人工湿地组合系统

人工湿地组合系统（精选10篇）

人工湿地组合系统 第1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) .

基于人工湿地系统中的微生物研究 第2篇

人工湿地中微生物的活动是污水中污染物降解的`主要因素.本文介绍了人工湿地系统中微生物的研究进展,从微生物在人工湿地中的多样性、分布规律、酶及其活性、湿地净化作用与微生物的相关性、以及研究方法等方面进行了论述.为优化微生物群落结构和强化人工湿地功能提供理论指导.

作 者：梁宁 王敦球 魏彩春 Liang Ning Wang Dunqiu Wei Caichun  作者单位：桂林理工大学,环境科学与工程学院,广西,桂林,541004 刊 名：环境科学与管理 英文刊名：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT 年，卷(期)：2010 35(2) 分类号：X172 关键词：人工湿地   微生物   研究   群落  

人工湿地生态净化系统大有可为 第3篇

天泉人工湿地生态净化系统位于岳麓区莲花镇立马村，莲花镇地处湖南省长沙市岳麓区西南，镇域总面积113平方公里，辖16个村和1个社区居委会，人口5.1万。有农田2061公顷，山林7693公顷，森林覆盖率58.4%，水面661公顷，是典型的丘陵乡镇。2008年10月，莲花镇被列为湖南省“两型社会”建设示范镇，2010年又将莲花镇确定为湖南省“城乡一体化”建设示范镇。按照“城乡一体化”建设、“两型社会”示范镇建设的目标任务，将莲花建设成中国最美丽乡村的目标，全面推进城乡一体化“两型社会”示范镇建设又好又快发展，取得了显著的成效。

通过对莲花镇立马村污水调查，发现上游农村生活污水的直排对系统入水水质影响大；水系中游及下游农业面源污染严重，水体混浊发黑，呈富营养化趋势，对下游居民生产、生活造成一定影响，也影响区域内生态景观形象，流入下游污染河、湖。

根据莲花镇立马村自然资源以及水污染现状，长沙市林业局决定，由湖南天泉生态草业工程有限公司对实行整村土地流转的立马村进行人工湿地生态净化示范推广，并通过中南林业科技大学进行技术支撑。确定采取“生物塘+生态沟渠+人工湿地”的模式进行污水治理，利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来净化各类固、液、气污染物质。系统建成后，生活污水和基质厂房排水经多级植物塘和生态沟渠处理后逐步净化，通过人工湿地系统对混合污水进行深度处理。

人工湿地是该系统的核心工程，由“表-潜-表”三级串联的人工湿地单元组成，主要包括表流湿地单元（A）、水平潜流湿地单元（B）、表流湿地单元（C）。

该湿地系统在水平潜流单元构建生物再生型吸附缓冲系统，采用廉价、吸附容量大、通透性好的石灰石作为主体填料，同时选择与种植主根系分布在石灰石填料层的多年生木本植物，间种季节性草本植物，利用介质层植物根系与微生物膜的再生功能，实现填料吸附、沉淀、生物降解、吸收和转化的平衡，增强系统抗污染负荷能力，提高系统稳定与可持续性。

通过对该系统出水检测，主要污染物指标，经人工湿地处理后，平均去除率均达到80.4%以上。其出水水质均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》一级A标准，稳定水质后将用于草毯生产的灌溉用水。同时，该系统通过利用进水和出水落差自流的方式流动，零能耗运转，不需要任何能耗和药剂费用，运行费用低。

人工湿地系统是一个具有高效去污和生产功能的复合生态系统，该系统内配置季节性植物群落，运用草本、木本植物，观花、观叶植物，挺水、浮水植物，进行混种、间种、单种等多种方式，通过丰富系统生物多样性来强化湿地生态净化系统的时空与营养结构功能，确保换季时各单元留存的植物数量，创造湿地生态系统景观效益。在治理农村污水，改善当地环境的同时，提升当地知名度，带动旅游产业的发展。通过该系统与湿地植物繁殖项目相结合，繁殖相关湿地植物并进行销售增加收益，建成后，预计每年至少能带来30～50万元收益。

同时，该人工湿地生态净化系统也是生产系统。由于系统中动植物的生长繁殖，系统有机物质总量在增长。因此，必须建立科学的生物收获方式，快速削减系统BOD总量。湿地植物换季时统一收获，与有机生活垃圾一并收集，应用于农业废弃物资源化利用项目，该项目通过天泉公司特有生物发酵技术后制成生态基质，用于生态园内草毯生产，实现了农业产业化循环模式。在治理污染的同时，美化和改善了农村人居生态环境，同时为当地村民提供了一定数量的就业岗位。

随着人工湿地净化系统投资运行，每天能回收处理污水5000吨，减少了污染，使环境得到了保护，大幅度减少了对地下水的污染，使立马村周边的生态环境得到明显改善。同时，农业废弃物资源化利用、生态草毯规模化生产、湿地植物繁殖等相关配套项目先后开展，使项目所在区域农村污水得到无害化、稳定化、减量化、资源化处理，进一步带动当地经济发展，改善当地的环境，促进地方农村污水处理工程建设。如果我们对生产、生活污水，通过从源头进行人工湿地净化处理，那么，流入大江、大河的水，就不会有污染了。该人工湿地污水处理项目的成功实施，将会极大推进全市乃至全省农村污水处理项目的实施，为解决我国农村污水问题提供一条绿色、低碳、循环的途径。

人工湿地组合系统 第4篇

但是大部分人研究的都是处理高浓度的生活污水,对低污染浓度的污染水体处理研究较少,目前在我国农村水体污染问题已严重影响当地的环境,国内一部分学者已经开始研究处理这种类型的污染,人工湿地组合系统作为一种新型的处理系统,有着投资少,消耗低,维护简单等优点,特别适合在农村以及经济欠发达地区使用[8]。所以本次试验的目的就是探究多级人工湿地- 塘组合系统在低温环境下对低浓度污染水体的净化效果。

1 试验部分

1. 1 试验装置

试验装置为多级人工湿地- 塘组合系统,组合系统中各单体构筑物由1 cm厚U - PVC板焊接而成,制成以人工湿地为主体的生态处理系统,整个实验装置流程为高位水箱—生态塘A—表流湿地A—潜流湿地—表流湿地B—生态塘B,污水靠各构筑物高差流动。

高位水箱箱体尺寸为800 mm × 800 mm × 700mm( 长 × 宽 × 高) ,生态塘A、B内部尺寸为1 550mm × 400 mm × 750 mm( 长 × 宽 × 深) ,设计水深为550 mm。表流湿地A、B内部尺寸为1 550 mm × 400mm × 750 mm ( 长 × 宽 × 深) ,装置内设计水深为0. 3 m。潜流人工湿地内部尺寸为1 550 mm × 400mm × 750 mm( 长 × 宽 × 深) ,潜流人工湿地装置内设计的有效水深为0. 6 m 。

其中表流湿地底部铺设有基质,基质采用两层设计,下层为200 mm厚,用100 ~ 200 mm砾石作为承托层,上层为200 mm厚泥土作为挺水植物扎根固定用,整个基质层总高度为0. 4 m。潜流湿地底部铺设有基质填料,填料层采用通常用的三层设计,下部为200 mm厚,用100 ~ 200 mm砾石作为承托层; 中部为300 mm厚,用10 ~ 20 mm碎石作为填料层,供微生物挂膜使用; 上部为200 mm厚沙土,供固定植物扎根使用。

各个装置里面的植物为生态塘A种植伊乐藻,生态塘B种植狐尾藻,表流湿地A种植美人蕉,表流湿地B种植芦苇,潜流人工湿地中种植的植物为美人蕉。

1. 2 试验设计

选取7 个污水停留时间测试整个装置的氮去除能力,7 个污水停留时间分别为3 d、3. 5 d、4 d、4. 5d、5 d、5. 5 d和6 d。试验时间为初春,平均气温在11 ℃ 左右。

1. 3 试验水质及检测方法

试验用水采用人工配水模拟污染水体水质,涉及的主要药品为葡萄糖、尿素、氯化铵和碳酸氢钠等,配水水质为TN质量浓度10 mg /L,NH4+ _N质量浓度2. 5 mg /L,COD为60 mg /L。

试验过程中,对系统出水水质进行检测,所测项目和所测方法依次为: COD: 微波密封消解法; TN:过硫酸钾氧化- 紫外分光光度法; NH4+-N: 钠氏试剂分光光度法。测定方法参照《水与废水监测分析方法( 第四版) 》[9]。

2 结果与讨论

2. 1 COD去除效果

污染水体中的COD首先是被基质直接拦截一部分以及在化学吸附作用下被基质吸附一部分,然后是植物通过光合作用和吸收同化作用将污水中的小分子有机化合物直接吸收、利用,最后是好氧微生物的分解作用[10]。

图1 为污水停留时间对COD的去除率的影响图,由图1 可以看出: 多级人工湿地- 塘组合系统随着污水停留时间的延长,COD的去除率逐渐提高,前期的去除率低是因为停留时间短,有机物和微生物接触之后未及时利用就随着水流流出[11]。在5. 5 d、6 d这两个停留时间出现去除率趋于平衡的现象,说明停留时间到达一定的时候,COD的去除就会出现停滞现象,由此看出在利用多级人工湿地-塘组合系统去除有机物选取污水停留时间并不是越长越好,试验结果显示选取5 ~5. 5 d可以达到最佳效果。

图2 为污水停留时间对COD的出水浓度的影响图,由图2 可以看出: 选取5 d为污水停留时间,出水水质为25. 15 mg /L,达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的IV类标准。而选取污水停留时间为3 d,出水水质36. 94 mg /L,达到V类水质标准。说明污水停留时间为3 d处理效果好。

2. 2 TN去除效果

人工湿地中氮的去除机理比较复杂,是湿地植物、基质和微生物通过物理、化学及生物的协同作用的结果[12]。尹连庆等[13]研究发现,人工湿地的脱氮主要是依靠微生物的硝化与反硝化。硝化和反硝化菌存在细菌世代的问题,所以在实际处理中要考虑到污水停留时间的问题,Huett等[14]研究发现,污水停留时间为3. 5 ~ 7. 0 d的效果较好。

图3 为污水停留时间对TN的去除率的影响图,由图3 可以看出: 多级人工湿地- 塘组合系统对TN的去除率是随着污水停留时间的增加而提高,污水停留时间到达5 d的时候出现拐点,去除率开始随着污水停留时间的增加而降低。TN的去除率出现拐点的原因可能是因为系统中的溶解氧随着污水停留时间的延长出现减少,从而抑制硝化反应的进行,同时系统中的碳氮比开始下降,直接制约了反硝化作用的进行[15],导致TN的含量开始上升。由此看出多级人工湿地- 塘组合系统对TN的去除,选取5 d停留时间为最佳。

图4 为污水停留时间对TN出水水质的影响图,由图4 可以看出,此时的出水水质为5. 3 mg /L,出水水质未达到《地表水环境质量标准》,原因在于微生物的生长对环境温度的要求比较高,温度的改变直接影响微生物的活性从而影响生物脱氮效果。硝化菌的最适宜温度为30 ~ 35 ℃,反硝化菌的适宜温度为34 ~ 37 ℃,当温度低于15 ℃ 时,硝化/反硝化反应会明显受到抑制[16],本次试验是在低温下进行,温度影响了多级人工湿地- 塘组合系统对TN的处理效果。

2. 3 NH4+-N去除效果

NH4+-N的去除主要依赖于硝化反应[17],本次试验使用多个构筑物串联比单个构筑物有更明显的复氧作用,从而提高NH4+-N去除效果。

图5 为污水停留时间对NH4+-N去除率的影响图,由图5 可以看出: 多级人工湿地- 塘组合系统对NH4+-N的去除率是随着污水停留时间的增加而提高,污水停留时间达到5 d是出现拐点,去除率开始随着污水停留时间的增加而降低。NH4+-N的去除主要有两个途径,第一是通过植物直接摄取合成植物蛋白,然后通过收割从湿地系统中去除,第二是利用硝化作用去除掉。随着污水停留时间的延长,多级人工湿地- 塘组合系统会出现个别的厌氧区,在这其中就会抑制硝化作用,同时原本被根系吸附的NH4+-N可能重新释放到水中[18]。由此得出多级人工湿地- 塘组合系统去除NH4+-N的污水停留时间选在5 d为最佳。

图6 为污水停留时间对NH4+-N出水水质的影响图,由图6 可以看出: 当污水停留时间为5 d时NH4+-N出水水质为1. 7 mg / L,达到最佳效果,同时满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的V类标准。而选取污水停留时间为4. 5 d时,NH4+-N出水水质1. 85 mg /L,达到V类水质标准。说明污水停留时间为4. 5 d处理效果好。

3 结论

( 1) COD的去除,一部分是通过直接被基质附着去除,另一部分就是通过微生物的降解去除。COD随着污水停留时间的增加去除率逐步提高,最后趋于平衡态,选取污水停留时间为3 d,出水水质36. 94 mg / L,已经达到《地表水环境质量标准》V类水质标准。说明污水停留时间为3 天处理COD的效果好。

( 2) TN、NH4+-N的去除,在一定范围内,污水停留时间越长,去除效果越好。但是到达一个临界时间点之后就会出现下降的现象。原因就在于时间的延长,导致水中溶解氧下降,硝化作用被抑制,同时植物可能开始释放之前吸附的氨氮,致使NH4+-N含量上升; 另一方面,水中碳氮比的减少直接制约了反硝化作用的进行,加上氨氮的增多,TN含量开始增加。本试验得出NH4+-N在污水停留时间为4. 5 d时,出水水质1. 85 mg /L,达到V类水质标准。说明污水停留时间为4. 5 d处理效果好。TN的去除由于温度的限制,无法达到《地表水环境质量标准》,同时由于是低浓度污水,在处理方面有一定的难度,在去除率方面能达到47% ,属于较好的处理效果。

人工湿地组合系统 第5篇

摘要：试验研究了芦苇和香蒲两种植物,在人工湿地系统处理微污染河水中所起的作用,考察了芦苇和香蒲人工湿地系统对CODMn、总磷、总氮的去除效果.结果表明,香蒲人工湿地系统对CODMn、总磷、总氮的平均去除率分别为37.97%、73.46%、58.53%,而芦苇人工湿地系统的.平均去除率分别为28.57%、66.73%、48.32%,香蒲人工湿地系统表现出较好的除污效果,说明采用香蒲的人工湿地系统要优于采用芦苇的人工湿地系统.作 者：钱鸣飞 李勇 黄勇 QIAN Ming-fei LI Yong HUANG Yong 作者单位：钱鸣飞,QIAN Ming-fei(苏州环境工程有限责任公司,江苏,苏州,215006)

李勇,黄勇,LI Yong,HUANG Yong(苏州科技学院,环境科学与工程系,江苏,苏州,215011)

人工湿地组合系统 第6篇

人工湿地技术是20世纪70年代兴起的一种污水生态处理工程技术,由于具有投资少、能耗低、管理方便等优点[1],因而在污水处理中得到了广泛的研究和应用。

东阳江人工湿地净水处理工程位于浙江省东阳市歌山镇,距东阳市16km,占地约6万m2。该工程的建设目的是对东阳江上游医药化工园区排放的制药废水进行集中式深度处理,提升纳入东阳江流域的废水水质,从而削减东阳江流域水体污染负荷,提升区域水环境质量。工程采用目前国际上比较先进的高效垂直潜流(二级)、表流串联人工湿地系统,同时以生物多样性原理构建湿地植物生态系统[2]。

2 废水水质、水量

污水来自于区域内医药化工行业排放的经过企业预处理后的工业废水和少量生活污水。根据对东阳江流域上游制药企业废水排放情况的调研,确定工程设计处理规模为16 000t/d。同时,要求该工程对影响东阳江流域水环境质量的主要污染因子COD、NH3-N具有良好的处理效果,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。工程设计进出水水质指标见表1。

3 废水处理工艺

针对进水氨氮和有机物浓度较高,B/C较低的特点,在流程中设计了A/O预处理工艺强化对废水中有机污染物和氮素的去除;同时利用垂直潜流人工湿地和表流人工湿地技术的串联强化整个工艺对废水的深度处理效果,同时达到低耗运行的目的。确定的废水深度处理工艺为A/O预处理+高效垂直复合潜流 (二级)+表流串联人工湿地系统组合工艺。该工程处理工艺流程见图1。

4 废水处理工艺构筑物设计

4.1 工程的分区

湿地总平面按功能分区,根据地形充分利用土地和地势,集水井和A/O预处理池及部分一级潜流人工湿地位于东部狭长地带;主要处理单元一、二级潜流人工湿地与表流人工湿地位于西侧开阔地区。工程平面布置图见图2。

湿地主干道宽15m,构筑物及干道两侧设2～3m宽绿化带,呈环状布置,与各主要构筑物相连。污水从湿地东部集水井进入,依次经过A/O预处理单元、一级潜流人工湿地、二级潜流人工湿地和表面流人工湿地,经处理后的水从湿地工程的西部排放进入东阳江。

4.2 A/O预处理池

设置A/O预处理单元主要是强化工程对废水中有机污染物和氮素污染物的去除,为了增加体系的污泥浓度,增强污染物去除效果。

预处理池采用钢砼结构,平面尺寸:30m×20m,有效水深2.2m,总水力停留时间2h,在A池和O池布设HX型组合填料,填料直径150mm,填充率50%,采用罗茨鼓风机提供气源,风机风量q为31.7m3/min,风压p为30kPa,配套电机功率n为30kW,2台,1开1备。

4.3 垂直潜流人工湿地

一、二级垂直潜流式人工湿地串联设计,采用素土夯实膜防渗结构,设计流量为16 000m3/d,垂直流人工湿地面积为40 990m2,设计水力负荷为0.40m3/(m2od),水力停留时间为71.4h,填料层深度为1.5m,采用碎石填料,粒径50～350mm,同时以生物多样性原理构建湿地植物生态系统,一级潜流人工湿地共种植香蒲、菖蒲、风车草、菩提子、千屈菜、蒲苇和斑茅等25种植物,主要处置COD、BOD5等,以降低二级潜流人工湿地的处理负荷;二级潜流人工湿地共种植芦竹、美人蕉、水蜡烛和菖蒲等17种植物,主要处置N、P等元素。为保证湿地系统布水均匀,各分块湿地设有独立的布水系统,采用阶梯式布水方式。

4.4 表流人工湿地

表流人工湿地采用素土夯实膜防渗结构,设计流量为16 000m3/d,湿地面积为4 370m2,有效深度为1.2m,水力停留时间为5.1h,湿地布置有阿科曼BDF型填料600m2,填料规格为2.0m×1.2m。表流湿地主要是对二级潜流人工湿地出水起到进一步的修饰净化作用,并营造一定的景观效果,因此,表流人工湿地共种植了聚草、睡莲、田字萍等7种植物。

5 工程运行结果

工程自2008年3月开始建设,于2009年4月底完工,5月初开始试运行。在进水量达到设计水量的90%的情况下,工程通过实地调查和委托监测进行了验收。验收期间人工湿地系统运行正常,监测结果见表2。

由表2可知,该工程出水中的COD、NH3-N浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准,COD、NH3-N的平均去除率分别达到75.4%、62.3%,处理效果良好。

工程总装机功率为122kW,动力设备为间歇性运行,吨水动力费用为0.14元/t,低于常规处理工艺。

6 结语

东阳江人工湿地净水处理工程能有效提升纳入东阳江流域的废水水质,保护东阳江流域的水环境质量,对COD、NH3-N的平均去除率分别达到75.4%、62.3%,处理效果良好,且在经济和运行管理上都有一定的可行性,值得在适宜地区推广。

参考文献

[1]籍国东,倪晋仁.人工湿地废水生态处理系统的作用机制[J].环境污染治理技术与设备,2004,5(6):71～75.

[2]杨志焕,葛滢,沈琪,等.亚热带人工湿地中配置植物与迁入植物多样性的季节变化[J].生物多样性,2005,13(6):527～534.

[3]吴晓磊.人工湿地废水处理机理[J].环境科学,1995,16(3):83～86.

[4]聂志丹,年跃刚,等.水力负荷及季节变化对人工湿地处理效率的影响[J].给水排水,2006,32(11):28～30.

人工湿地系统水质净化技术介绍 第7篇

人工湿地技术净化污水起源于1953年德国的Max Planck研究所用芦苇去除污水中的污染物, 到20世纪70年代末期逐渐发展成为一种独具特色的新型污水处理技术, 是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。[1]

人工湿地去除的污染物范围非常广泛, 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%, 对COD的去除率可达80%, 处理出水BOD5的浓度在10mg·L-1左右, SS小于20mg·L-1[1-3], 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。

2 分类

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。

3 方法特点

人工湿地能够利用基质—微生物—植物这个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, 具有处理效果好、出水水质稳定、氮、磷去除能力强、对负荷变化适应能力强、适于处理间歇排放的污水等主要特点。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, 实现废水的资源化与无害化, 对保护野生动物和提高局部地区景观的美学价值也有益处。

4 适用范围

经过人工湿地系统系统处理后的出水水质可以达到地面水水质标准, 因此它实际上是一种深度处理的方法。特别适用于饮用水源和景观用水保护, 处理后的水可以直接排入饮用水源或景观用水的湖泊、水库或河流中。因此特别适合处理饮用水源或景观用水区附近的生活污水或直接对受污染水体的水进行处理, 或者为这些水体提供清洁的水源补充。

在人工湿地中氮主要是通过微生物的硝化和反硝化作用、植物的吸收、氨的挥发以及基质的吸附和过滤等过程而去除。废水中的氮以无机氮和有机氮两种形式存在, 无机氮可以被人工湿地中的植物吸收, 合成植物蛋白质, 最后通过植物的收割形式从湿地系统中去除。但这一部分氮仅占总氮量的8%~16%。微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除中起着重要作用。吴振斌等[4]研究发现, 湿地土壤的脲酶活性与TN的去除率有较明显的正相关性, 所以认为可以把人工湿地根区土壤中脲酶的活性作为人工湿地去除污水中含氮污染物效果的一个评价指标。国内外学者的研究表明, 利用人工湿地治理各种类型的污水, 其TN的去除率达64%~98%[1,3,5];人工湿地系统中氮去除效率取决于湿地植物根区附近土壤的氧化还原状况, 因为硝化作用要求在好氧的条件下进行, 而反硝化作用要求在厌氧的条件下进行。目前人工湿地系统TN去除率不高的主要原因是硝化-反硝化途径不畅通, 由于系统缺氧, 不能提供良好的硝化作用环境条件, 因而不能产生大量的反硝化作用底物——硝酸盐, 为反硝化作用打下基础。要使硝化—反硝化途径畅通, 提高氮的去除率最重要的是提高湿地系统中的硝化作用强度。其措施包括:对进入湿地的污水进行暴气, 以增加水中的DO;或使污水中的氮素物质在进入人工湿地前作预处理, 使之转化成NO3-N;也可以增加湿地植物的密度, 或采用间歇进水方法, 提高系统中的氧浓度。还有研究发现, 人为提高湿地中BOD:NO3-N之比 (如添加秸秆或甲醇) , 氮的去除率会大幅度提高, 能从30%左右上升至80%~90%, 原因是BOD:NO3-N比值太低时不利于反硝化作用的进行, 当比值上升到2.3时, 反硝化率达到最大值。也有人提出可直接用C:N比来表示NO3-N的去除率, 当C:N>5:1时, 反硝化效率最高[5];在人工湿地中磷主要是通过基质的吸附、络合及与Ca、Al、Fe和土壤颗粒的沉淀反应及泥炭累积, 植物的吸收, 微生物去除等作用而去除。据资料显示, 人工湿地对各种类型污水中的TP的去除率为47.0%~97.2%[1,3]。

5 基建与运行费用

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。

基建费用与很多因素有关:地形特征、地层结构、选用的前处理方法、进水水质情况、出水水质要求、外观要求等等因素有关。因而根据情况的不同有很大差异, 但比二级污水处理厂低很多。人工湿地系统运行费用特别低, 如果仅以电费计, 通常不会超过0.05元/吨/天 (主要用于提高进水水位, 如果水位不需提升则没有此项费用) , 另外需要工人进行简单的操作和维护管理。

6 处理效果

出水水质可以因进水水质或停留时间的不同达到地面水水质标准 (GB3838-88) II至V类标准。系统可以根据进水水质状况和出水水质要求进行设计。

结束语:人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统, 具有如下优点: (1) 建造和运行费用便宜; (2) 易于维护, 技术含量低; (3) 可进行有效可靠的废水处理; (4) 可缓冲对水力和污染负荷的冲击; (5) 可提供和间接提供效益, 如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动物栖息、娱乐和教育。但也有不足: (1) 占地面积大; (2) 易受病虫害影响; (3) 生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素的认识理解, 设计运行参数不精确, 因此常由于设计不当使出水达不到设计要求或不能达标排放, 有的人工湿地反而成了污染源。另外, 据已有数据, 当上下表面植物密度增大时, 人工湿地系统处理效率提高, 在达到其最优效率时, 需2~3个生长周期, 所以需建成几年后才达到完全稳定的运行。因此, 目前人工湿地技术最大问题在于缺乏长期运行系统的详细资料。

总得来说, 人工湿地污水处理系统是一种较好的废水处理方式, 特别是它充分发挥资源的生产潜力, 防止环境的再污染, 获得污水处理与资源化的最佳效益, 因此具有较高的环境效益、经济效益及社会效益, 比较适合于处理水量不大、水质变化不很大、管理水平不很高的城镇污水, 如我国农村中、小城镇的污水处理。人工湿地作为一种处理污水的新技术有待于进一步改良, 有必要更细致地研究不同地区特征和运行数据, 以便在将来的建设中提供更合理的参数。

摘要：从定义、分类、工艺原理、方法特点、适用范围、基建与运行费用以及处理效果对人工湿地处理污水进行了阐述。

关键词：人工湿地,污水处理,城市景观,生态系统

参考文献

[1]白晓慧, 王宝贞等.人工湿地污水处理技术及其应用发展[J].哈尔滨工业大学学报, 32 (6) :89-90.

[2]崔理华, 朱夕珍, 骆世明等.煤渣———草炭基质垂直流人工湿地系统对城市污水的净化效果[J].应用生态学报, 2003, 14 (4) :597-600.

[3]廖新 (亻弟) , 骆世明.人工湿地对猪场废水有机物处理效果的研究[J].应用生态学报, 2002, 13 (1) :113-117.

[4]吴振斌.植物根区土壤酶活性与污水净化效果极其相关分析[J].环境科学学报, 2001, 21 (5) :622-624.

人工湿地组合系统 第8篇

人工湿地[1]是一种由人工基质和生长在其上的植物组成, 形成用以净化污水的土壤-物-生物生态系统。近年来[2], 各种水处理工艺技术不断发展, 特别是活性污泥法以其工艺相对成熟、运行稳定、处理效果好而成为城市污水处理的主流工艺。传统的活性污泥不仅基建投资大, 运行费用高, 且主要以去除碳源污染物为目的, 对氮、磷等营养物质的去除则微乎其微, 经处理后的出水排入水体后仍将引起“富营养化”等环境问题[3]。传统的深度处理工艺虽可解决上述问题, 但因投资和运行费用昂贵而难以在经济欠发达的中小城镇推广。

以人工湿地处理系统去除氮的作用为例, 包括基质的吸附、过滤、沉淀以及氨的挥发, 植物的吸收和湿地中微生物作用下经硝化-反硝化转化去除。微生物的硝化-反硝化作用在氮的去除中有重要作用, 其需要存在大量的氮转化细菌和湿地土壤等适当的环境条件[4]。在人工湿地中, 植物根的放氧作用对根际、根区土壤产生很大的影响[5]。

2 应用的两个关键点

2.1 场地及系统布置

人工湿地系统污水处理单位体积污水处理量所需人工湿地的面积约为传统工艺的2.5倍。在采用人工湿地处理污水时, 应尽可能选择自然形成的坡度或价值不高的废弃场地, 一方面可减少施工中的土方工程量, 有利于排水, 降低投资;另一方面, 可减少对周围环境所产生的不良影响。

人工湿地进水系统的设计重在保证配水的均匀性, 一般采用穿孔管布水、溢流堰等形式。穿孔管可设于湿地床面上或埋于床面以下, 埋于湿地床面下的缺点是配水调节较为困难。穿孔管设于床面上方时, 应比床面高, 以防床面淤泥和杂草积累而影响配水效果。同时应定期清理沉淀物和杂草等, 保证系统配水的均匀性。系统的进水流量可通过闸板调节, 过多的流量或紧急变化时应有溢流、分流措施。湿地出水系统的设计可采用明渠或者管涵等排水方式, 设计应考虑受纳水体的特点、湿地系统的布置及场地的原有条件。为有效地控制湿地水位, 一般在填料层底部设穿孔集水管, 并设置旋转弯头和控制阀门。对于严寒地区, 进、出水管的设置须考虑防冻措施, 并在系统的必要部位设置控制阀和放空阀。

2.2 植物的选择

人工湿地系统设计中, 应尽可能增加湿地系统的生物多样性, 以提高湿地系统的处理性能, 延长使用寿命。在选择湿地植物物种时, 可根据耐污性、生长适应能力、根系的发达程度及经济价值和美观要求确定, 同时也要考虑因地制宜。可用于人工湿地的植物有芦苇、水花生、稗草等, 目前最常用的是芦苇。芦苇是一种禾本科的挺水植物, 具有很广的适应性和很强的抗逆性, 最重要的是它是一种良好的净水植物, 根系非常发达, 是具有巨大比表面积的活性物质, 其生长可深入到地下达0.8米, 具有良好的输氧能力。

3 结论及讨论

人工湿地作为一种环保效益高的污水处理技术, 还兼有投资少、管理运行简便、处理效果较稳定。以前, 多用在我国经济欠发达、用地等相关条件相对宽裕的小城镇、公园性质湿地规划的相关污水处理中。

随着我国污水处理事业的进一步发展, 在广大中小城镇的二级污水处理厂提标改造中, 人工湿地应有的潜力和优势可得到更好的体现。城镇污水处理厂二级处理后尾水的深度处理对适应当前重点流域的环境政策是必需的, 但追加的投资大、管理程度要求高给污水处理厂带来的附加重担又是我们传统深度处理工艺所难以克服的, 在中小城镇污水处理厂的尾水深度中, 人工湿地系统在这方面将大有用武之地。

参考文献

[1]Sakadevan K, Bavor H J.Phosphate adsorption characteristics ofsoils, slagsandzeolitetobeusedassubstratesinconstructed wetland systems[J].Water Research, 1998, 18 (2) :393-399.

[2]中国科学院南京土壤研究所微生物室, 土壤微生物研究法[M].北京:科学出版社, 1985.226.

[3]诸惠昌, 胡纪萃.新型废水处理工艺——人工湿地的设计方法[J], 环境科学, 1993, 14 (2) :39.

[4]胡康萍.人工湿地设计中的水力学问题研究[J].环境科学研究, 1991, 4 (5) :8-12.

基于人工湿地系统中的微生物研究 第9篇

目前, 人工湿地以运行费用低、投资少以及能耗小的特点被广泛的应用到了污水处理工作当中, 其通过微生物、植物群落以及基质间的相互作用对污水中的氮磷以及有机物的去除进行实现。在人工湿地中, 微生物是非常重要的组成部分, 对污水处理具有十分积极的意义, 其稳定性、种群恢复性以及多样性都在系统处理中发挥着关键的作用。

2 微生物多样性及湿地分布特点

2.1 微生物多样性解析

有效反映是指微生物的生物量可以在湿地生态系统中有机质分解和积累, 那么微生物的生物量研究表明, 人工湿地生态系统中细菌数量占据的比重最大。, 其次为放线菌以及真菌。在人工湿地中, 硝化菌、氨化菌以及反硝化菌都处于较高的水平, 并因此对硝化脱氮提供了较好的基础。同时, 氨化菌在除氮方面属于优势菌群, 在人工湿地运行的过程中, 其数量将呈现出增加的趋势。而对于硝化细菌而言, 其属于好氧细菌, 且随着湿地运行数量的下降而下降, 随着气温的上升呈现出上升趋势。在人工湿地中, 与单一的植物系统相对比, 多种植物系统在营养物去除以及有机物降解方面更具优势, 这样实验证明微生物具有了更高的多样性[1]。

2.2 深度分布特点

根据多种实验研究结论证明, 在人工湿地中上层微生物比下层微生物要多很多, 那么随着湿地深度的增加, 慢慢呈现出减少的趋势。有学者研究, 在上中层间, 微生物数量间相近3个数量级, 而在中下层间的差距在1个数量级以内。而纤维素分解菌以及硝化细菌在0cm~5cm层面数量同20cm~25cm数量相比较高, 湿地中亚硝酸菌在上层同中下层相比具有着更多的数量。此外, 在植物有充足供氧的情况下, 就会在该植物的根部形成良好氧区域, 通过对植物供氧的利用, 就可以使距离远的同根系统出现缺氧状态, 并因此为缺氧、好氧以及厌氧微生物提供了好的微环境[2]。

3 微生物降解作用

3.1 污染物去除作用

氮进行去除的时, 人工湿地中主要依靠微生物硝化、反硝化以及氨化的综合作用实现。对于氨化细菌而言, 这个就是好氧性细菌特性, 这些在污水净化中起到了非常大的作用和效果。硝化在去除污染物中, 在低氧以好氧状态下可以充分改善, 并由硝化菌以及亚硝化菌共同发挥作用, 与氨氮到亚硝态氮的转化。而在湿地氨去除中, 反硝化是第二步, 即在缺氧情况下使硝态氨能够还原为N2以及N2O, 以此有效实现系统中氮的去除[3]。同无植物系统相比, 有植物系统在去除率方面具有更好的表现, 有学者通过美人蕉、芦苇植物以及旱伞草组合实验方式的应用, 发现这几种植物在组合应用的情况下同两种植物相比具有更高的群落多样性, 在碳源应用能力方面也具有着较强的特征。这样对于单一的旱草植物来说, 多样性在微生物群落这里所具有很小的功能, 在碳源应用能力方面所具有的表现也较差。经过研究表明, 专家对湿地的硝化强度同潜流湿地相对比较高, 在其表面湿地中的水流将同大气直接产生接触, 具备条件良好的好氧环境和丰富的氧源, 在硝化强度方面同潜流湿地相对比来说很高, 并因此在氨氮方面能够更好的去除污染物的效果。而对于潜流湿地来说, 它有着较好的厌氧系统环境, 在反硝化强度方面同表面流湿地相比则具有着更好的表现, 在清洁污染物方面表明湿地比较高, 即系统能够在同一时间进行反硝化以及硝化作用, 更有利于硝氮的去除。而在复合垂直流湿地中, 由于水流方式的特殊性则使得微生物群落在活性以及数量方面都高于潜流以及表面流人工湿地, 且其中复合垂直流湿地具有更好的脱氮效果。该种情况之所以出现, 是因为在人工湿地整个系统当中, 溶解氧也是随着深度的增加慢慢减弱的, 然而系统的最上层具有的较高溶解氧含量, 能够更好的硝化作用, 那么在系统的中下层, 属于缺氧区域, 则反硝化处理有着更好的效果, 这两个系统状态的结合, 则能够对氮素实现有效的去除。

3.2 污染物去除效果相关

在系统中, 所获得的净化效果同微生物数量间存在着较为显著的相关性, 即通过植物实验培育, 部分植物菌类通过实验验证有着特殊的作用, 通过植物培育能够让更多的微生物再生。通过实验分析, 整个实验过程可以证明结论:湿地植物根区细菌数量同BOD5去除率间存在着相当明显的关系, 而根据微生物数量同凯氏氮、TP间所存在的相关性则不是很明显。有学者通过对湿地基质硝化速率的测定, 得到亚硝化细菌数量同硝化能力间具有着正相关的关系, 即表明微生物是对这部分物质进行去除的重要途径。而TP去除率、微生物数量同出水COD变化方面所具有的相关性则不是很明显, 即表明微生物在有机物以及磷降解方面并非为主要因素。

4 结语

在人工湿地系统中, 微生物同污染物去除效果间具有着十分密切的联系。对于很多问题, 依然需要进行进一步的研究, 即在对微生物群落个进行研究的基础上提升净化效果。因此, 深入研究人工湿地系统中微生物的群落特征, 既能为人工湿地生态技术奠定了微生物学的理论基础, 同时对于合理调控微生物结构, 指导人工湿地的设计、运行和管理, 提高人工湿地的净化效果都具有重要意义。

摘要：微生物是人工湿地当中不可缺少的组成部分, 那么污染物的降解也是有着相当重要的意义了。下面就是对与人工湿地分布特点上与微生物的形成进行的研究。

关键词：人工湿地系统,微生物降解

参考文献

[1]王青璐, 彭明春, 赵安娜, 黄丽, 刘韬, 梁国军, 刘路明.人工湿地中影响微生物空间分布因素的探讨[J].环境科学导刊, 2009 (02) :1-3.

[2]魏成, 刘平.人工湿地污水净化效率与根际微生物群落多样性的相关性研究[J].农业环境科学学报, 2008 (06) :2401-2406.

人工湿地组合系统 第10篇

人类急需解决的问题是当今水环境的保护问题。跟其他工业过程相比，污水控制手段和处理控制方法相对比较落后，大多数是集中于人工手动操作方式和简单的开关控制，操作和运行稳定性比较差，处理出水指标波动较大，处理效率低。

人工湿地处理系统以一种人工建造和监督控制的、与沼泽地相类似的地面，通过自然生态系统中的物理、化学和生物三者协同作用以达到对污水的净化。人工湿地的工艺流程有多种，目前采用的主要有：推流式、阶梯进水式、回流式和综合式4种。人工湿地污水处理系统一般包括前处理和人工湿地两部分。前处理一般包括化粪池、格栅、沉砂池、沉淀池、厌氧池和兼性塘等。后处理以多级湿地流床处理为主。流程简图如图1。

根据人工湿地处理系统和处理流程的特点和控制的要求，结合实际情况给出计算机控制的解决方案。

1.1 人工湿地处理系统控制过程要求

保证出水水质稳定、合格是人工湿地处理系统的首要任务。可以达到国家规定的排污标准，同时还可以降低成本。在系统的设置和运行操作上要注意以下几点：

1)生产率：改进操作方式，提高湿地污水处理过程的能力;

2)可靠性：保证干扰事件情况下污水处理过程正常运行，降低过程故障发生率;

3)稳定性：当过程出现一些问题，可能对出水水质造成一定的影响，但通过控制技术可以避免这类事件。

4)操作费用：减少生物填料、化学药剂和能源消耗，降低生产成本。

1.2 人工湿地处理系统对自动控制系统的要求

人工湿地处理系统的管理方式和工艺过程与其它工业过程差别较大，而且操作和控制也没有达到规范化，因此要想使控制系统发挥理想的效果。主要的要求有如下几点：

1)要求计算机控制系统有良好的适应性;

2)要求计算机控制系统采用分布式结构，具有良好互通能力;

3)要求计算机控制系统有好看的人机界面和良好的后备能力;

4)要求计算机控制系统有良好的计算能力;

5)要求计算机控制系统对水质，水速等参数进行在线测量;

6)要求计算机控制系统具有全面的故障诊断和报警记录能力。

2 人工湿地处理过程计算机控制系统体系结构和功能

2.1 人工湿地处理过程计算机控制系统总体结构

根据人工湿地处理过程的工艺特点、控制要求，针对人工湿地处理系统野外范围大，处理情况复杂，控制点多等具体特点，计算机控制系统采用了PC-PLC分级分布式控制形式。在系统中采用中央操作站与主PLC相结合的控制结构，通过现场总线技术实现各点互联通讯处理，达到提高系统安全性、实现分布式控制思想的目的。系统总体结构体系分为三个层次：1)上层：中央控制室计算机监控系统;2)中间层：主PLC控制器作为中央控制单元;3)下层：分布在生物降解、格栅截留、生物接触处理场、生物填料，面流及潜流控制场、出水道的两个分控站的8个现场就地分控站。

2.2 人工湿地处理过程控制系统功能

人工湿地处理控制系统功能主要包括以下几个方面：1)人工湿地处理过程控制;2)多点数据采集和处理设备控制;3)人工湿地处理过程监控。如图2所示。

1）人工湿地处理过程控制

主要控制回路包括料液泵站控制和泵站负荷分配控制、生物填料自整定PID控制、填料优化设定控制。

2）多点数据采集和处理设备控制

数据采集主要实现各处理参数的实时检测，例如：污液浓度、液位、滤水量、生物填料量、生物填料加量、温度、PH值等处理参数的采集、报警等功能。处理设备控制主要实现逻辑控制和顺序控制，例如：主要电气设备启动、停止、联锁，设备状态报警等功能。

3）人工湿地处理过程监控

本监控系统具有良好的通用性和严格的工程性。具有以下几个特点： (1) 控制方式灵活、安全。操作人员可以通过监控画面实现过程联锁控制、手动开关控制和单元连锁控制。 (2) 控制画面生动直观，过程选取非常简洁，而且实用性强; (3) 报警显示配有声光显示，画面自动切换和打印存储功能，极大地方便了报警处理和故障诊断分析工作; (4) 数据处理能力强，系统提供启动次数累计和电量累计功能。

2.3 人工湿地处理自动化控制

人工湿地处理系统是一个完整的生态系统。它有良好的内部循环处理功能，并具有较好的经济效益和生态效益。人工湿地系统的循环处理特点是，要求计算机控制系统必须能够兼顾处理流程和单元控制，单元控制是计算机控制系统的基础，是实现人工湿地处理系统优化控制的条件，因此人工湿地处理的各站单元控制点需根据湿地处理控制要求，实现系统工程控制的目的。

1）人工湿地处理系统污液流、水流泵站控制

人工湿地中的污液流、水流的控制状况以及运行效果直接影响污水处理效果。各部点泵站的控制要求：1)各部点泵站响应能力较快，才能保证人工湿地污液流、水流的顺畅;2)人工湿地污液流、水流水位、流速变化在一定范围内变化。各部点泵站按照检测的污液位差和水流差变化率、污液流速和水流速变化率，按最佳的菌类消化响应过程，引入模糊控制方法，采用PD控制结构控制泵的运行台数，提高各泵站对各水量变化的响应能力。控制器采用了五个模糊变量污液位差YC;污液流速变化率YL;水位差SC;水位流速变化率SU;启动泵台数MC。这些模糊控制思想由PLC编程实现。PLC间隔20S检测各点参数，根据量化公式计算并转化为控制表位置，查询得到实际应该启动的泵站台数并执行控制。

2）生物填料自整定PID控制技术

生物填料可控处理是人工湿地处理系统控制的一个关键环节。它直接涉及到污液水处理效果和处理成本。生物填料投加量少会影响净水效果，因此，在系统设计处理中要分析浮选生物填料的处理过程，采用经济、高效的生物填料控制方法。

根据人工湿地处理的实际情况，考虑到影响指标的诸多因素：污液的浓度、PH值、水质、水流和搅拌、生物填料的种类、数量、填料方式等，采用污液的进水浊度、污液的PH值、污液入口流量、作为前馈变量，浮选污液出口浊度、PH值作为反馈变量，利用PID控制调节生物填料投加(有自动投加和手动投加两种)。如图3所示。

从受控系统看，这是一个水、电、机一体化的复杂系统。在实际系统运行过程中，由于测点的变化、水温随季节变化、生物填料变化等因素的影响会使控制过程相应发生变化。可采用基于性能指标的自整定PID技术自动确定PID控制器的控制参数，稳定较快跟踪污液的浓度、PH值、和流量的变化，随时加以调整可控。

3）人工湿地处理系统流床控制技术

人工湿地流床处理污水按其中的流动处理方式可分为两种类型： (1) 自由水面人工湿地 (简称FWS，或称地表径流型人工湿地) ; (2) 潜流型人工湿地 (简称SFS) 。为达到最佳的处理效果可采用综合式处理方式。人工湿地流床是由许多人工建造的长满植物的碎石床，各天然物理类介质清污床并联和串联组成.是一个完整的生态处理系统。

解决过程控制中存在的技术问题，实时调节影响处理效果的PH值控量及添加剂投放量和投放配比，优化人工湿地流床处理过程分布式计算级控制系统的污水浊度、PH值、添加剂数量等回路设定值，使处理水质参数BOD、COD达到国家规定的排放标准。主要的计算机控制技术是：1)在各处理运行点按控制要求分布监控，采集跟踪污液水的浓度、PH值、温度和流量的变化;2)用PID控制技术自动确定PID控制器的控制参数，调控添加剂的投放(有自动投放和手动投放两种);3)监控人工湿地流床和各天然物理类介质清污床的滤水状况、天然植物的生长状况，及时预报和做故障诊断分析工作并报警显示处理。

3 结束语

人工湿地处理系统是一种正处于研究、应用和发展的污水处理实用技术，在我国具有非常广泛的应用前景。尽管目前在人工湿地研究和应用中仍然存在一些不足之处，但将计算机控制技术引入其中，处理效果是非常明显的。特别是计算机控制技术提供了非常有用的量化处理方式，解决了人工湿地处理系统中污水处理过程控制中存在的监控、采集、非线性、耦合、跟踪控制等关键技术问题，实现了人工湿地处理系统的新的应用和发展。

参考文献

[1]毛慧欧, 柴天佑, 乔金华.城市污水处理计算机控制系统的应用研究[J].环境污染治理技术与设备, 2001, 2 (5) :32-36.

[2]乔金华.城市污水处理计算机控制系统的应用研究[J].环境污染治理技术与设备, 2001, 2 (5) :32-36.

[3]郭照新, 李潮, 张学东.PLC在一体化反应器污水处理系统中的应用[J].微计算机信息, 2006, 3 (1) :29-33.

[4]白晓慧, 王宝贞, 余敏, 等.人工湿地污水处理技术及其发展应用[J].哈尔滨建筑大学学报, 1999 (6) .