肠菌群。

本工程景观水体为观赏性。

3 景观水体水质的影响因素

住宅小区景观水质变化主要污染来源于尘土、落叶、垃圾、护坡滋生青苔及藻类的产生。

《圣地亚哥》前已述及绿化率40%,沿湖水岸采用架空木质步道,临水一侧是水生植物,靠建筑一侧种植乔木与名贵花草,建筑物之间的步道采用干铺透水砖,高位山地雨水按排洪措施引流,全小区雨水为有组织暗管系统收集排入市政雨水管网。

由于社区总体环境好,加之管理到位,对景观水质污染的尘土、落叶、垃圾等因素有较大消减,从而本工程景观水体净化主要是处理护坡滋生青苔及藻类产生带来水质富营养化的问题。

4 景观水体生态处理措施

根据净化原理不同,处理方法有物理、化学、微生物、生态等多种类型,其中生态处理是利用培育水生植物、鱼类以及水中微生物生存代谢过程,对水中的污染物进行转化与降解,从而使污水得到净化。生态处理具有处理效果好、投资省、无二次污染等优点。

本工程人工湖水体总容量为18 900m2,水深为0.8～2.0m按推流式构筑。水源为天然雨水和山泉水。其水质是优质景观水。国家景观水体控制指标主要是pH:6～9,BOD5≤10mg/L,SS≤20mg/L,DO≥1.5mg/L,TP(以P计)≤1mg/L,TN≤15mg/L,NH3-N(以NH3计)≤5mg/L。

为保证景观水体的水质,本工程采用生态处理的方法,在水面上适量放养睡莲、在岸边种植香蒲、水葱、水竹、草芦苇等水生植物;同时放养观赏金鱼和白天鹅3～5只。

本工程人工湖可视为自然净化技术中所指的稳定塘,根据它的水深为0.8～2.0m又可定为兼性塘。兼性塘的特征是塘底为厌氧区,上部靠藻类等水生植物供氧和大气复氧,维持好氧状态,详见下图。

兼性稳定塘净化机理是利用细菌与藻类等水生植物的互生关系来分解水体中有机污染物。即细菌利用藻类产生的氧分解塘内的有机物,分解产物中的二氧化碳、氮、磷等无机物与一部份低分子有机物又成为藻类的营养源。增殖的菌体与藻类又可以被微型动物所捕食。

由藻类的光合作用产生的氧比来自大气的溶解氧大得多,在一定的光照下,1mg藻类可释放1.62mg氧。因此稳定塘内主要靠藻类的充分生长来维持好氧状态,且无需耗费动力充氧。

湖水中可沉淀固体和生物残体沉积于塘底形成污泥,它们在产酸细菌的作用下分解成低分子有机酸、醇、氨等,其中一部份可进入上层好氧区被继续氧化,而另一部份由污泥中产酸菌分解成甲烷。

就是藻类等水生植物的光合作用使水体中BOD5得到去除的同时,也能有效去除营养盐类。其BOD5的去除率达到80%～95%,氨的去除率达到90%,磷的去除率达到80%,伴随营养盐的去除,藻类同时进行着二氧化碳的固定、合成有机物,而大量增殖的藻类又成为观赏鱼类的食物。这样一来解决了景观水体富营养化污染的问题。总之水体中的污染通过水生植物特别是微生物的生命活动,即由于形态发生变化使得有机物无机化,有害物无害化。浓度降低,总量减少。这就是生物化学净化的根本。

厦门地处亚热带,年平均气温21.3℃,年相对湿度79%,年降雨量日约120天,年降雨量约1 100mm,年蒸发量1 281.5mm,是景观水体采用稳定塘生态处理的优选方案。

5 景观水体的水量平衡

1) 补充水量由年蒸发量[(1 281.5-1 100.0)×13 500÷1 000=2 443.5m3/a]=7m3/d与年降雨量差值及水体排污量组成。(18 900÷30=630m3/d),则小时补水量为26.54m3。

2) 山泉水产水量,本人工湖建造时发现湖边靠山一侧有多处泉水涌出,因此将原设计补充水由泳池定期排空水改为山泉水,这样更好地保证了景观水体的水质。具体做法是在沿人工湖长边水岸靠山一侧离岸10m相距160m打一口井径1m的井,共三口井,作为人工湖补充水,根据一年多运行三口井产水量30m3/h,即供大于求。从实际意义上来说景观水体又是大口井产水的补给,因此补水是可靠的。

深井泵型号是50WQ/D249-1.1,Q=10m3/h,H=12.5m,N=1.1kW,年耗电量为24 090kW(三台),电价为0.60元/kWh,年电费为14 454元,三口井建造费用共35 000元,水泵与管道费用为15 000元。

排污采用重力排污法,将482m分三段即160m为一段,在湖泊适当位置(湖中靠左侧设一根长100m,管径DN200的穿孔排泥管,穿孔孔径为8mm,孔距1m,左右交错布置,孔口以径向120°朝下布置,每根排泥管末端引至水岸设置排泥湿井1座,排泥阀采用电动蝶阀,溢水就近排入小区雨水检查井。排泥系统投资约85 000元,无运行费用,在人工湖清除时进行维护。

6 结 语

本工程是一个科学合理的方案可以在达到治理目标的同时节省投资、降低成本、简化管理。

参考文献

[1]城市排水和污水处理手册.北京:中国建筑工业出版社出版,1992,(2):192~194.

[2]郑文景,沈光范,邬扬善编著.生物膜处理污水.北京:中国建筑工业出版社出版,1986,(2):110~115.

[3]高艳玲,马达主编.污水生物处理新技术.北京:中国建材工业出版社出版,2006,1:前言、197~184.

人工水体 第4篇

DO是地表水环境质量标准基本项目之一,是反映水质的一项重要指标。在人工湿地系统中,有机污染物及营养盐的去除效率很大程度上受湿地中DO水平的影响[1],提高湿地内溶解氧的含量,会提高微生物的数量和活性,加强微生物的氧化与硝化作用,有利于水体有机物、氨氮等浓度降低[2]。

2009年底,在盐城市龙冈镇境内蟒蛇河南岸设计构建了饮用水源生态净化工程中试系统。通过1年多的调试、运行表明,该工艺显著改善了原水各类理化指标,对营养盐及有机物去除效果显著。本文梳理了该中试系统水体DO的来源及消耗,对不同季节下水体DO的改善效果进行了比较分析,探讨了强化增氧措施的机理及实际应用效果,为今后饮用水源生态净化工程及其他水质保障工作中开展生态技术集成的应用提供理论参考与现实依据。

2工艺及方法

2.1中试系统设计

中试系统占地面积约1.73 hm2,由预处理区、湿地生态净化区(挺水植物区、沉水植物区)以及深度净化区组成(图1)。各处理单元水位高程依次降低,原水从蟒蛇河经一次提升后在场内自流,净化能力为4 500 m3/d。

预处理区为前置单元,面积为1 953 m2,在其前端设置有人工介质阵列,后端配置由浮叶植物组成的水生植物带以及具有净水能力的底栖动物挂网,具有沉降泥沙、提高水体透明度及初步净水功能;湿地生态净化区是整体工艺的核心单元,分为挺水植物区(3 628 m2)以及沉水植物区(4 197 m2)两个部分,通过配置多种水生植物,利用植物-土壤-微生物系统有效净化水质;深度净化区为保障单元,面积为2 002 m2,根据水底高程不同依次配置挺水植物带及沉水植物带,同时适当引入鱼类,以构建较为完整的生态系统,具有储水、水质保障及强化净化功能。考虑到物种的适应性、可推广性与安全性,所选物种均为当地常见的土著种。

2.2DO在各净化单元的来源及消耗分析

传统人工湿地中,DO改善主要是通过植物输氧、大气复氧和水体更新复氧三种途径进行[3]。本中试实验设计过程中,为保证中试系统核心净化单元的水质净化效果,在预处理区采取了强化增氧措施,即:分别在预处理区进水、出水处设置溢流堰进行跌水充氧;在预处理区前部设置叶轮机,在原水DO<2.5 mg/L时开启进行强化曝气增氧;增设沉水植物单元,强化水生植物光合作用释氧。中试系统各净化单元DO的来源及消耗见图1。

2.3采样及分析方法

中试系统于2010年1月建成运行后,经过半年调试优化达到稳态。于2010年8月起至次年3月期间,每月进行2～3组常规实验,累计进行17组实验(夏季3组、秋季6组、冬季6组、春季2组),每组实验取连续监测3 d的平均值。实验布设A、B、C、D、E共5个水质采样点(图1),分别位于进水口、预处理区、挺水植物区、沉水植物区与深度净化区的出水口。DO的测定采用电化学探头法(GB11913-1989)。

2.4原水水质

在实验过程中,对蟒蛇河原水进行了同步监测,水质情况见表1。结果表明,蟒蛇河水体受到一定程度污染,按照地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准进行评价,蟒蛇河原水主要的超标指标为CODMn、TP、TN等,其他的指标局部时段也会出现超标,尤其是DO在高温季节超标较为严重。总体而言,蟒蛇河原水呈现出典型的微污染水质特征。

3实验结果

3.1不同季节DO的沿程变化

实验期间,原水的DO含量在不同季节差异较大,其中夏季原水DO平均值仅为1.45 mg/L(劣Ⅴ类),随着实验时间的推进,原水DO开始有规律地好转,秋、冬、春季原水DO平均值分别为4.19 mg/L(Ⅳ类)、8.38 mg/L(Ⅰ类)、9.29 mg/L(Ⅰ类)。经过中试系统各净化单元后,出水的DO在夏、秋、冬、春季分别提升了384.1%、147.7%、31.0%、23.0%,分别达到7.02 mg/L(Ⅱ类)、10.38 mg/L(Ⅰ类)、10.98 mg/L(Ⅰ类)、11.43 mg/L(Ⅰ类)。不同季节中试系统DO含量变化见图2,表2。

夏季原水的DO最差,预处理区的叶轮机在该季节原水DO<2.5 mg/L时开启,对水体进行强化增氧,经过预处理区跌水增氧、曝气增氧及大气复氧后,DO提升了209.7%,达到4.49 mg/L;挺水植物区由于好氧微生物硝化、氧化速率远大于挺水植物根系输氧速率,出水DO下降幅度较大,仅为3.37 mg/L;到沉水植物区后,进一步的跌水增氧及沉水植物光合作用释氧,使DO提升到了6.95 mg/L;水体流至深度净化区后,出水DO平均值维持在接近Ⅰ类的较高水平。

秋季由于原水DO已有所改善,预处理区的叶轮机并未开启,经过预处理区跌水增氧后,DO提升了40.1%,达到5.87 mg/L;挺水植物区由于好氧微生物硝化、氧化速率略大于挺水植物的根系输氧速率,DO出水有所下降,但由于温度逐渐降低的原因,下降幅度明显低于夏季;沉水植物区的跌水增氧及光合作用释氧措施使DO提升到了10.40 mg/L;水体流至深度净化区后,大气复氧速率与各类动植物呼吸耗氧速率相当,出水DO平均值维持在Ⅰ类水平。

冬、春季的DO曲线在数值及趋势上较为相似,由于季节原因,原水DO本身已处于很高水平,在叶轮机不开启、仅靠跌水增氧的情况下,预处理区出水DO有所提升,但幅度不大;挺水植物区中各类挺水植物已被收割,根系输氧途径被切断,但由于气候寒冷,各类微生物的呼吸作用减弱,挺水植物区的大气复氧速率占优势,出水表现为DO有所增加;沉水植物区冬、春两季情况有所不同,冬季表现为DO略有上升,春季则表现为DO略有下降,主要原因可能是当年盐城地区冬季光照充足,耐寒沉水植物仍能发挥光合作用释放氧,而春季阴雨连绵,光合作用受阻;冬、春两季在深度净化区均表现为DO稍有下降,这主要是由于各类动植物呼吸耗氧造成。

3.2强化增氧效果分析

水从高处自由下落的同时,会携带一定量的空气跌入下部水面中,被带入水中的空气以气泡形式与水面下层水体充分接触,为水体复氧。有学者认为,跌水曝气的增氧效果与空气与水的接触时间和接触面积有关[4]。由此推测,在中试系统中增加跌水高度可以提升增氧效果,若结合人工湿地内的高程差,设置合适高度的跌水设施,可增加水体中的DO含量,进而提高湿地后续单元对氨氮和有机物的处理能力。

为证实以上推论,通过调节沉水植物试验区进水口的调节溢流堰的跌水高度,监测进出水DO含量变化,以了解跌水对水体复氧的效果。试验共设置了跌水高度分别为5、10、20、30、50、70、90和110 cm共8种工况,每次工况进行重复试验3次,对最终的测得的数据取算术平均后进行比较分析。同时,为保证初始进水DO的一致性,本次试验的持续时间控制在3 h以内。

经试验,在上述工况下,经跌水后出水DO含量分别增加0.33、0.47、0.58、0.76、1.11、1.23、1.30和1.34mg/L。对DO增加量与跌水高度进行线性拟合,发现两者存在着显著相关(图3):在跌水高度从5 cm提升至70 cm时,DO迅速增加;在跌水高度提升至70～90 cm左右时, 增氧效果的提升率趋于平缓。由于跌水高度的升高会造成原水提升泵站的扬程也相应抬高,从而增加能耗。因此在实际工作中综合考虑人工湿地的高程布置及增氧需求,确定90 cm的跌水高度在本工艺中最为适宜。

3.3水生植物的输氧方式

在生态净化系统中,水体通过植物输氧方式的复氧速率远比依靠空气向液面扩散速率大[5]。挺水植物能通过茎秆的传输作用,将光合作用产生的氧气向下输送到根部,一部分用于根部的呼吸作用,多余的部分就通过根部向周边土壤及水体释放[6],在传统人工湿地工艺中,上述植物输氧方式是传统人工湿地系统中的DO得以改善的主要途径。

在本中试系统中,除了对传统的挺水植物进行运用外,还充分运用了沉水植物。沉水植物全株浸没在水中,在光照条件充足的情况下,进行光合作用直接向水体释氧。从实验结果来看,挺水植物区虽然可以通过植物根系向水体释氧,但在夏、秋高温季节出水DO的下降趋势可以看出,仅靠根系输氧并不能满足微生物的呼吸耗氧。因此在挺水植物区后增加沉水植物区环节,可以有效地保证中试系统出水DO维持在较高的水平。

4结论及建议

(1)中试系统对蟒蛇河原水DO的改善效果显著,出水的DO在夏、秋、冬、春季较原水相比分别提升了384.1%、147.7%、31.0%、23.0%,分别达到7.02、10.38、10.98、11.43 mg/L。

(2)跌水增氧效果与跌水高度显著相关,调节跌水高度从5～110 cm变动时,进出水DO含量增加了0.33～1.34 mg/L,可以认为在一定程度上跌水高度越高,增氧效果越好。然而为实现跌水高度的增高,原水提升泵站的扬程也将会相应抬高,从而增加能耗。在实际工作中需要综合考虑人工湿地的高程布置及增氧需求等方面因素,因地制宜地确定最佳跌水高度。

(3)为强化人工湿地对的水体DO改善效果,避免耗氧污染物冲击造成水体DO过度消耗,可采取前段曝气、中部跌水增氧、后段增设沉水植物光合释氧的方式,使该问题得到缓解,进而提高湿地脱氮及去除有机物的能力。

摘要：水体溶解氧指标的优劣对生态净化技术去除有机物、营养盐等污染指标有着显著影响。本研究在盐城市龙冈镇境内蟒蛇河南岸设计构建了饮用水源生态净化工程中试系统,通过长期研究表明:中试采取的前段曝气+中部跌水+后段增设沉水植物模式,对蟒蛇河原水DO的改善效果显著,出水的DO在夏、秋、冬、春季分别达到7.02、10.38、10.98、11.43mg/L,平均提升率分别为384.1%、147.7%、31.0%、23.0%;跌水增氧效果与跌水高度显著相关,跌水高度越高,增氧效果越好。

关键词：人工湿地,微污染原水,溶解氧,季节变化

参考文献

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[3]钟秋爽,王世和,黄娟,等.人工湿地系统溶解氧的研究[J].盐城工学院学报(自然科学版),2006,19(1):54-56.

[4]李静.城市河道水体复氧修复的水力学方法研究[J].中国水利,2008,(13):4-6.

[5]吴建强,阮晓红,王雪.人工湿地中水生植物的作用和选择[J].水资源保护,2005,21(1):1-6.

人工水体 第5篇

人工湿地组合系统不仅将人工湿地的优势充分地体现了出来, 同时还在很大程度上使单独应用人工湿地所存在的不足得到有效的完善, 因此, 其已经被广泛使用于污染水体的治理过程中, 而且已经取得了不错的成果。然而, 因为地域不同, 污染的水质也会存在着一定的差别, 故所选用的人工湿地组合系统的工艺构造自然也是各不相同。为此, 文章对多种人工湿地组合系统在治理污染水体方面的应用进行了研讨, 可供参考。

1 人工湿地组合系统的概述

因为湿地床中各种污水是以不同的方式流动着的, 所以, 根据污水的流动方式, 可将湿地划分成三种类型, 即垂直流人工湿地、表面流人工湿地以及水平流人工湿地[1]。在污染水体的治理过程中此三种人工湿地都具备其各自独特的优势, 但是也存在着诸多的问题, 单纯地应用人工湿地并不能使水体污染问题得到有效的解决。所以, 为了更好的发挥人工湿地在污染水体治理中的作用, 有效的弥补单独应用人工湿地所存在的不足, 应当结合各种类型的人工湿地, 以便更好地发挥人工湿地组合系统的作用。

就目前而言, 人工湿地的组合系统主要包括两大类, 第一类是复合型的人工湿地组合系统, 而第二类就是由各种人工湿地结合而成的湿地组合系统[2]。人工湿地组合系统是由多种人工湿地结成而成的, 此种人工湿地组合系统主要是通过把三种不同种类的人工湿地组合起来, 从而形成人工湿地组合系统, 之后再利用此系统来治理污染水体。利用此三种不同类型的人工湿地可以分别形成水平流和表面流组合、水平流和垂直流组合以及表面流和垂直流组合, 而其中由垂直流和水平流组合而成的人工湿地组合系统是使用最广泛的。水平流人工湿地和垂直流人工湿地在治理污染水体方面都各具特色, 水平流人工湿地可以有效的去除污水中的污染物, 且其受气候的影响非常小, 具有较大的实际利用价值;而垂直流人工湿地对污水中的氮及有机物能够起到很好的去除效果, 而且垂直流人工湿地比较稳定。结合垂直流人工湿地与水平流人工湿地结合, 不但可以全面的发挥这两种人工湿地的特点, 同时还可以将它们的优势充分地融合在一起, 从而有效的加强污染水体的治理效果。而由两种或两种以上的同一种湿地组合构成的系统就称作复合型的人工湿地组合。实践表明, 复合型人工湿地组合系统可以取得更好的污染水体治理效果, 其可以更好的体现出人工湿地的治污作用。同时, 轻微污染的水体治理也比较适合选用复合型人工湿地组合系统, 而且可以取得非常好的治理效果。此外, 复合垂直流人工湿地组合系统在去除污染水体中氨氮元素方面也有很好的效果, 而且能够取得非常显著的治理效果[3]。所以, 在污染水体的治理过程中, 为了取得更好的污水处理效果, 应当根据实际状况来选取恰当的人工湿地组合系统。

2 人工湿地与其他处理技术组合系统在污染水体治理中的应用

2.1 人工湿地与塘组合系统在污染水体治理中的应用

目前, 在治理污染水体过程中比较常见的一种系统就是人工湿地与塘的组合系统。稳定塘又名生态塘、氧化塘 (图1) , 其是一种借助天然净化能力的生物来对构筑物进行处理的统称, 其主要是利用菌藻的共同作用来对处理废水中的有机污染物[4]。稳定塘污水处理系统不仅不需要处理污泥就可对污染水质中的病原体及有机物起到很好的去除效果, 而且操作和维修都比较简单, 同时只需投入较少的运转费用及基建投资即可。此外, 稳定塘污水处理系统非常适用于水资源匮乏地区的污水资源化利用治理, 而且可以取得非常好的效果。因此, 近些年我国非常重视对稳定塘污水处理系统的推广与使用。然而, 此污水治理系统也存在着一定的缺陷, 如极易再次污染环境、水力需要停留较长的时间、只适用于深度处理污水、需要占用较大的面积等等。把稳定塘及人工湿地两种自然污水处理系统组合起来, 不仅可以使它们各自的优势得以充分地体现出来, 同时还可以使对方的不足得到更好的弥补, 从而取得更佳的污水处理效果。因此, 人工湿地与塘组合系统已经成为人们关注的焦点。

根据组合顺序的不同, 可把人工湿地与塘的组合分成两种, 即人工湿地-塘以及塘-人工湿地。人工湿地 (图2) 无法有效的解决且普遍存在的一个难题就是湿地基质的堵塞问题, 而塘的沉淀性能非常好, 将其布置于人工湿地前, 可以使污染水体中的悬浮颗粒及有机物得以有效的去除, 使水质趋于稳定, 从而使人工湿地的堵塞难题得到全面的解决, 进而使人工湿地的使用寿命实现有效的延长。虽然人工湿地对污水中磷和氮的去除具有很好的效果, 可是由于我国河流湖泊正呈现出出越来越严重的富营养化现象, 再加上多方面因素的制约, 导致人工湿地在治理污水时无法达标。所以, 应用塘系统来对经过人工湿地处理后的污水进行治理, 不仅可以使污水中磷氮的去除率实现全面的提升, 而且可以使出水更加趋于稳定。这两种组合方式都具有各自独特的优势, 所以, 在污染水体的治理过程中, 可依据具体的水质状况来对恰当的组合形式加以选取, 以达到更好的污水处理效果。

2.2 人工湿地与生化处理技术组合系统在污染水体治理中的应用

在对生活废水及工业废水进行处理与治理的过程中, 一个至关重要的技术就是生化处理技术, 其可以使污水中污染物的浓度实现全面的减小, 使出水达到标准要求, 因此, 生化处理技术属于一项高效、稳定且比较成熟的处理废水的工艺。但是, 在具体的使用过程中, 其也存在着许多不足之外, 如其需要集中进行建设, 管理也存在着一定的难度, 而且需要投入较多的资金。因此, 人工湿地与生化处理技术组合系统就应运而生了, 其可以使多种污水处理技术实现优势互补。人工湿地与生化处理技术组合系统中比较常见的一种组合方式就是前置设施-人工湿地组合方式, 而前置设施中使用比较普遍的主要有水解酸化池、预曝气、厌氧好氧组合以及厌氧反应器等。前置设施-人工湿地组合系统不仅可以使污染负荷实现有效的减少, 提升去除悬浮颗粒的效果, 避免人工湿地出现堵塞情况;而且对于污染水体中氮及污染物的去除具有较好的效果;同时还可以使人工湿地中溶解氧的质量浓度实现全面的增加;最重要的是, 实施此污水处理技术只需占用较小的面积, 而且可以有效的减少资金投入。

3 结语

目前, 在治理污染水体的过程中已经普遍使用到了人工湿地组合系统, 而且已经达到非常好的治理效果, 所以, 人工湿地组合系统的应用是一个值得我们不断探索与研究的课题。在实践应用过程中, 我们也应当根据水质的实际状况来选用合适的组合系统, 这样方能达到更好的治理效果, 从而使我国的水资源得到更好的循环利用。

参考文献

[1]万金保, 陈琳, 吴永明, 顾平, 何华燕.IOC—SBBR—人工湿地组合工艺在猪场废水处理中的应用[J].给水排水, 2011 (07) .

[2]李志杰, 孙井梅, 刘宝山.人工湿地脱氮除磷机理及其研究进展[J].工业水处理, 2012 (04) .

[3]万金保, 兰新怡, 汤爱萍, 刘峰.多级表面流人工湿地/氧化塘工艺处理微污染原水[J].中国给水排水, 2011 (21) .

人工水体 第6篇

关键词：人工湿地技术,微污染水体,水体处理,应用

一般情况下, 通过人工湿地技术在微污染水体处理中的应用, 可以进行对水资源的状态的有效评估, 并通过对微污染水体的处理, 提升水体的质量, 满足使用的需要。与此同时, 水资源是人类社会所必不可缺的重要战略性资源, 水资源的质量将直接决定到人民群众的日常生活。针对这样的情况, 在经济社会不断发展的今天, 不断提升人工湿地技术在微污染水体处理中的应用水平, 提升供水的水资源质量, 保证社会对水资源的正常运用, 是进行人工湿地技术在微污染水体处理中的应用研究的根本目的。

1 人工湿地技术在微污染水体处理中的应用的重要意义

随着人工湿地技术的不断更新, 在确保人民群众所使用的水资源的质量的同时, 也可以保证净水工艺可以有足够的技术支持和保证。综上所述, 进行对人工湿地技术的研究, 不仅仅是有效的保证水质质量的提升的根本保障, 还是不断促进净水工艺发展, 保证人民群众正常用水的有力保证。因此, 通过开展以人工湿地技术为核心技术的微污染水体的处理技术的研发过程之中, 可以有力的保证水资源处于合理有效的状态, 为社会的安全用水打下坚实的基础。

2 人工湿地技术在微污染水体处理中应用的技术标准要求

一般情况下, 在进行人工湿地技术在微污染水体处理中应用的过程中, 要对水资源的具体类型和水资源的处理形式进行具体的划分。具体的来说, 就是要按照进行处理的水资源之中的物质的类型分之为常规性的水资源化验和非常规性的水资源水质化验。根据这两种不同的分类, 我国在进行对水资源的质量标准的设定的过程之中, 进行了相关的调整, 对进行水资源之中无机化合物的调查从十项增加到了22项, 并把水资源化验之中的有机化合物的调查从五项增加到了62项, 对于水资源之中可能含有的微生物病毒等的调查标准也有了详细的增加。这些新增加的调查项目证明我国在进行对微污染水体水质化验之中时使用的化验技术正在逐步提升, 也表明我国正在逐步提升对水处理的重视程度。与此同时, 通过对水质化验技术的重视度的提升, 水资源的状态保护水平也得到了有效的提升, 进而保证人民群众都可以用上安全健康的水资源。

3 人工湿地技术在微污染水体处理中的应用的具体途径

3.1 通过人工湿地技术控制氧浓度处理微污染水体

使用人工湿地技术控制微污染水体氧浓度可以有效的调节微污染水体之中的氧浓度, 进而通过对氧浓度的调控, 来影响到微污染水体之中的硝化细菌的生长情况, 进而有效的降低微污染水体中的细菌的浓度, 发挥出水体净化的作用。人工湿地技术在应用的过程中, 通过对氧浓度的控制还可以有效的推动对于微污染水体之中的污染物的间接作用。与此同时, 通过改善微污染水体的氧浓度状况, 还可以有效地保证湿地的可持续发展, 进而发挥出持续性的水体保护作用。

3.2 通过人工湿地技术控制微生物数量处理微污染水体

通过对人工湿地技术的应用, 最关键的部分就是利用好湿地之中的微生物数量。具体的来说, 人工湿地之中的微生物的数量将对整个湿地的生态系统形成影响, 并在进行对微污染水体之中的污染物成分的分解过程中发挥重要作用。为了有效的提升人工湿地之中的微生物的生产效率的发挥, 近几年来, 社会上开展了很多关于微生物数量提升培养的研究工作, 并通过调整处理微污染水体中的微生物的种群组成和数量来进行对微污染水体的处理。

3.3 通过人工湿地技术控制植被处理微污染水体

有很多的文献资料表明, 人工湿地技术处理微污染水体的关键组成因素之一就是植被的水体处理功能。具体的来说, 不同的植被对于微污染水体之中的污染物的处理速率各不相同, 为微污染水体提供氧的能力也存在一定的差别。针对这样的情况, 在进行微污染水体处理的过程中, 就需要合理搭配微污染水体控制植被, 充分的利用好不同的种类的植被的水体处理功能, 更好的发挥出人工湿地的控制功能, 提升水体的净化效果。

4 结语

综上所述, 近几年来, 随着我国经济的不断发展, 我国的人工湿地技术也取得了令人瞩目的成就, 在不断吸取外国先进技术的同时, 不断结合我国的实际情况, 已经可以在水体处理方面满足社会的需要, 为我国的社会正常用水提供了保证。

参考文献

[1]杨旭, 张雪萍, 于水利, 王继富.微污染水源人工湿地处理效果与植物作用分析[J].中国农学通报, 2013, (03) .

人工水体 第7篇

随着社会经济发展,环境中氮磷污染一直备受关注。90%的氮以NH4+形式被氧化成NO3-和NO2-,增加了流动性进入到水体中[7,8]。人工湿地系统对于污染水体中氮的去除途径包括过滤、沉淀、离子交换、吸附以及硝化与反硝化作用等[9]。研究者通过设计功能化植物、吸附生物膜[10]、连续曝气与间接生物曝气反应器增加供氧等方式提高氮素去除效果[11]。其中,硝化与反硝化反应是湿地系统去除氮素的重要途径[12],人工湿地对氮素的去除主要影响过程之一是反硝化过程[13—15]。碳氮比的高低直接影响反硝化反应进程,大多数研究以投加碳源形式提高碳氮比[16]。有研究表明,通过投加不同形态的碳源如固态、液态及有机态等到上流式厌氧反应器、序批式厌氧生物膜反应器以及SBR等中可以有效提高去除氮素的效果[17,18]。其投加碳源的方式大多为直接在进水中投加,多使用甲醇、葡萄糖、醋酸钠等液态有机碳[19],由于液态有机碳反应速度快,容易在湿地上层发生好氧分解导致碳源的浪费,因此开展添加位置、添加方式以及添加量的研究是一种有益的尝试[20]。已有研究发现,向微污染人工湿地中添加碳源可提高系统反硝化脱氮效能[21]。随着人工湿地广泛使用及研究逐渐深入,湿地系统在复杂条件(如高低温、酸碱环境、高低污染负荷)下对污染物的去除机理研究,进而在极端环境下提高去除效果研究具有意义。近期有部分研究针对北方地区温度为5℃以下,提到了海洋、自然湿地中氨氧化微生物AOPs以及复合菌剂等应用提高了湿地脱氮效果[22,23]。而南方自然湿地类型丰富、分布广且人工湿地越来越多,针对南方冬季温度在0~10℃的低温环境下,人工湿地系统去除氮素的效果值得探讨。

实验利用垂直流人工湿地装置,开展低温(<10℃)条件下,在潜行流底层添加不同数量的葡萄糖时,系统去除微污染水中氮素的效果,并初步探讨其去除机理。

1 材料与方法

1.1 试验装置设计

垂直流人工湿地装置由采用有机玻璃焊接而成的原水箱、下行潜流箱和上行潜流箱构成。原水箱包括进水槽、溢流堰和穿孔整流板,尺寸为1.5 m×1.0 m×1.0 m(长×宽×高),主要功能是储水,同时起到稳定水流和促进悬浮物沉淀的作用,装置结构如图1所示。下行流箱和上行流箱尺寸均为1.0 m×0.5 m×1.5 m。箱体中填料高度均为1.0m,自上而下分别填充0.5、1.0、2.0 cm粒径的砂砾、2cm粒径的陶粒和4.0 cm粒径的砾石。下行流箱体采用布水管进水,进水流量由安装于原水箱与下行流箱之间的水表控制。取样孔分别布置在上、下潜行流箱底向上0、0.2、0.7和1.1 m处。上行流箱体1.3 m高处设置排水孔。下行流箱和上行流箱通过箱体底部直径2.0 cm的水管连通,装置结构如图2所示。

1.2 试验材料

填料:长沙市砂砾石,经过筛分为0.5、1.0、2.0、4.0 cm粒径。陶粒为长沙陶粒加工厂生产的生物陶粒,粒径2.0cm。

碳源:葡萄糖,购买自长沙市西湖路,固态。分别取50 g和100 g葡萄糖,溶解于50 L自来水中。

1.3 系统运行条件

垂直流人工湿地装置构建于长沙理工大学云塘校区北侧山前湖泊一岸,原水引自该湖泊水,进水方式为蠕动泵连续进水,进水流量为12 L/h,水力负荷为380 mm/d,水力停留时间为126 h。系统建成之后稳定约2个月开始实验,取样测试时间为2015年11月至2016年2月,气温低于10℃。

1.4 试验

第一次试验,未加碳源的情况;第二次,取50 g葡萄糖,溶解于50 L自来水中,投加方式为取水前12 h持续投加,投加时间为1 h通过注水管在下行流底部连续缓慢注入葡萄糖溶液。第三次,加100 g碳源,同样溶解于50 L自来水中,投加方式同第二次试验。

1.5 取样和测试

实验均在进水采样孔与水平处出水孔采样,采样频率为试验开始第一周每天定时取样一次,第8天至第22天每2 d一次,之后每3 d一次。温度、p H采用温度计与p H计测定,ORP采用氧化反应电位笔测定,DO采用碘量法,CODCr采用重铬酸钾滴定法,TN采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法,硝态氮采用酚二磺酸分光光度法,亚硝态氮采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法。实验仪器:紫外分光光度计为德国进口哈希DR5000;可见光分光光度计为WFJ7200型;ORP负电位检测笔SIN-ORP986;微波闭式消解仪为WMX-3-A型。实验数据采用SPSS20.0软件进行主成分方差分析。

2 结果与分析

2.1 未加碳源脱氮效果

试验在2015年11月至12月间进行。分别在上行流、下行流装置8个取样孔取样分析。持续一个月内系统对TN、硝态氮的去除效率见图3所示,进出水各指标浓度对比如表1所示。进水COD为87.00~128.00 mg/L,TN浓度在10.13~19.08 mg/L,硝态氮浓度为1.01~1.58 mg/L,亚硝酸盐氮浓度为0.08~0.14 mg/L。系统运行一个月后,对污水中TN最佳去除率为21.12%,对硝态氮最佳去除率为20.09%。TN、硝态氮平均污染负荷分别为13.30和1.25 mg/L。可见在低温和污染负荷不高的情况下,垂直流人工湿地系统对TN、硝酸盐氮去除率较小;第10次系统出水样COD明显降低,之后COD变化趋于平缓,出水COD浓度在60.00mg/L左右。

2.2 加碳源脱氮效果

不同碳源投加量的试验分别在12月至1月和1月至2月完成。系统对TN、硝态氮的去除效率见图4所示;COD去除率见图5。进水TN浓度在10.05~15.0 mg/L,硝态氮浓度为1.01~1.58 mg/L,亚硝酸盐氮浓度为0.08~0.14 mg/L。经过取水前12 h持续投加,投加时间为1 h,添加了50 g(12—1月期间添加取样)、100 g(1—2月添加取样)葡萄糖两次,TN最佳去除率为30.11%,硝态氮最佳去除为32%,TN平均污染负荷为11.5 mg/L,硝态氮平均污染负荷为1.2 mg/L。投加50g葡萄糖后出水水质TN最低浓度减少至7.63 mg/L,硝态氮最低浓度减至0.728 mg/L。加入50g葡萄糖之后出水COD浓度41~58 mg/L之间,C/N为5.5左右。提前投加碳源到垂直流系统,可以增加碳源与系统中微生物的接触时间,所以出水COD降低。

100 g葡萄糖投加量时对TN、硝态氮去除率都为28.0%,TN平均污染负荷为10.3 mg/L,硝态氮平均污染负荷为1.1 mg/L。加入100 g葡萄糖之后出水COD浓度75~110 mg/L之间,C/N为7.5左右。投加100 g葡萄糖影响到出水的COD变化不明显,垂直流人工湿地系统不能完全吸收。

2.3 对比分析

与未加碳源对比,投加碳源增加了对氮素的去除效果,且50 g葡萄糖的投加量对总氮、硝酸盐氮的去除率优于100 g投加量。表2看出向垂直流人工湿地系统中未加碳源、加入50 g葡萄糖、100 g葡萄糖对TN去除效率最明显的是加入50g葡萄糖,能充分地补充反硝化过程中所需的碳源,然而当加入100 g碳源引起COD明显的增加,可见系统并没有完全利用所加的碳源,导致碳源的浪费。不同情况下出水COD去除效率比较见图5。所以,针对不同的人工湿地系统加入不同的碳源量,对不同人工湿地的碳源量的研究可在很大程度上节约碳源成本。

经过SPSS主成分因子分析,比对3个不同时期的TN与硝酸盐氮的污染负荷,在未加碳源与加入碳源两个时期的硝酸盐氮污染负荷存在着明显差异P=0.013,TN负荷显著性差异P=0.017。在两个时期加入不同量的葡萄糖到系统硝态氮具有显著性差异P=0.012,TN负荷同时存在显著性差异P=0.016。加入50g葡萄糖硝氮负荷增加了15%,TN负荷增加了20%,可以有效提高系统的脱氮效果。

3 讨论

3.1 碳氮比对脱氮影响

碳源为反硝化菌提供能量来源,投加量及有效吸收是影响反硝化进程的主要影响因素之一。朱文玲等[24]研究在碳氮比为1∶1、3∶1、5∶1情况下,5∶1碳氮比时,反硝化效率达到最大值。Zhao等[25]研究垂直流人工湿地在进水碳氮比为2.5∶1与5∶1对TN去除效率均高于碳氮比为10∶1的去除效率。而Xia S等[26]研究碳氮比为3∶1、5∶1、10∶1对比对总氮的去除效果,当进水碳氮比为为10∶1时呈现最佳去除效率。本文研究当碳氮比从5.5∶1提高到7.5∶1时,TN去除效果下降,说明垂直流人工湿地合适的碳含量有利于系统硝化-反硝化进程脱氮效果。目前研究者普遍采用甲醇、葡萄糖、醋酸钠等液态有机碳作为碳源,由于便于处理从而用于湿地脱氮处理[19],然而研究热点逐渐采用纤维类天然固体有机物代替传统碳源[27]。

3.2 温度对脱氮影响

温度是影响微生物反应速率的重要因素之一。邹雨璇在温度变化下人工湿地微生物对脱氮效果研究中温度降低,脱氮效率降低[22]。张彩莹等研究3~4℃、8~16℃、21~27℃3类气温段对脱氮影响,气温对TN、硝酸盐氮的去除相关系数都在0.95以上,是影响脱氮效果的最主要影响因素,在3~4℃低温情况下对TN去除率为23%[28]。本文研究在低温条件下(<10℃),对TN去除率为21%,在增加50g葡萄糖碳源之后,去除率增加到30%。因此在低温条件下人工湿地需增设保温措施[28],或者如本文投加碳源,提高湿地脱氮效果。

4 结论

(1)低温下垂直流人工湿地对TN和硝酸盐氮去除率较低,尤其对于微污染水体,进水COD为87.00~128.00 mg/L,温度<10℃,总氮和硝酸氮的去除效果分别为21%和20%。

(2)投加碳源能够提高系统脱氮效果,对TN去除率相对于未加碳源提高50%,对硝酸盐氮去除率提高60%。

(3)葡萄糖通过注水管直接加到潜行流低层,在复合垂直流人工湿地补充反硝化所需碳源,不同投加量脱氮效果影响大小:50 g葡萄糖>100 g葡萄糖。碳源会显著性提高系统硝态氮负荷(P=0.017)与总氮负荷(P=0.013)。