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1、人工湿地技术介绍人工湿地技术介绍吴旭琲吴旭琲 博士博士1湿地概况湿地概况2 “湿地”一词源自英文wetland，是包括天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，包括或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体的水域，一般指低潮时水深不超过6米的水域。摘自1971年湿地公约湿地的定义湿地的定义3湿地的类型湿地的类型从人类干扰的角从人类干扰的角度度自然湿地自然湿地人工湿地人工湿地从水分含盐量的从水分含盐量的角度角度淡水湿地淡水湿地半咸水湿地半咸水湿地咸水湿地咸水湿地从从系统的系统的分类角分类角度度沼泽湿地沼泽湿地湖泊湿地湖泊湿地河流湿地河流湿地浅海滩涂湿地浅海滩涂湿地人工人工湿地湿地4全球湿地
2、概况全球湿地概况占地球陆地面积的占地球陆地面积的6，其中，其中湖泊占湖泊占2藓类沼泽占藓类沼泽占30草本沼泽占草本沼泽占26森林沼泽占森林沼泽占20洪泛平原占洪泛平原占15世界红树林的面积约世界红树林的面积约24 万万km2，珊瑚礁约珊瑚礁约60万万km25中国湿地概况中国湿地概况中国湿地面积约中国湿地面积约6594万公顷（其中还不包万公顷（其中还不包括江河、池塘等），括江河、池塘等），占世界湿地的占世界湿地的10，位居亚洲第一位，世位居亚洲第一位，世界第四位。界第四位。6湿地的生态、经济及社会效益湿地的生态、经济及社会效益维持生物多样性维持生物多样性调蓄水量和调节气候调蓄水量和调节气候降解有
3、毒物质降解有毒物质保护堤岸，防止盐水入侵保护堤岸，防止盐水入侵 提供丰富的动植物产品提供丰富的动植物产品在输、储和供水等方面发挥巨大作用在输、储和供水等方面发挥巨大作用 提供矿物资源提供矿物资源可为人们提供旅游、娱乐的场所可为人们提供旅游、娱乐的场所 为教育和科学研究提供了对象、材料和试验基地为教育和科学研究提供了对象、材料和试验基地 1公顷湿地生态系统每年创造的价值高达公顷湿地生态系统每年创造的价值高达1万多美元，是热带雨林万多美元，是热带雨林的的7倍，是农田生态系统的倍，是农田生态系统的160倍倍!7人工湿地简介人工湿地简介8人工湿地的定义人工湿地的定义 人工湿地(Constructed
4、Wetlands)，是一种为了达到环保处理效果，模仿自然湿地而人工设计的复杂的具有渗透性能的地层生态结构，包括有浮现性、浸没式植物、动物和水体等不同的组成部分。9物理作用物理作用过滤和沉淀过滤和沉淀能除去含有能除去含有C、N、P的有机的有机及无机颗粒物和悬浮固体及无机颗粒物和悬浮固体微生物作用微生物作用氧化还原反应氧化还原反应吸收降解吸收降解化学作用化学作用植物作用植物作用吸附和絮凝吸附和絮凝可溶性的有机化合物可溶性的有机化合物阴离子（阴离子（PO43-）和阳离子和阳离子（重金属阳离子）（重金属阳离子）挥发作用挥发作用挥发性有机物挥发性有机物(VOC)气体运输作用气体运输作用植物吸收植物吸收根
5、系有利于微生物繁殖根系有利于微生物繁殖人工湿地净化废水的原理人工湿地净化废水的原理10人工湿地与传统系统的比较人工湿地与传统系统的比较人工湿地人工湿地传统系统传统系统特特点点比比较较占地面积大占地面积大能耗高能耗高使用微生物使用微生物使用植物使用植物使用化学药品使用化学药品土壤土壤钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构输入能量少输入能量少建造费用建造费用$3,664,00$4,112,000使用和维修费用使用和维修费用$45,000/年年$152,000/年年备注备注兼性氧化塘和人工湿地兼性氧化塘和人工湿地带硝化功能的传统活性污泥法带硝化功能的传统活性污泥法的二级水处理厂的二级水处理厂废水废水=1MGD
6、/3786(m3/D)11人工湿地的分类人工湿地的分类表面流湿地表面流湿地(Surface Flow Wetlands缩写为缩写为SFW)潜流湿地潜流湿地(Subsurface Flow Wetlands缩写为缩写为SSFW)垂直流湿地垂直流湿地(Vertica1 Flow Wetlands缩写为缩写为VFW)人工湿地（人工湿地（Constructed Wetlands)，它分为它分为12三种湿地的示意图三种湿地的示意图13利用人工湿地处理利用人工湿地处理生活污水的工艺流程生活污水的工艺流程 14潜流人工湿地设计示意图潜流人工湿地设计示意图(一一)15潜流人工湿地设计示意图潜流人工湿地设计示意
7、图(二二)16设计人工湿地的设计人工湿地的技术参数技术参数17地点的选择地点的选择气候气候土壤土壤生物环境生物环境相似牺息地的替代相似牺息地的替代位置和地形位置和地形对地下水的污染对地下水的污染污水的性质污水的性质污水的处理量污水的处理量污水的可降解性污水的可降解性18设计目标设计目标污水的处理污水的处理洪水的控制洪水的控制暴雨的截留暴雨的截留提高附近水体的质量提高附近水体的质量为各种水陆生生物提供生长为各种水陆生生物提供生长和繁衍地和繁衍地19处理目标处理目标达到受纳水体要求的水质达到受纳水体要求的水质标准标准满足循环用水或深度处理满足循环用水或深度处理要求要求预处理要求预处理要求观光用湿地
8、观光用湿地20土地场所的要求土地场所的要求宽度和深度宽度和深度水力负荷的比率水力负荷的比率滞留时间滞留时间填料的选用填料的选用21植物的类型植物的类型水上植物、水底植物、浮游植物水上植物、水底植物、浮游植物大型挺水植物大型挺水植物(如芦苇如芦苇)植被植被22选择标准选择标准耐耐污污能能力力和和抗抗寒寒能能力力强强，又又宜宜于于本本乡乡土土生生长长，最最好好以本乡土植物为主以本乡土植物为主根系发达，茎叶茂密根系发达，茎叶茂密抗病虫害能力强抗病虫害能力强有一定的经济价值有一定的经济价值北美人工湿地常用的北美人工湿地常用的植物有芦苇、香蒲、灯植物有芦苇、香蒲、灯心草、水葱、竹等心草、水葱、竹等 23
9、在湿地植物根系表面生长的生物膜在湿地植物根系表面生长的生物膜 24单户家庭的湿地系统设计单户家庭的湿地系统设计表面流湿地表面流湿地k-C*（模型）（模型）设计流量0.785 m3/d长度7.5 m产生污水量157 L/人/天宽度3 m等价污染量5人深度0.55m水力停留时间5.5天面积22.5m2建议建一个7.5m x 3m的湿地系统倾斜度 0.73%流入浓度估算(mg/L)CODBOD1TSSFColi1TN1NH4+NO3-Org N1流入浓度预计(mg/L)1569.2400.0406.1105162.980.5125.882.4预测量降解比率%173.924.740.268132.36
10、6.730.661.873.093.890.199.918.817.175.725.025表面流湿地表面流湿地k-C*（模型）（模型）设计流量460 m3/d长度100 m产生污水量157 L/人/天宽度80 m等价污染量2930 人深度0.55m水力停留时间3.3天面积0.8 ha建议各建一个100m x 40m的湿地系统倾斜度 0.005%流入浓度估算(mg/L)CODBOD1TSSFColi1TN1NH4+NO3-Org N1流入浓度预计(mg/L)643.1400.064.410570.053.249.116.8预测量降解比率%173.924.816.5109261.847.520.8
11、14.373.093.874.498.911.710.857.614.8大型湿地系统的设计大型湿地系统的设计26人工湿地实例介绍人工湿地实例介绍27Nativitas 人工湿地的建设人工湿地的建设28地点分析：地点分析：位于墨西哥市附近位于墨西哥市附近北部：农场和园艺北部：农场和园艺场场南部：大城市南部：大城市水资源缺乏水资源缺乏亟需污水处理系统亟需污水处理系统29Nativitas湿地系统的设计方案湿地系统的设计方案30预处理预处理稳定塘稳定塘31二级处理二级处理潜流湿地潜流湿地32三级处理三级处理垂直流湿地垂直流湿地33污染物在各级处理中的污染物在各级处理中的净化效果净化效果化学需氧量（化
12、学需氧量（COD)总悬浮颗粒（总悬浮颗粒（TSS）总氮总氮(TN)34353637废水中的有机污染物的种类废水中的有机污染物的种类杀虫剂杀虫剂PAHs 和和PCBs激素激素医药品医药品人体保健品人体保健品表面活性剂（表面活性剂（NPEOs属属于雌激素）于雌激素）38NPEO 表面活性剂及其衍生物表面活性剂及其衍生物3940湿地面积的计算公式湿地面积的计算公式A=(0.0365 Q/k)ln(Ci C*)/(Ce C*)A：湿地的设计面积Q：水流量k：降解速率常数Ci：进水污染物浓度C*：湿地水体本底污染物的浓度Ce：要求出水污染物的浓度K的取值的取值TSSTNNH4-NNO3-NOrg-NCOD 香蒲香蒲54.261.771.1017.724.2325.27观赏性植物观赏性植物47.593.593.6918.303.2429.63平均数平均数（k17.5）50.932.682.3918.013.7427.4541人工湿地技术优点总结人工湿地技术优点总结建设和运行费用便宜建设和运行费用便宜易于维护易于维护可进行有效可靠的废水处理可进行有效可靠的废水处理可缓冲对水力和污染负荷的冲击可缓冲对水力和污染负荷的冲击具有良好的生态、经济和社会效益具有良好的生态、经济和社会效益42放 映 完 毕谢 谢 各 位!43
人工湿地设计手册美国EPA
