人工绿地的研究进展

论文摘要：针对我国污水处理现状及存在的问题，介绍了新型污水处理方式——人工生态绿地系统。为了适应我国对这一技术迫切的需要，因此对人工生态绿地处理方式的工艺流程、系统原理、独有特点、研究进展及其应用前景进行了探讨。

关键词：污水处理技术；人工绿地，原理

1引言

近百年来城市化、工业化的高速发展，经济的快速发展，人口的急剧增长，污水排放量近年来也迅猛增加，导致我国水源污染、水体富营养化及环境水质恶化日趋严重。现阶段我国污水处理主要依赖于传统的集中式污水处理工艺，虽然技术和工艺日渐完善，但是仍然存在以下问题:（1）污水排放量大，处理率低；(2)非点源污染日益严重，集中式污水处理不能够满足水体污染防治要求；(3)传统污水处理工艺对氮、磷的去除率较低，容易引起水体富营养化和赤潮现象； (4)再生水回用效率低，绝大部分处理后排放，有的甚至与污水合流或排入海洋，浪费了大量宝贵的淡水资源^[1]。随着国家经济实力的不断增强,对环境保护问题的日益重视,全国生态环境保护工作的力度不断加大,对生态环境质量的要求越来越高。因此，寻找有效的污水净化技术方法以实现水资源的可持续利用成了关注的热点。

2人工绿地的介绍

人工绿地系统是一种具有一定长宽比且底部具有坡度的地处理模式的污水处理生态技术^[1]。该工艺是利用植物——土壤——微生物复合系统处理污水的新技术，充分运用生态学原理，把传统的污水处理技术与生态绿化相结合，是一种处理效果好、日常管理简单、处理费用很低的环境友好型污水处理技术^[2]。其核心部分是由土壤、填料、滤料混合组成填料床，并在床体表面种植具有处理性能好、耐污性好、适应能力强、根系发达且美观的水生植物，或根据周围景观要求统一设计的绿草、鲜花等植物的生态模块^[1]。污水是通过植物的吸收，填料的过滤以及好氧、兼氧和厌氧微生物降解等一系列物理化学生物过程得到高效净化的。

人工绿地系统的主体由两部分组成:预处理和生态绿地处理。根据来水的水质、水量和出水水质要求，预处理方法可以选择好氧处理和厌氧处理^[1](如图1所示为工艺流程图)。

图1人工生态绿地工艺流程图

2.1人工绿地系统的净化原理

人工绿地系统中的床体填料、植物和微生物在水质净化过程中分别起着不同的关键性作用。填料一般由土壤、细沙、粗砂、砾石、碎瓦片或灰渣等构成，一方面起到了过滤、充氧作用，同时进行了微生物的好氧处理；另一方面可充分利用填料表面生长的生物膜、发达的植物根系及表层土壤的截留作用，进一步提高了处理能力和处理效果^[4]。植物能直接吸收污水中的营养物质供自己生长发育，还能吸附、富集一些有毒有害物质，如钯、镉、汞、砷、钙等^[5]。植物的根系发达并交织成网，将氧气输送到根区，为微生物的生存和降解有机污染物提供了必要的场所和好氧条件。绿地植物通过通气组织的运输，将氧气输送到根区，在植物根区周围微环境中依次出现好氧区、兼氧区、厌氧区，为好氧生物和厌氧生物大量存在提供了条件^[6]。污水中大部分有机物在好氧区被好氧微生物氧化分解，而在还原区域则经厌氧细菌的发酵作用将有机物分解。系统的好氧氧源主要来自于植物的光合作用，根系输氧，土壤的呼吸作用和水自流负压吸氧^[7]。

生活污水一般为有机污染，物流管理毕业论文污水中磷、氮含量高，人工绿地构成的植物群落可有效处理污水中以各种形态存在的氮磷有机物。污水中的磷以正磷盐形式存在，通过植物吸收或随着填料所含有的铁、铝离子生成化合物沉淀等途径有效的去除^[8]。在污水中存在的有机氮、氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐四种形态的氮中，有机氮主要呈悬浮状，被过滤截留在土壤中并被矿化为氨氮、硝酸盐氮，可通过植物根部吸收或反硝化细菌转化成氮气，释放到大气中或直接被植物根部吸收。反硝化细菌转化成氮气，氮气则释放到大气中或直接被植物根系吸收。因此土壤与植物通过物理、化学、生物过程的组合，不仅可以有效地处理生活污水中造成水体富营养化的氮、磷物质，并将其转化为植物自身生长所需的营养物质，减少绿地系统的养护投入，还能去除污水中的有机物，降低其化学毒性^[9]。

总的来说，人工绿地对水质的净化过程可归结为:

(1)污水中的水与固体微粒胶体性、溶解性污染物是利用土壤的“毛细管”和“虹吸”作用，迅速有效地分离，水作为处理水排出，悬浮污染物被土壤植物截留；^[10]

(2)悬浮固体被床体填料或植物根系截滤或沉积到床体底部；

   (3)有机物质被植物根部或填料表面的微生物分解转化；

   (4)氨氮在适宜条件下可被硝化细菌转化为硝酸盐；

   (5)硝酸盐可以被反硝化细菌转化为氮气，释放到大气中或直接被植物根

系吸收；

    (6)磷被植物吸收或随填料床体内所含有的钙、铁、铝离子生成化合物沉淀，

通过沉积或吸附于填料表面而被去除；

    (7)金属及有毒化学物质等可通过氧化、沉淀以及植物的吸收而被去除；

(8)病原体在不适宜的环境中逐渐死亡或被其它生物所摄取。另外，某些植物，如宽叶香蒲等，能分泌出抗生素物质而将水中的病原体灭活。^[11]

2.2影响除污效果的因素

    人工湿地中有机污染物降解机理的影响因素众多，主要涉及生物因素(植物、微生物及酶)、化学因素(如溶解性有机质、氧化还原条件、溶解氧等)及工程因素(水流特性、填料空隙度、停留时间、水力负荷和水位等)等，这些因素之间存在复杂的藕合关系。^[11]当地环境气候也是主要影响因素，因为它可以影响其它因素，绿地植物种类、微生物活性和土壤中营养物质的生化循环都与其自身的环境气候有关。不同的植物种类和微生物类群对污水的净化效果不同，因此应选择对污水处理效果好、适应性强的品种，如芦苇便是特别有效的植物。基质的组成与水流过程及某些污染物的积累、释放密切相关，因此，选择合适的填料组成、设计合理的水流动力学特征参数可有效去除污染物质。最近还有研究表明，有机污染物的转化和营养物质循环与基质中的氧化——还原条件及可获电子受体量有很好的相关性。

2.3人工绿地的特点

从生态绿地系统的作用机理和工程实践可以看出，应用绿地系统处理生活污水具有以下特点:

（1）      基建投资少、建设成本低。从表1中可以看出人工生态绿地与集中式污水处理设施两种污水处理方法的经济投资差别显著，特别时当污水量达到上万吨时，差距更大；

表1 集中式与绿地投资、建设、运行成本的对比         

（2）      系统无动力或微动力运行，维护保养简单，系统运行稳定、可靠、抗冲击负荷能力强；

（3）      出水水质好。经过物理吸附作用、微生物化学、生态功能以及植物吸收利用后，出水水质平均值COD<30m g/L,BOD<10m g/L,TN<5m g/L,TP<0.3m g/T,处理后的水质达到国家标准；

（4）      系统在地下运行，无污泥排除，无渗透，不产生二次污染^[12]；

（5）      具有强大的生态修复功能。它不仅具有涵养水源、降解污染物、保护生物多样性的特点，还具有吸收SO2、CO2、氮氧化合物，增加氧气，净化空气、消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等环境调节功能；

（6）      实现水资源的循环使用。将中水用于绿化建设、喷泉景观、卫生冲洗等；

（7）  保护动物和提高景观美学价值。生态绿地能够控制土壤侵蚀、防风，是众多野生动植物栖息、繁殖、迁徙和聚集之地，对保护动物和提高局部地区景观的美学价值有很大的意义。^[13]

3人工绿地系统的发展过程

人工绿地系统就是人工湿地系统之一^[2]。自从1903年英国约克郡Earby建造世界上第一个人工湿地处理污水之后,人们对于湿地的污水净化机理展开了广泛的研究,逐渐从“黑箱理论”深入到包括污染物去除机理、影响因素、工艺结构等各方面的研究。

 1/2    1 2 下一页 尾页