1、本科毕业论文系列开题报告环境工程硅藻土基质人工湿地处理生活污水研究一、选题的背景与意义人工湿地污水处理是20世纪70年代发展起来的一种污水土壤处理技术。人工湿地中，石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例和层次构成基质，并有选择地植入植物，介质、植物和微生物是其基本构成，实际上是一种独特的土壤植物微生物系统。人工湿地技术已成为处理城镇生活污水的一种常用技术。然而，人工湿地处理工艺具有以下根本缺陷占地面积大。为满足污水处理所需的水力停留时间，维持较高的COD去除率，人工湿地水力负荷通常为0305M3/M2D，远小于一般好氧反应器的水力负荷，导致工程占地面积较大。脱氮除磷效率不高。人工湿地脱N
2、的主要途径是微生物的硝化与反硝化作用，但人工湿地常因缺氧导致硝化过程不完全，从而影响脱N效率，其NH4N去除率一般为4075；此外，人工湿地除P的主要途径是基质吸附，尽管运行初期具有很高的除P效率，但一旦基质吸附饱和，其除P效果不佳。易板结、易堵塞。人工湿地常用基质有卵石、砾石、粗砂、细沙、煤渣、矿渣、陶粒、石灰石等。这些基质材料多为致密性材料，比重大，不具备多孔结构，或其孔隙度和比表面积很小。用其作为人工湿地基质时，一方面对污染物的吸附与过滤作用不大，微生物藉以着生与繁衍的表面积较小，导致污染处理负荷较低；另一方面，随着微生物及污染物在基质表面的累积，基质间隙越来越小，产生板结与堵塞，过水能
3、力越来越低，以致湿地中积水严重、溶解氧含量降低，从而进一步降低其脱氮除磷效率。通常情况下，已建人工湿地大多在运行3年左右即因堵塞而报废。因此，寻求强化单位面积人工湿地处理效率、防止其基质板结与堵塞的技术与方法，是我省农村生活污水处理实践中急待解决的现实问题。本实验试图利用硅藻土多孔、质轻、比表面积大、吸附性好的特点，以其作为人工湿地的主要基质进行污水处理，特别是用于农村生活污水就地分散处理。其研究意义主要在于（1）较大幅度提高人工湿地处理效率。硅藻土陶粒可悬浮于水面，因此该设想类似于浮动床生物陶粒处理工艺，其巨大的比表面积可为微生物提供良好的繁衍场所，将有可能较大幅度提高N、P等营养类污染物的
4、处理效率，从而减少人工湿地占地面积，实现人工湿地的小型化与装置化。（2）防止或延缓人工湿地板结和堵塞现象。硅藻土陶粒具有多孔、可悬浮的特点，污水在人工湿地基质间运动时，硅藻土陶粒可随水流运动而浮动，从而有效防止或延缓人工湿地基质的板结和堵塞，延长其使用寿命。（3）提供低品位硅藻土利用的新途径。我省硅藻土贮量大，但品位低（SIO2含量通常75）,缺乏深度加工价值，目前主要用于制造炉内保温砖。该项目可为低品位硅藻土在环境领域的大规模应用开辟一条新的途径。（4）易于实现人工湿地基质的更新与循环利用。作为基质的硅藻土陶粒可方便地通过焙烧方式再生，从而方便地实现人工湿地基质的更新与循环利用。二、研究的基
5、本内容与拟解决的主要问题（1）硅藻土基质人工湿地处理生活污水效果研究以硅藻土陶粒作为主要基质建立小型人工湿地模拟装置，进行生活污水处理试验，重点考察其脱氮除磷效果、污染物处理负荷的变化，并为野外现场设计硅藻土基质人工湿地提供设计参数；（2）硅藻土基质人工湿地水力特征研究利用建立的试验装置，研究一次进水后单位时间出水量和总出水量以及水力停留时间的变化，用以考察其水力特征，其主要目的是考察硅藻土基质对防止或延缓基质板结与堵塞的作用。（3）监测指标COD，BOD5，PH，TN，TP。三、研究的方法与技术路线研究方法模拟实验。技术路线四、研究的总体安排与进度计划进度2010年11月26日2010年12
6、月15日，完成开题报告和文献综述，进行开题；2010年12月16日2011年5月6日，现场调查，收集、整理资料，论文撰写；2011年5月7日2011年5月12日，完成论文的撰写工作，定稿，准备答辩；2011年5月13日，答辩。五、主要参考文献1徐泾,徐高田,曹达文,金伟硅藻原土处理城镇污水试验研究J中国给水排水,2007,231746542刘春常,夏汉平,简曙光人工湿地处理生活污水研究J生态环境,2005,1445365393贺锋,吴振斌,陶菁,成水平,付贵萍复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用J环境科学,2005,26147504詹鹏，王湘英，朱建林，高华生，李小明梯田式人工湿地处
7、理生活污水的初步研究J水资源保护,2008,24172755詹德昊,吴振斌,张晟,成水平,傅贵萍,贺峰堵塞对复合垂直流湿地水力特征的影响J中国给水排水,2003,192146金伟生物硅藻土技术处理城镇生活污水研究D同济大学，20067杨胜武,顾军农,张春雷生物陶粒硅藻土联合工艺脱氮除磷J环境科学导刊，2008,27162648张望军硅藻土处理城市生活污水可行性探讨J西南给排水，2002,24（2）911。9HIDESHISEKI,HIDEOMARUYAMA,YASUHIROSHOJIFLOCCULATIONOFDIATOMITEBYASOYPROTEINBASEDBIOFLOCCULANTJB
8、IOCHEMICALENGINEERINGJOURNAL,2010,5112141810ANTONIOALBUQUERQUE,JOSEOLIVEIRA,SABRINASEMITELA1,LEONORAMARALEVALUATIONOFTHEEFFECTIVENESSOFHORIZONTALSUBSURFACEFLOWCONSTRUCTEDWETLANDSFORDIFFERENTMEDIAJJOURNALOFENVIRONMENTALSCIENCES2010,22682082511VYMAZAL,JTHEUSECONSTRUCTEDWETLANDSWITHHORIZONTALSUBSURFACE
9、FLOWFORVARIOUSTYPESOFWASTEWATERJECOLOGICALENGINEERING,2009,3511712DAVIDSTEER,LAUCHLANFRASER,JAMESBODDY,BETHSEIBERTEFFICIENCYOFSMALLCONSTRUCTEDWETLANDSFORSUBSURFACETREATMENTOFSINGLEFAMILYDOMESTICEFFLUENTJECOLOGICALENGINEERING,2002,1842944012陈志强,吴昌永,李芳,吴素花硅藻土处理生活污水的实验研究J给水排水,2006,32666813宋来洲,李健,林万杰硅藻土
10、在城市污水处理中的应用研究J给水排水,2004,305303214宋志文,毕学军,曹军人工湿地及其在我国小城市污水处理中的应用J生态学杂志,2003,223747815郭智倩,韩相奎,姜廷亮,刘强硅藻土在污水处理方面的应用现状J吉林建筑工程学院学报,2009,261212416于澜,包亚芳硅藻土在污水处理中的应用J中国矿业,2003,112333617梁骥，周云新，冼萍，伍琪，熊佐芳垂直流人工湿地净化生活污水的试验研究J工业用水与废水，2010,41（4）4749毕业论文文献综述环境工程硅藻土基质人工湿地处理生活污水研究摘要人工湿地作为一种新型的生态处理工艺在生活污水处理方面得到了广泛的应用。
11、本文主要介绍了人工湿地的历史背景及其国内外研究现状，存在的主要缺点以及改善缺点的方法途径，并就未来发展趋向做了进一步说明。关键词人工湿地；硅藻土；污水处理1前言人工湿地污水处理是20世纪70年代发展起来的一种污水土壤处理技术。人工湿地中，石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例和层次构成基质，并有选择地植入植物，介质、植物和微生物是其基本构成，实际上是一种独特的土壤植物微生物系统。人工湿地因水流方式差异可分为表面流湿地、地下潜流湿地、垂直流湿地和潮汐流湿地17。人工湿地技术已成为处理城镇生活污水的一种常用技术。2人工湿地处理污水研究历史运用人工湿地处理污水可追溯到1903年,建在英国约克郡
12、EARBY的这个被认作世界上第一处用于处理污水的人工湿地连续运行直到1992年14,而人工湿地处理污水工艺在世界各地受到重视并被运用,还是在本世纪七十年代德国学者KICKUTH提出根区法THEROOTZONEMETHOD理论之后开始的15,16。第一个完整的人工湿地的试验始于1974年,是在德国的OTHFRENSEN进行的。近十年来,英国、德国、法国、澳大利亚、巴西、荷兰等国人工湿地发展迅速,它不仅成为中小城镇的重要污水处理措施,而且也成为雨水处理、工业废水处理的重要技术。目前,欧洲已有数以百计的人工湿地在运行之中,其处理规模有大有小,规模最小的仅处理一家一户的废水湿地面积约为40M2,规模大
13、的占地达5000M2,用以处理人口在1000人以上村镇排放的生活污水。3人工湿地处理污水缺点人工湿地具有投资和运行费用低、处理效果稳定、出水水质好等优点，并且有良好的自然、社会、经济效益但也存在占地面积大、易堵塞、难以处理高浓度污水、易受气候地理条件限制等缺陷占地面积大。为满足污水处理所需的水力停留时间，维持较高的COD去除率，人工湿地水力负荷通常为0305M3/M2D，远小于一般好氧反应器的水力负荷，导致工程占地面积较大。脱氮除磷效率不高。人工湿地脱N的主要途径是微生物的硝化与反硝化作用，但人工湿地常因缺氧导致硝化过程不完全，从而影响脱N效率2，其NH4N去除率一般为4075；此外，人工湿地
14、除P的主要途径是基质吸附，尽管运行初期具有很高的除P效率，但一旦基质吸附饱和，其除P效果不佳。易板结、易堵塞。人工湿地常用基质有卵石、砾石、粗砂、细沙、煤渣、矿渣、陶粒、石灰石等。这些基质材料多为致密性材料，比重大，不具备多孔结构，或其孔隙度和比表面积很小。用其作为人工湿地基质时，一方面对污染物的吸附与过滤作用不大，微生物藉以着生与繁衍的表面积较小，导致污染处理负荷较低；另一方面，随着微生物及污染物在基质表面的累积，基质间隙越来越小，产生板结与堵塞，过水能力越来越低，以致湿地中积水严重、溶解氧含量降低，从而进一步降低其脱氮除磷效率10。通常情况下，已建人工湿地大多在运行3年左右即因堵塞而报废；
15、我省有大量已建人工湿地工程因堵塞而报废。4改善人工湿地处理效果途径41改进布水方式人工湿地传统的布水方式有固定式喷灌、移动式喷灌、淹灌和沟灌，在大多数情况下，布水方式取决于当地的地形、土壤、植物和气候条件。阶梯进水可避免处理床前部堵塞，使植物长势均匀，有利于后部的硝化脱氮作用回流式可对进水进行一定的稀释，增加水中的溶解氧并减少出水中可能出现的臭味，促进填料床中的硝化和反硝化脱氮作用综合式则一方面设置出水回流，另一方面还将进水分布至填料床的中部，以减少填料床前端的负荷42改进水流方向根据水流方向不同，传统的人工湿地分为平行流与下行流两种。己有相当数量的研究表明，平行流的传氧能力有限。吉林建筑工程
16、学院宋铁红等研究了人工湿地在间歇流、连续流进水方式下处理生活污水的效率，并进行了对比分析。在平均水力负荷48CM/D时，间歇流和连续流人工湿地C0D平均去除率分别为78和64NH3N平均去除率分别为60和44TP去除率均为53。结果表明，间歇流进水能够提高床体内的含氧量，缓解植物根系放氧不足，提高了污染物去除率5,6。43改进湿地植物人工湿地植物选择趋向于从当地的天然湿地中选择抗污能力强、净化效果好且具有一定经济价值和景观效果的物种。鲁敏等研究表明香蒲、美人蕉、黄花莺尾、菱白和首蒲适合在武汉地区人工湿地床中种植8。邓辅唐等研究得出旱伞竹、皇竹草、红线草和马蹄莲是适合在云南地区种植的人工湿地植物
17、。许多研究表明，复合植物床对水质的净化效果好于单一植物9。44改进基质传统的人工湿地基质主要有土壤、细沙、粗砂、砾石、灰渣及石灰石、沸石、鹅卵石等。李旭东等对沸石潜流湿地、砾石潜流湿地和自由表面流人工湿地脱氮除磷性能进行了中试对比试验研究，结果表明在相同进水水质和水力停留时间为LD的运行条件下，沸石潜流湿地脱氮效果最佳，总氮去除率接近60砾石潜流湿地除磷效果最佳，总磷去除率可达70自由表面流人工湿地脱氮除磷效果介于沸石和砾石潜流湿地之间13。除了这些基质外，一些学者研究了新的基质，例如，硅藻土具有孔隙度大、吸附性强、化学性能稳定等工艺特性，将硅藻土用于小型水处理装置,生产饮用水，利用硅藻土独特
18、的理化性质处理生产废水和生活污水,具有很好的环境效益和经济效益。5结论及发展趋势通过对布水、水流方向、湿地植物、基质的改进，人工湿地处理技术会得到不断地改善与发展，人工湿地的应用范围越来越广泛。尤其在基质的改进这一块，浙江省硅藻土资源丰富，仅嵊州市已探明储量便已达2亿吨以上，是我国贮量最大的硅藻土矿区。可以对硅藻土作为填料进行进一步研究，以获得更大的处理效率，有效改善人工湿地处理污水性能。参考文献1徐泾,徐高田,曹达文,金伟硅藻原土处理城镇污水试验研究J中国给水排水,2007,231746542刘春常,夏汉平,简曙光人工湿地处理生活污水研究J生态环境,2005,1445365393贺锋,吴振斌
19、,陶菁,成水平,付贵萍复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用J环境科学,2005,26147504詹鹏，王湘英，朱建林，高华生，李小明梯田式人工湿地处理生活污水的初步研究J水资源保护,2008,24172755宋铁红，韩相奎，林英姿。间歇流人工湿地处理生活污水试验研究J。吉林建筑一工程学院学报，2003，203L一36宋铁红，尹军，崔玉波。不同进水方式人工湿地除污效率对比分析J。安全与环境工程，2005，12346一517杨胜武,顾军农,张春雷生物陶粒硅藻土联合工艺脱氮除磷J环境科学导刊，2008,27162648邓辅唐，邓辅商，孙佩石等。滇池治理人工湿地适用水生植物的引种研究J。中国
20、水土保持，2005，778一109刘超翔，胡洪营，张健等。人工复合生态床处理低浓度农村污水J。中国给水排水，2002，1871410詹德昊,吴振斌,张晟,成水平,傅贵萍,贺峰堵塞对复合垂直流湿地水力特征的影响J中国给水排水,2003,1921411ANTONIOALBUQUERQUE,JOSEOLIVEIRA,SABRINASEMITELA1,LEONORAMARALEVALUATIONOFTHEEFFECTIVENESSOFHORIZONTALSUBSURFACEFLOWCONSTRUCTEDWETLANDSFORDIFFERENTMEDIAJJOURNALOFENVIRONMENTALSC
21、IENCES2010,22682082512杨胜武,顾军农,张春雷生物陶粒硅藻土联合工艺脱氮除磷J环境科学导刊，2008,2716264L3李旭东，周琪，张荣社等。三种人工湿地脱氮除磷效果比较研究J。地学边缘，2005，12特刊73一7514HILEYPD1994THEREALITYOFSEWAGETREATMENTUSINGWETLANDCICWS94PRO,688315BRIXH1986THEAPPLICABILITYOFTHEWASTEWATERTREATMENTPLANTINOTHFRESENASSCIENTIFICDOCUMENTATIONOFTHEROOTZONEMETHODJWA
22、TSCITECHNOL,1910192416REDDYKR,DEBRUCKTA1987STATEOFTHEARTUTILIZATIONOFAQUATICPLANTSINWATERPOLLUTIONCONTROLJWATSCITECHNOL,19106179本科毕业设计环境工程硅藻土基质人工湿地处理生活污水研究RESEARCHONSEWAGETREATMENTBYCONSTRUCTEDWETLANDWITHDIATOMITESUBSTRATEI摘要【摘要】人工湿地具有效率高、投资省、运行及维护费用低、适用面广等优点，已被广泛应用于污水处理，其不足之处在于脱氮除磷效率不高，占地面积大、易堵塞等。本
23、文采用硅藻土陶粒作为人工湿地基质进行了污水处理试验，其目的在于试图利用硅藻土质轻、孔隙度大、吸附性强的特点来弥补人工湿地的缺陷。试验选用垂直流构建湿地工艺，同时以普通沙质基质人工湿地进行对照试验。结果表明硅藻土基质人工湿地的COD和TN去除效率均高于普通基质，但其除磷效率不佳，需要通过添加其他成分来改善硅藻土基质人工湿地的除磷效率。【关键词】硅藻土；人工湿地；陶粒IIRESEARCHONSEWAGETREATMENTBYCONSTRUCTEDWETLANDWITHDIATOMITESUBSTRATEABSTRACT【ABSTRACT】WITHMANYADVANTAGES,SUCHASHIGHT
24、REATMENTEFFICIENCY,LOWCONSTRUCTIONCOST,CONVENIENTOPERATIONANDMAINTENANCE,WIDEFIELDOFAPPLICATION,ETC,“CONSTRUCTEDWETLAND”（CW）HASBEENWIDELYAPPLIEDTOWASTEWATERTREATMENTHOWEVER,ITSTILLHASMANYDISADVANTAGES,SUCHASLOWNITROGENANDPHOSPHORUSREMOVALEFFICIENCY,LARGECONSTRUCTIONAREAANDEASYTOBLOCKINGTHEREFORE,DIA
25、TOMITE,WHICHISCHARACTEREDOFLIGHTWEIGHT,LARGEPOROSITYANDSTRONGADSORPTION,WASUSEDASSUBSTRATESOFCWINTHISPAPERTOTREATWASTEWATER,WITHTHEPURPOSEOFOVERCOMINGTHESEDISADVANTAGESOFCWAVETRTICALFLOWCONSTRUCTEDWETLANDVFWWITHDIATOMITESUBSTRATEWASEMPLOYEDINTHEEXPERIMENT,ANDANOTHERSAMEVFWWITHORDINARYSANDSUBSTRATEWA
26、STAKENASCONTROLTHERESULTSSHOWTHATTHETNANDCODREMOVALEFFICIENCYOFDIATOMITECWISSIGNIFICANTLYHIGHERTHANTHATOFTHEORDINARYVFW,HOWEVER,THETPREMOVALEFFICIENCYOFDIATOMITECWISSIGNIFICANTLYLOWERTHANTHATOFTHEORDINARYVFWTHEREFORE,ITSBELIEVEDTHATITSNECESSARYTOADDSOMEOTHERCOMPONENTSWITHFUNCTIONOFDEPHOSPHORIZATIONF
27、ORDIATOMITETOBEAPPLIEDASSUBSTRATEOFCW【KEYWORDS】DIATOMITE；CONSTRUCTEDWETLAND；CERAMICIII目录摘要IABSTRACTII目录III1引言42人工湿地简介521人工湿地定义及分类5211人工湿地定义5212人工湿地分类522人工湿地发展及研究状况523人工湿地优缺点6231人工湿地优点6232人工湿地缺点624改善人工湿地处理效果途径7241改进布水方式7242改进水流方向7243改进湿地植物7244改进基质73材料与方法931实验装置932装置运行933水质分析方法104结果与分析1141PH值1142COD的去
28、除1143TP的去除1344TN的去除1545紫外可见分光光度1746水力模拟实验19461出水流量变化与水量平衡的测定19462水力停留时间的测定195结论与展望2151结论2152展望21参考文献22致谢错误未定义书签。41引言人工湿地污水处理是20世纪70年代发展起来的一种污水土壤处理技术。人工湿地是通过模拟天然湿地，人为地控制条件，利用生态系统中基质水生植物微生物的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。设计合理，运行管理严格的人工湿地处理污水效果稳定、有效、可靠，出水BOD、SS等明显优于生物处理出水，可与污水三级处理相媲美，同时对负荷变化适应性强，生态环境效益明显并可美化
29、环境，已正被广泛应用于处理各种类型的废水处理，如生活污水、农业废水、城市暴雨、石油产业废水等。自80年代以来，我国随着城市化进程的加快，经济的发展、工农业生产能力的提高和社会的进步，我国人民的生活水平得到进一步的改善，接踵而至的却是不同程度上的环境污染，污水造成的污染尤为突出明显。我国生活污水的排放量逐年增加，但是处理能力非常有限，很多污水都是未经过任何处理直接排入到自然水体，对我国环境造成了严重的危害。传统的污水处理技术通常都要投入大量的前期资金，并且运行费用高昂，而利用人工湿地技术处理生活污水具有建设运行成本低，耗能少，运行维护方便等优点，为解决现存污水处理问题提供了一种新的选择。但是人工
30、湿地仍具有占地面积大、脱氮除磷效率不高、易板结、易堵塞等缺点。因此，寻求强化单位面积人工湿地处理效率、防止其基质板结与堵塞的技术与方法，是我国生活污水处理事件中急待解决的现实问题。本文致力研究硅藻土基质的人工湿地对生活污水的处理效果，而硅藻土现阶段在水污染控制中的应用研究主要集中在对硅藻土及其改性产物去除水污染物的性能、机理及影响因素等方面，国内外均无以硅藻土及其衍生产品作为人工湿地或者人工浮岛的基质的报道。因此鉴于以上考虑，本文试图利用硅藻土多孔、质轻、比表面积大、吸附性好的特点，将硅藻土作为人工湿地的主要基质进行污水处理，同时利用沙子作为普通基质进行另一模拟人工湿地做对照试验，从而提供一种
31、效率高、免板结、少堵塞、易维护的人工湿地技术，为生活污水的处理提供经济高效、安全卫生、简单可靠的方法。52人工湿地简介21人工湿地定义及分类211人工湿地定义人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。212人工湿地分类国内外学者对人工湿地系统的分类多种多样，根据湿地中植物的存在状态，人工湿地可分为浮水植物系统、沉水植物系统和挺水植物系统，目前一般所指的人工湿地都是挺水植物系统。挺水植物系统根据污水在湿地床
32、中流动的方式又可分为3种类型表面流人工湿地SURFACEFLOWCONSTRUCTEDWETLAND,SFW、潜流式人工湿地SUBSURFACEFLOWCONSTRUCTEDWETLAND,SSFW、垂直流人工湿地VERTICALFLOWCONSTRUCTEDWETLAND,VFW。22人工湿地发展及研究状况运用人工湿地处理污水可追溯到1903年,建在英国约克郡EARBY的这个被认作世界上第一处用于处理污水的人工湿地连续运行直到1992年1,而人工湿地处理污水工艺在世界各地受到重视并被运用,还是在本世纪七十年代德国学者KICKUTH提出根区法THEROOTZONEMETHOD理论之后开始的2,
33、3。第一个完整的人工湿地的试验始于1974年,是在德国的OTHFRENSEN进行的。近十年来,英国、德国、法国、澳大利亚、巴西、荷兰等国人工湿地发展迅速,它不仅成为中小城镇的重要污水处理措施,而且也成为雨水处理、工业废水处理的重要技术。我国在人工湿地污水处理方面的研究起步较晚，直到“七五”期间才有了一定的规模，但主要研究还是停留在人工湿地处理机理，落后发达国家十几年，应用实例也较少。但是我国经过将近二十年的不懈研究及发展，人工湿地处理技术已经初具规模。总的来说，世界各国目前均投入了大量资金用于改良人工湿地技术，将一些传统污水处理技术引入人工湿地，除了对现有的人工湿地系统进行研究以改良和优化工程
34、设计参数外，对系统的长期运行能力和管理问题也正在得到深入研究。例如，美国的EPA大力开发北美的人工湿地数据库和地方数据库，以减少重复劳动和改良传统的设计方法。此外，美国EPA还出版发型了一些有关湿地的设计导则和指南4,5。人工湿地早期主要应用于处理城市生活污水或二级污水厂出水，但经过近半个世纪的发6展，该技术已经广泛应用于农业面源污染、城市或公路径流等非点源污染。美国等国家的环保技术专员甚至将其推广应用于处理行政事业单位、小城镇的污水和垃圾渗滤液。同时，人工湿地的应用地区也不再仅仅局限于气候温暖湿润的地区，在一些严寒地区其也能取得良好的运行效果。23人工湿地优缺点231人工湿地优点投资少，建设
35、、运营成本低廉。国内外研究实践表明，人工湿地处理污水的建设和运营成本低廉，并且易于维护6，7。以我国部分系统为例，其建设成本（吨污水投资）和运营成本（吨污水处理费）约为传统污水处理厂成本的1/101/5左右，从而能够节省大量的资金，经济效益显著。污水处理高效性。很多应用实例的研究数据表明，人工湿地处理技术的污染物处理效率较高，优于传统的污水处理工艺。在进水浓度较低的情况下，一般对污水中BOD5的去除率在8595之间，对COD的去除率可达到80以上，处理污水中BOD5的浓度在10MG/L左右、SS浓度小于20MG/L8，对N的去除率可达60，对P的去除率可达90以上9。但是需要值得注意的是，由于
36、人工湿地类型、基质以及植物的选取，气候，原水污染物的浓度等方面的差异，污染物的去除率具有一定的波动范围。美化环境。水生植物是人工湿地的部分构成，对环境起到了绿化的功效。成规模的人工湿地不但迅速增加了绿地面积、消除城市热岛效应，还能为人们提供一个优美的新型的城市生态景观。232人工湿地缺点占地面积大。为满足污水处理所需的水力停留时间，维持较高的COD去除率，人工湿地水力负荷通常为0305M3/M2D，远小于一般好氧反应器的水力负荷，导致工程占地面积较大。脱氮除磷效率不高。人工湿地脱N的主要途径是微生物的硝化与反硝化作用，但人工湿地常因缺氧导致硝化过程不完全，从而影响脱N效率10，其NH4N去除率
37、一般为4075；此外，人工湿地除P的主要途径是基质吸附，尽管运行初期具有很高的除P效率，但一旦基质吸附饱和，其除P效果不佳。易板结、易堵塞。人工湿地常用基质有卵石、砾石、粗砂、细沙、煤渣、矿渣、陶粒、石灰石等。这些基质材料多为致密性材料，比重大，不具备多孔结构，或其孔隙度和比表面积很小。用其作为人工湿地基质时，一方面对污染物的吸附与过滤作用不大，微生物藉以7着生与繁衍的表面积较小，导致污染处理负荷较低；另一方面，随着微生物及污染物在基质表面的累积，基质间隙越来越小，产生板结与堵塞，过水能力越来越低，以致湿地中积水严重、溶解氧含量降低，从而进一步降低其脱氮除磷效率9。通常情况下，已建人工湿地大多
38、在运行3年左右即因堵塞而报废；我省有大量已建人工湿地工程因堵塞而报废。24改善人工湿地处理效果途径241改进布水方式人工湿地传统的布水方式有固定式喷灌、移动式喷灌、淹灌和沟灌，在大多数情况下，布水方式取决于当地的地形、土壤、植物和气候条件。阶梯进水可避免处理床前部堵塞，使植物长势均匀，有利于后部的硝化脱氮作用回流式可对进水进行一定的稀释，增加水中的溶解氧并减少出水中可能出现的臭味，促进填料床中的硝化和反硝化脱氮作用综合式则一方面设置出水回流，另一方面还将进水分布至填料床的中部，以减少填料床前端的负荷。242改进水流方向根据水流方向不同，传统的人工湿地分为平行流与下行流两种。己有相当数量的研究表
39、明，平行流的传氧能力有限。吉林建筑工程学院宋铁红等研究了人工湿地在间歇流、连续流进水方式下处理生活污水的效率，并进行了对比分析。在平均水力负荷48CM/D时，间歇流和连续流人工湿地C0D平均去除率分别为78和64NH3N平均去除率分别为60和44TP去除率均为53。结果表明，间歇流进水能够提高床体内的含氧量，缓解植物根系放氧不足，提高了污染物去除率11,12。243改进湿地植物人工湿地植物选择趋向于从当地的天然湿地中选择抗污能力强、净化效果好且具有一定经济价值和景观效果的物种。鲁敏等研究表明香蒲、美人蕉、黄花莺尾、菱白和首蒲适合在武汉地区人工湿地床中种植13。邓辅唐等研究得出旱伞竹、皇竹草、红
40、线草和马蹄莲是适合在云南地区种植的人工湿地植物。许多研究表明，复合植物床对水质的净化效果好于单一植物14。244改进基质传统的人工湿地基质主要有土壤、细沙、粗砂、砾石、灰渣及石灰石、沸石、鹅卵石等。李旭东等对沸石潜流湿地、砾石潜流湿地和自由表面流人工湿地脱氮除磷性能进行了中试对比试验研究，结果表明在相同进水水质和水力停留时间为LD的运行条件下，沸石潜流湿地8脱氮效果最佳，总氮去除率接近60砾石潜流湿地除磷效果最佳，总磷去除率可达70自由表面流人工湿地脱氮除磷效果介于沸石和砾石潜流湿地之间15。除了这些基质外，一些学者研究了新的基质，例如，硅藻土具有孔隙度大、吸附性强、化学性能稳定等工艺特性，将
41、硅藻土用于小型水处理装置，生产饮用水，利用硅藻土独特的理化性质处理生产废水和生活污水,具有很好的环境效益和经济效益。93材料与方法31实验装置实验装置系统如图1所示。采用普通塑料整理箱模拟人工湿地，尺寸68CM（长）50CM（高）42CM（宽）。在整理箱一侧底部打直径约2CM的出水口，连接PVC管，用于出水。在每个塑料箱内沿壁铺设PVC管，管上打洞，用于出水。图1实验装置普通基质对照试验在塑料箱底部铺约15CM的陶粒，陶粒直径约23CM左右，中部铺约12CM的粗砂，直径约051CM左右，上部铺约10CM的细砂，上、中、底部间分别用医用纱布隔开。其中，陶粒含有约62的二氧化硅，16的氧化铝，8的
42、氧化铁，3的氧化钙，2的氧化镁，3的氧化钾以及氧化钠，其他成分约占6。硅藻土基质试验在另一个塑料箱底部铺约15CM的硅藻土颗粒，直径约34CM左右，中部铺约12CM的硅藻土颗粒，直径约0515CM左右，上部铺约10CM的硅藻土粉末，上、中、底部间分别用医用纱布隔开。其中，硅藻土均取自嵊州市华源保温制品有限公司出产的保温硅藻土砖块，比重为06，含二氧化硅80以上，将其敲碎，取得实验所需的硅藻土颗粒以及硅藻土粉末。32装置运行试验装置安装在宁波大学建工学院实验楼前大棚内。以河水作实验水样，进行为期2个月的处理实验；进水方式为间歇进水，每天进水一次，前期停留时间约24H，后期可适当10延长至48H或
43、者72H。水力负荷约为05M/D，稳定运行后进行水力模拟实验。两个模型进水水质水量和运行方式相同。其中该河水由抽水泵先抽至高位水箱，再由高位水箱进水到两个模拟湿地系统中。河水取自宁波大学建工学院实验楼后的一条河流，该河水水体发绿，有恶臭，悬浮物较多，与生活污水相近。33水质分析方法PH值采用玻璃电极法；COD采用标准重铬酸钾法，GB1191489；TP采用钼酸铵分光光度发，GB1189389；TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，GB118941989；紫外可见分光光度采用TU1800双光束紫外可见分光光度计测其200750NM下的连续光谱。114结果与分析模拟湿地系统从3月15日开始运行，
44、运行24天后，系统已初步挂膜，于4月9日测定第一次数据，每隔四天测一次数据，测定四次，人工湿地的水力停留时间为1D；于4月25日将系统的水力停留时间改为2D，测定一次数据；于4月27日将系统的停留时间改为3D，测定一次数据。整个试验共测定六次数据。41PH值系统进出水PH值如表1所示。表1系统进出水PH值运行时间PH值原水普通基质硅藻土基质24天75472572228天77974473932天80673870636天76173971741天（停留时间2D）75775174744天（停留时间3D）785736704由表1可知，原水的PH值已经接近中性，经过两个系统的处理，PH值均有所下降，更接近
45、中性，其中，硅藻土基质的下降幅度较大，净化效果比普通基质的净化效果好，但差异不大。由于硅藻土具有更大的比表面积及孔隙率，其吸附、絮凝及沉淀作用均优于普通基质。PH值同时与温度有关，由于本实验在大棚中进行，温度较高，对其PH下降有一定的影响。42COD的去除硅藻土基质及普通基质人工湿地COD的进出水浓度变化及去除百分数如表2所示。表2系统进出水COD的浓度变化及去除百分数运行时间COD（MG/L）去除百分数原水普通基质硅藻土基质普通基质硅藻土基质24天1587613208119981681244328天10058781573122230273032天7840509647043500400036天
46、10192627250963846500041天（停留时间2D）9800588047044000520044天（停留时间3D）86245272468438874569以普通基质的去除率作为标准，将硅藻土基质去除率标准化。对所得数据进行T检验，其结果如下12827515025045645528026600XSXT查表得，T0015403TT0015,PT0015,PT0015,P001表明差别有非常显著意义，即硅藻土基质的除氮效率明显高于普通基质。16242628303234363840424410152025303540运行天数DTN浓度MG/L原水普通基质硅藻土基质图6系统进出水TN浓度变化
47、242628303234363840424415202530354045505560运行天数D去除百分数硅藻土基质普通基质图7系统TN浓度去除百分数变化由图6和图7可明显看出，硅藻土基质除氮效率高于普通基质的除氮效率，二者的去除效率均随运行天数的增加而提高，水力停留时间为2天时TN去除效率即以达到最大，继续增加水力停留时间对TN的去除效率无显著作用。人工湿地除氮有物理、化学和生物作用，通过沉积、挥发、吸附、微生物以及植物吸收17的作用从而达到脱氮的效果。但是固体物质的重力沉淀通常对湿地中氮去除的影响很小。而且当PH小于75时，氨挥发可忽略。同时，氨氮吸附通常是快速可逆，并非湿地中氮去除的长期显
48、著途径，因此，微生物的氨化和硝化/反硝化是湿地中除氮的主要途径，其除氮量通常较显著。由表1可知，无论是原水，还是经过处理的硅藻土及普通基质人工湿地出水，其PH值大部分在75以下，因此，氨挥发可忽略。而本模拟实验又无植物栽种，其去除氮素的主要机制是物理化学吸附和基质表面微生物的作用。硅藻土是单细胞低等植物硅藻的遗骸，具有优良的生物相容性，可作为一种优良的生物载体，另外硅藻土颗粒内部具有发达的孔道结构，为微生物的生长提供了良好的场所，有利于微生物进行氨化、硝化反硝化，同时，其比表面积极大，他的这种结构延长了有机物与载体的接触时间，使得吸附作用也能更好的发挥，从而达到更好的脱氮效率。大量的微生物富集
49、于硅藻土的空隙内外，形成了类似于生物活性碳同时又优于活性炭的“生物硅藻土”，其表面“生长”的生物膜能够有效去除污水中的总氮17。普通基质的孔隙率以及比表面积均小于硅藻土颗粒，其不具备硅藻土类似的结构，无法提供微生物一个更优良的生长环境，因此，其去除效率低于硅藻土基质。我们由图可看出，运行初期硅藻土及普通基质的除氮效率均较低，而随着运行时间的增长，除氮效率日益增长，这是由于初期生物膜还尚未形成及稳定，随着运行时间的增长，生物膜形成并且稳定，使得硅藻土及普通基质对污水中TN的净化效率有较大幅度提升。普通基质在水力停留时间改为3天时，其除氮效率略有下降，跟基质的吸附作用有关，达到过饱和状态，同时，因有机物不足，造成硝化作用碳源不足，因此造成下降。45紫外可见分光光度共测六次紫外可见分光光度，数据如表5所示表5紫外可见分光光度相关数据日期最大吸收峰波长最大吸收峰吸光度去除效率原水硅藻土基质普通基质硅藻土基质普通基质4月21日200087906230762291213314月22日200112305530665507640784月23日226148402870758806648924月24日224145811271203227017494月26日232152305460999641534414月29日2231345082410
