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利用 CRI 作为人工湿地预处理措施的工艺研究 * 武彦生高红武 昆明冶金高等专科学校环境工程学院， 昆明 650033 摘要 人工湿地处理系统作为一种对于面源污染有较好针对性的生态型污水处理技术， 构建简单， 成本低， 但也存在诸 多缺陷。利用人工快渗 CRI 作为人工湿地的预处理措施， 使得系统的氧恢复能力增强， 过水速率提高， 能有效缓解 堵塞问题， 改善人工湿地的水力条件。实验研究表明 增加 CRI 工艺作为预处理措施可以很大程度上改善单一人工湿 地的出水水质。 关键词 人工快渗;人工湿地;预处理 RESEARCH ON PROCESS OF USING CRI AS A PRETREATMENT MEASURE FOR AN ARTIFICIAL WETLAND Wu YanshengGao Hongwu School of Environmental Engineering，Kunming Metallurgical Higher Technical College，Kunming 650033，China AbstractAn artificial wetland treatment system is a better targeted ecological wastewater treatment technology for a point source pollution，which features simple construction and low cost，yet there are also many defects in it． The use of constructed rapid infiltration CRIas an artificial wetland pretreatment measure can enhance the restoring capacity of oxygen of the system and raise the water rate;also mitigate effectively the congestion problem and improve the wetland water conditions． The experimental study shows that the addition of CRI as pretreatment can greatly improve the effluent quality of a single artificial wetland． Keywordsartificial rapid infiltration system;artificial wetlands;pre-treatment * 昆明西亮塘湖滨生态湿地公园 昆明滇池泛亚国际城市湿地 总体规 划项目。 0引言 人工湿地污水处理系统已有数十年的发展历史， 国内外学者和专家对其进行了广泛的研究。工程运 用实例表明， 人工湿地作为一种低运行成本、 易于建 造及管理的生态处理方法在处理低浓度有机污水过 程中有明显的作用。特别是对于难于拦截的面源污 染， 有较好的针对性。但人工湿地处理系统也存在一 些问题。例如 水力负荷较小， 占地面积较大; 对进水 有较强的选择性; 系统供氧不足， 硝化和反硝化作用 不充分， 氮的去除效率偏低; 在填料选择和搭配不合 理的情况下， 磷的去除效率不理想; 低温条件下运行效 果不稳定， 出水水质差， 难以实现全季节连续运行等。 本研究提出了采用“土壤快速渗滤 CRI ” 作为 人工湿地的预处理设施， 与人工湿地构成组合工艺。 该组合工艺针对人工湿地处理技术的占地多， 污染负 荷低， 易发生堵塞的缺点， 结合生态学中生态构建原 理， 形成新型污水处理系统。实验结果表明 通过 CRI 的预处理， 可有效降低进入人工湿地的污染物负 荷， 为人工湿地系统的稳定、 高效、 长期运行创造良好 的前提条件。 1系统处理机理 人工土壤快渗与人工湿地组合工艺在人工湿地 技术的基础上进行创新， 针对昆明某湖滨生态湿地公 园设计的组合工艺流程见图 1。 1. 1组合工艺可行性分析 人工土壤快渗与人工湿地组合工艺是利用人工 土壤渗滤， 土壤 － 微生物 － 植物陆地生态系统自我调 控机制和对污染物的综合净化功能处理生活污水， 使 水质得到不同程度地改善， 实现污水无害化与资源化 的生态系统工程， 是公园景观补充水处理的核心工 09 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 图 1人工土壤快渗与人工湿地组合工艺流程 艺。利用人工土壤快渗系统作为人工湿地处理系统 的预处理单元， 降低人工湿地的处理负荷， 降低人工 湿地堵塞几率， 达到对景观补充水的污染物进行有效 削减。 1. 2组合工艺的功能互补 该组合工艺由人工土壤快渗及人工湿地两个反 应阶段构成， 在功能上两者构成互补关系 1 有机结合 人工土壤快渗和人工湿地基于土 地自然恢复能力， 是对自然净化系统的模拟和加强的 工艺， 两者功能的组合可构成一个完整的生态系统。 2 功能互补 人工土壤快渗的特点主要是强化 土壤的快速净化能力， 可在短时间内达到去除污水中 污染物的目的; 而人工湿地是一种模拟自然生态的过 程， 在污水深度处理和水体恢复功能的进程中， 生化 作用复杂， 自然周期长， 污染负荷低; 两个工艺过程在 整个系统中分工不同， 互相协作， 实现了功能整合。 3 构建自然生态 人工土壤快渗 － 人工湿地系 统与自然界的水体共同构成完整的水环境， 污水重新 进入水循环， 并且不造成次生污染， 整个过程实现了 无害化和资源化。 1. 3组合工艺的运行机理 组合工艺在运行中， CRI 系统延用快速渗滤土地 处理系统 RI 的工作方式， 采用淹水 Flooding 和落 干 drying 相交替的工作方式， 即定期投放污水， 淹 没渗滤池， 随即停止投放， 使渗滤池表面暴露于大气， 经历干燥和氧化过程。如此循环可防止生物的生长 和悬浮物沉淀造成的渗滤池表层孔隙的过度堵塞， 有 效恢复系统的性能， 同时也可在系统内部的浅层剖面 上形成交替氧化、 还原环境， 使 CRI 系统具有独特的 净化污染物功能， 从而发挥消减污染负荷， 改善湿地 水力条件， 减少阻塞等重要作用， 同时克服单一人工 湿地系统的诸多弊端。 2实验研究 2. 1实验装置 根据“CRI － 人工湿地组合工艺” 的理论， 采用玻 璃钢设计并搭建如图 2 所示的露天实验装置。 图 2“CRI 人工湿地” 组合工艺实验装置 玻璃钢 FRP， 玻璃纤维增强塑料 ， 是以玻璃纤 维及其制品 玻璃布、 带、 毡、 纱等 作为增强材料， 以 合成树脂作基体的一种复合材料。具有轻质高强、 耐 腐蚀性能好、 电性能好、 热性能良好、 可设计性好、 工 艺性优良等优点， 但长期耐温性差、 有老化现象、 层间 剪切强度低。本实验采用的玻璃钢搭建简易实验装 置为一临时设施， 主要利用其轻质、 不与污水中所含 杂质反应、 不易渗漏等特点。 2. 2实验数据及分析 对正常运行的系统的出水水质进行监测。设计 19 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 连续进水， 按设定水力停留时间 HRT 2. 63d 稳定 运行 3d 视为一个处理周期 后， 实测出水水质， 分析 系统的运行效果。 结合实验需要验证的问题， 共设置了 4 个特征点 详见图 2 。1 号位于整个实验装置前端， CRI 的布 水管的入口处， 用于监测及表征污水的原始水质指 标; 2 号位于 CRI 系统末端， 用于监测及表征原始污 水经过 CRI 系统处理后的水质指标。同时起到替代 3 号点取样的作用; 3 号位于 CRI 系统末端及人工湿 地处理系统的起点接合处， 是描述污水经过 CRI 系 统后即将进入人工湿地的状态， 此点水质理论上与 2 号特征点一致， 故文中将 2 号点水质视为等同于 3 号 点水质; 4 号 位于“CRI 人工湿地” 处理系统的最末 端， 用于监测经过 CRI 预处理系统及人工湿地处理 系统处理后的水质指标。与 1 号特征点作为对照点， 用于表征“CRI － 人工湿地处理系统” 的处理效果。 实验装置各特征点水质指标见图 3。 图 3“CRI 人工湿地” 组合工艺实验装置实测水质指标 3实验结果讨论 3. 1处理效果分析 CRI － 人工湿地系统对污水中主要的污染物质 有明显的去除作用， 对 COD、 SS 等均有较高的去除 率， 对 NH3-N、 TP 的去除率也在可以接受的范围内。 从处理机理来看， 采用人工土壤快渗作为人工湿 地的预处理单元， 可以有效改良传统湿地处理工艺。 主要体现在 1 系统的氧恢复能力增强， 过水速率提 高， 有效缓解了堵塞问题。2 有效改善了人工湿地 的水力条件， 加强了系统对水力条件的控制， 丰富了 系统的运行方式和可调节手段。3 其独特的对污染 物的去除功能， 有效改善了湿地系统的进水条件， 营 造了更加适合湿地微生物生长的环境， 使人工湿地的 出水水质得到了较好的改善。 该组合工艺中， 人工土壤快渗利用特殊填料组成 人工土壤， 模拟并加强土壤对污染物的过滤、 吸附， 加 之微生物降解来分解去除污水中的有机物; 人工湿地 反应阶段利用土壤 － 微生物 － 植物生态系统处理污 水， 其中包含了土壤的物理、 化学作用， 微生物作用， 植物自身净化作用等诸多处理机理。组合工艺综合利 用这些机理以达到去除污染物的目的。出水良好， 稳 定运行周期长， 对 COD、 NH3-N 和 TN 的去除率较高。 3. 2实验条件讨论 此次实验装置水力负荷设计采用 1. 5 m3/ m2 d ， 水力停留时间 HRT 2. 63 d， 此实验条件的限制 较一般的处理系统低得多， 实际应用中可能 HRT 的 取值一般会在 6 ～ 18 d， 这样更有效地保证人工湿地 系统与水有足够的接触时间。 同时， HRT 与工程造价也成正比。在实际工程 运用中， 如果能准确确定水力停留时间与出水效果之 间的关系， 系统就可在达到同样的出水效果前提下， 使得污水在系统中的水力停留时间尽量短， 则系统规 模就越小， 占地及基建投资也越少， 效益就越高。 参考文献 ［1］刘家宝． 改进型人工快渗系统处理污染河水中试［J］． 中国给 水排水， 2006， 22 13 14- 17． ［2］牟新民， 黄培鸿， 张金炳， 等． 人工快速渗滤系统处理深圳市茅 洲河水的试验研究［J］． 应用基础与工程科学学报，2003，11 4 370- 377． ［3］王禄． 人工快速渗滤系统氨氮去除机理［J］． 中国环境科学， 2006， 26 4 32- 37． ［4］段志勇， 施汉昌． 人工湿地控制滇池面源水污染适用性研究 ［J］． 环境工程，2002， 20 6 64- 66． ［5］马鸣超． 人工快速渗滤系统中硝化菌群脱氮作用解析［J］． 中 国环境科学， 2008 4 350- 354． ［6］张金炳． 用人工快速渗滤系统处理受污染河水的试验研究 ［J］． 华北水利水电学院学报， 2004 3 65- 67． ［7］何江涛． 污水土地处理技术与污水资源化［J］． 地学前缘， 2001 1 155- 162． ［8］刘 益 贵． 人 工 湿 地 去 污 机 制 概 述［J］． 资 源 与 环 境， 2008 4 81- 88． ［9］邓辅唐， 孙珮石， 邓辅商． 人工湿地净化滇池入湖河道污水的 示范工程研究［J］． 环境工程， 2005， 23 3 29- 31． 作者通信处武彦生650033云南省昆明市昆明冶金高等专科学 校环境工程学院 E- mail13078750275 163． com 2011 － 10 － 20 收稿 29 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期