复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究

'中山大学硕士学位论文复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究姓名：戴知广申请学位级别：硕士专业：水文学及水资源指导教师：陈晓宏;宋强2003.3.10 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究专业：水文学及水资源硕士生：戴知广指导老师：陈晓宏宋强摘要本文在大量阅读现有人工湿地系统的文献费料和研究成果的基础上，针对目前对复合垂直流人工湿地系统研究的不足，通过建立具有独特结构的复合垂直流(下流／上流)人工湿地小试和中试试验工程，针对系统的植物选择、系统的水力学特性、污染负荷及系统的净化效果之间的关系进行了实验研究，其目的在于使这一项技术得到进一步的完善，为今后的复合垂直流人工湿地设计提供理论依据和实践经验，从而使得这项生态工程技术得到更好的推广应用。本文通过试验研究发现，植物在人工湿地系统净化污水中起到了重要的作用，不同植物的人工湿地废水净化效果存在着差异I选择～些根状茎和须根根系发达、植物生物通量大的植物有利于提高系统的水质净化能力r植物的季节性变化、生长情况对于系统的稳定性有直接影响，选择季节性变化不大的植物有利于提高系统的稳定性；选择湿地植物时还应当综合考虑植物的用途、景观效果或经济价值。试验研究也发现，植物直接影响到湿地容水体积，影响到出水量、出水速率及停留时间，是影响系统水力学特点的主要因素，经过比较，系根系比根状茎、匍匐茎等具有更好的污水净化效果；对于有植物系统。停留时间较长的系统有较好的净化效果。湿地系统存在一个较佳的进水负荷，确定湿地系统的较佳进水负荷对于提高湿地系统净化效果在实际应用中有着重要意义，进水负荷太大不利于污水的净化处理，进水负荷太小又不能充分发挥湿地的净化潜力，有必要在今后的工作中对较佳进出负荷进行研究确定。关键词：复合垂直流人工泣缸，污水处《，植物连箨，水力学特点 StudyontheplantselectionandhydrauliccharacteristicsfortheartificialwetlandofcompositeverticalflowMajor：HydrologyandwaterresourceName：DaiZhiguangSupervisor：ChenXiaohong，SongQiangABSTILLACTThispaperinvestigatedtherelationshipsamongplantselectionandhydrauliccharacteristics，pollutionloadandpurificationresultsinthewetlandsystembyconductingcompositeverticalflow(upflowanddownflow)artificialwetlandtestinasmallscaleandpilotbasestoestablishuniquestructuresaimingatperfectingtheartificialwetlandsystemofcompositeverticalflowbasedonthedocumentedinformationandresearchfindingswithrespectofcurrentartificialwetlandsystem，whichisinsufficientlystudiedatpresent．Thepurposeofthestudywastofurtherperfectthetechnology,providetheoreticalfoundationandexperiencesforfuturecompositeverticalcurrentwetlanddesign，andpromotethebetterapplicationoftheecologicaltechnology．Theresultshowedthattheplantsplayedanimportantroleinthepurificationofsewagesintheartificialwetlandsystem，andsewagepurificationresultsoftheartificialwetlandvariedfromplanttoplant．Theselectionofplantswimwell—developedrootstocksandfibrousrootsystemandbigbiologicalfluxtendedtoincreasewaterqualitypurificationcapacity；plantseasonalchangeandgrowthconditionshavedirectimpactsonthestabilityofthesystem，andtheselectionofplantswithlittleseasonalchangewouldimprovethestabilityofthesystem；theselectionofplantsinthewetlandshouldalsotakeplantusages，landscapeeffectandeconomicvalueintoconsideration．Thestudyalsoshowedthattheplantsdirectlyaffectedwaterholdingcapacity,waterdischarge，waterdischargespeedandretentiontime，whicharethemainfactorsaffectinghydrauliccharacteristicsofthesystem．Bycomparison，fibrousroothavebeuersewagepurificationeffectthanrootstocksandstolon；forplantsystem，longerretentiontimewouldimprovethepurificationresult．Thewetlandoptimumwaterloadforwetlandsystem；thedeterminationofoptimumwaterloadofthewetlandsystemfeaturesamuchbeRerwaterload，whichcanbeusedtoimprovethepurificationresultsofthewetlandsysteminpracticalsituation． However,ifthewaterloadistoohigh，sewagepurificationwillbereduced；ifthewaterloadistoolow,thepurificationpotentialofthewetlandcannotfullyexploited．Itisnecessarytodeterminetheoptimumwaterloadinthefuturestudy．Keywords：compositeverticalflowwetland，sewagetreatment，plantselection，hydrauliccharacteristics 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究引言引言进入二十世纪以来，由于工业的迅速发展和城市人口的膨胀，工业污水和生活污水排放也与日俱增，给生态环境造成了极大的危害和破坏。目前，国内外许多城市的污水处理主要是由生化二级污水处理厂来完成的，然而传统的二级生物处理工艺因其投资大、耗能高、运行管理技术复杂等原因，难以得到大量的推广应用。尤其是对于水质污染严重的农村城市化地区，因其市政设施相对滞后、城市污水管网不完善，污水难以集中处理，污水处理厂在应用上受到极大的限制。进入二十世纪九十年代，越来越多的国家开始鼓励和发展污水处理的“革新技术”和“代用技术”，促使污水处理向水回收和污水资源化的方向发展。在这种情况下，人工湿地系统因具有建造成本较低和运行成本低、能耗小、出水水质好、操作简单、对污水进行分散处理等优点，在欧美等发达国家得到高度重视和大力推广应用。自西德在1974年首先建造人工湿地以来，该工艺在欧洲得到推广应用，在美国和加拿大等国也迅速发展。目前，欧洲已有数以百计的人工湿地投入到废水处理运行，这些人工湿地的规模大小差别很大，最小的仅为一家一户排放的废水处理，大的可以处理前人以上村镇排放的污水。在美国，各种不同形式的污水湿地处理系统的总数于1987年达到3400多个，占全部污水处理系统的10％～20％。在北美，由于观察到自然湿地的同化能力，而在七十年代开始对不同设计的人工湿地进行实验。由于人工湿地的特殊性，学术界对此也特别感兴趣，最能说明问题的是：二十世纪九十年代初，曾在美国和英国相继召开人工湿地研讨会，收到了大量论文，从各个方面对人工湿地处理污水进行了探讨研究，学术讨论会都很成功，会议卓有成效，对人工湿地处理污水的机理和一些可供参考的设计规范及数据等重要问题初步达成了共识【11。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究引言我国引进湿地处理系统较晚，“六五”期间开始对污水湿地处理系统进行应用性研究；“七五”期问，国家环保总局组织了庞大的技术队伍，进行了大规模的污水处理技术联合攻关，分别在沈阳、天津、北京及昆明等地建立了各种污水湿地处理示范工程，取得了大量的研究成果及运行管理经验。1987年天津市环保所率先在我国建成了处理规模为1400m3／d的芦苇湿地工程，工程运行良好；1990年7月，国家环保局华南环保所在深圳白泥坑建造了处理规模为3100m3／d的平流式人工湿地示范工程。其后国家环保局、中国科学院各单位相继建造了规模不等的人工湿地处理系统并进行一系列的试验研究⋯。由于人工湿地系统具有建造成本较低和运行成本低、能耗小、出水水质好、操作简单、对污水进行分散处理等优点，在国内外得到越来越广泛的应用。但欧美国家目前的人工湿地污水处理系统多局限于单一的平流式或立流式的芦苇床系统，国内建立的人工湿地污水处理系统也多局限于单一的表面流或平流式的土地处理系统。现有人工湿地污水处理系统的除氮除磷效果不佳，水力负荷和污染负荷较低，需占用大面积的土地，且系统的运行寿命较短。在广泛深入研究调查的基础上，本研究采用了以下行一上行流为主要单元的复合垂直流人工湿地污水处理系统工艺流程，既充分借鉴和利用了欧美广泛采用的芦苇床处理工艺，发挥了土地处理系统的优点，又弥补了现有人工湿地系统存在的不足，具有先进性和创新性。复合垂直流人工湿地污水处理系统具有建设及维护费用低、高效等特点，在国内外已经逐步得到推广应用。在德国科隆莱茵河故道休闲湖泊已经建立了复合垂直流人工湿地污水处理系统，有效地净化湖水：在德国波恩、奥地利维也纳等地也成功应用于农村和市政污水处理。在中国，仅以深圳为例，自1999以来相继建立了日处理污水能力为1000吨“洪湖人工湿地水质净化工程”、日处理污水能力300吨的“观澜高尔夫球会职工宿舍生活污水处理系统”、日处理能力达到5000吨“龙岗区坑梓镇沙田人工湿地污水处理工～2～ 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究引言程”：设计处理规模为6万吨／日的“石岩河人工湿地工程”、设计处理规模为4000吨／日的“洪湖人工湿地二期工程”和处理规模为1．6万吨／日的“甘坑人工湿地污水处理工程”也正在建设之中。本研究工作开展期间，委托深圳市图书馆文献情报中心对国内外与人工湿地污水处理系统相关的文献资料进行了检索，共检出国内相关文献123篇，国外相关文献34篇。经过对这些文献资料的研究总结，发现以前的工作对人工湿地的构造、污水净化机制、净化效果、微生物群落、气体代谢、相生相克、水力学特点等方面进行了详细的研究，但这些研究工作大多局限于传统人工湿地系统，对于复合垂直流人工湿地污水处理系统的研究报道较少。但由于复合垂直流人工湿地系统的应用研究处于起步阶段，目前对其研究上的欠缺使得其净化效果的提高及推广应用受到极大的限制。针对目前复合垂直流人工湿地系统研究的不足，本研究在现有人工湿地系统研究的基础上，通过建立具有独特结构的复合垂直流(下流／上流)人工湿地小试和中试试验工程，主要针对系统的植物选种、系统的水力学特性、污染负荷及系统的净化效果等方面进行实验研究和探讨，其目的在于使这一项技术得到进一步的完善，为今后的复合垂直流人工湿地设计提供理论依据和实践经验，从而使得这项生态工程技术得到更好的推广应用。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第1章总论1．1研究目的和意义针对目前对复合垂直流人工湿地系统研究的不足，在现有人工湿地系统研究的基础上，通过建立具有独特结构的复合垂直流(下流／上流)人工湿地小试和中试试验工程，主要针对系统的植物选种、系统的水力学特性、污染负荷及系统的净化效果等方面进行深入的研究和探讨，其目的在于使这一项技术得到进一步的完善，为今后的复合垂直流人工湿地设计提供提供理论依据和实践经验，从而使得这项生态工程技术得到更好的推广应用。本研究的主导思想是利用能耗低、运行费用低的人工湿地系统和生态学方法净化地面水，应用于饮用水、景观用水的净化和污水处理。由于本研究创建了具有独特结构的复合垂直流(下流／上流)系统，具有占地面积较小、污水处理负荷高、污染物去除率较高、出水水质好、便于维护管理等特点。复合垂直流人工湿地系统水质净化技术适用于饮用水源保护区和景观用水保护区的地表水处理；尤其是对于水质污染严重的农村城市化地区，因其市政设施相对滞后、城市污水管网不完善，污水不能集中处理，此时采用人工湿地系统来进行污水处理有极大的优越性。在地面水污染日益严重、水资源紧缺的今天，复合垂直流人工湿地系统水质净化技术具有良好的应用和推广前景，为解决水污染开辟了新途径。1．2主要工作内容1．收集国内外现有与人工湿地相关的文献资料，掌握现有人工湿地系统的概念、污水净化机理和研究成果，寻求现有研究的不足。～d～ 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第1章总论2．选择有代表性的试验基地，设计系统工艺流程，建立小试和中试工程。3．根据深圳市的实际情况，对湿地植物进行选种，对植物的生长情况进行观测记录，得出植物的生长曲线；对不同湿地植物、同一植物季节性变化、生长情况对系统净化效果和稳定性的影响进行试验研究；综合考虑植物的用途、景观效果或经济价值；探讨湿地植物的选种的一般原则和依据。4．由于水力学特点涉及到湿地生态系统中污水的流动特片及由此引起的污染物质转移，并直接影响着污水净化效果，对这一方面研究上的欠缺使得构建湿地净化效果的提高及其推广应用受到极大限制。通过实验对垂直流人人工湿地的水力学特点进行研究，包括水力负荷、湿地容水体积(湿地孔隙度)、出水速率和出水量、停留时间以及其他有关的水流特性。5．湿地系统存在一个较佳的进水负荷，进水负荷太大不利于污水的净化处理，进水负荷太小又不能充分发挥湿地的净化潜力。对中试系统进行不同水力负荷试验，确定不同水力负荷下系统的停留时间、出水速率和净化效果之间的关系，以寻求人工湿地系统的较佳进水负荷。1．3预期成果1．通过对系统中不同植物组合、植物季节性变化和生长情况对污水净化效果的影响研究，为人工湿地系统的植物选择提供科学依据。2．对复合垂直流人工湿地的水力学特点与污水净化效果之间的关系进行了研究，以期揭示水力学特点对净化效果的影响规律，为了解人工湿地内部的污水净化机制，提高这一人工生态系统的污水净化效果及促进成推广使用提供理论依据和实践经验。3．通过对不同水力负荷的实验研究，寻求系统的较佳水力负荷，优化系统～5～ 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第l章总论的净化效果和处理能力。1．4拟采用的研究方法、步骤和技术路线 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化机理2．1人工湿地处理系统概述2．1．1湿地系统湿地系统是由水、永久性或间歇性处于水饱和状态下的基质、水生植物以及水生生物组成，是具有较高的生产力和较大的活性，处于水陆交接相的复杂的生态系统‘”。湿地系统可分为自然湿地系统和人工湿地系统两类，人工湿地系统可分为潜流人工湿地系统和表面流人工湿地系统。潜流人工湿地系统按其水流方向的不同可在分成水平流人工湿地系统和垂直流人工湿地系统(上行流和下行流)。湿地系统的分类见图2—1所示。图2-1湿地系统的分类情况 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化机理2．1．2人工湿地系统人工湿地是由人工建造和监督控制，充分利用湿地系统净化污水能力的特点，利用生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化”1。人工湿地根据湿地中的主要植物形式可分为：1)浮水植物系统；2)挺水植物系统；3)沉水植物系统。沉水植物系统还处于试验阶段，其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的精处理。浮水植物主要用于N、P去除和提高传统稳定塘的效率。目前一般所指人工湿地都是挺水植物系统。绝大多数自然和人工湿地由五部分组成：1)具有各种透水性的基质，如土壤、砂、砾石：2)适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物，如芦苇；3)水体(在基质表面上或下流动的水)：4)无脊椎或脊椎动物：5)好氧或厌氧微生物种群。在人工湿地系统中．湿地植物在湿地系统中具有三个间接的重要作用：A)显著增加微生物的附着(植物的根、茎、叶)；B)湿地植物可将大气氧传输至根部，使根在厌氧环境中生长；C)增加或稳定土壤的透水性。一般人工湿地系统都具有：1)建造和运行费用便宜；1)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)可产生效益，如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动植物栖息、娱乐和教育。但人工湿地系统也存在不足：A)占地面积大；B)不精确的设计运行参数；C)生物和水力复杂性及对重要工艺动力学理解的缺乏；D)易受病虫害影响心1。人工湿地系统是一个完整的小生态系统，它形成了内部良好的循环并具有较好的经济效益和生态效益。具有投资低、出水水质好、抗冲击力强、增加绿地面积、改善和美化生态环境、视觉景观优异、操作简单、维护和运行费用低 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化初．理廉等优点。在处理了污水的同时，种草养鱼，又可以用鲜花绿叶装饰环境，把清水活鱼还给自然，节约资源，是人类与水生生物协调发展的自然景观，有利于促进良性生态环境的建设，有显著的社会、环境和经济效益。这种方式尤其在中小城市和乡村缺少具有一定操作管理和技术水平的人员地条件下使用，十分技术适合我国国情，具有极其广阔的应用前景。人工湿地生态系统的引入同时还能够改善人们的生态观念，提倡节约资源、重复利用资源，尊重自然的新的生活观念。人工湿地系统不仅可以用于城市和各种工业废水的二级处理，还可用于高级处理的精处理和对农田径流的处理，在有些情况下，人工湿地可能是唯一的适用技术。2．2人工湿地的污水净化机理人工湿地系统是人为设计的工程化的湿地系统，人工湿地污水处理系统净化污水的机理是：湿地生态系统环境中所发生的物理、化学和生物学作用的综合效应，包括沉降、吸附、过滤、分解、固定、离子交换、络和反应、硝化和反硝化作用、营养元素的摄取、生命代谢活动的转化和细菌、真菌的异化作用等。现有的研究基本上达成共识的是，人工湿地的污水净化效果与湿地的构成(基质、水生植物和微生物)有着密切的联系，基质、水生植物和微生物在人工湿地系统净化污水中起着重要的作用【3l。近年来，大量的研究发现氮和磷能刺激藻类和光合水生生物的生长，使水体富营养化现象加剧。对减少废水中营养盐(特别是氮和磷)的排放量已经引起世界各国的高度重视，特别是在发达国家，对排放水中的氮和磷含量有严格的控制标准。在我国，近年来不少城市都相继出台了禁止销售和使用含磷洗衣粉的法规条文，其目的便在于控制排放水体中的磷含量。因此，研究人工湿地对污水中氮和磷的去除机制十分必要，下面结合氮和磷对人工湿地的污水净化 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化机理机理进行论述。2．2．1基质目前广泛应用的人工湿地主要由沙粒、沙土、土壤、石块为基质，这些基质一方面为微生物的生长提供稳定依附表面，同时也为水生植物提供了载体和营养物质。当污水流经人工湿地时，基质通过一些物理和化学的途径(如吸收、吸附、过滤、离子交换、络合反应等)来净化除去污水中的N、P等营养物质。Franklin等在研究人工污水中的磷在模拟秋茄湿地系统中的分配与循环中发现：加入系统中的磷主要存留在土壤中，留存于植物体和凋落的叶中的很少。在人工湿地中7～87％的磷可能通过沉淀或吸附反应而降解，其中PH值将起到十分重要的作用【41。研究发现：可溶性的无机磷化物很容易与土壤中的A1”、Fe3+、ca2+等发生吸附和沉淀反应，其中土壤与ca2+易于在碱性条件下发生作用，而与A13+、Fe3+主要是在中性或酸性环境条件下发生反应。一般认为磷酸根离子主要通过配位体交换而被吸附到Fe3+和A13离子的表面。与此同时，大量的研究还发现废水中的磷只是被吸附停留在土壤的表面。与此同时，大量的研究还发现废水中的磷只是被吸附停留在土壤的表面。另外，研究也发现这种吸附沉淀反应不是永久地沉积在土壤进而，至少有部分是可逆的。如果污水中磷的浓度较低，土壤里就会有部分磷被重新释放到水中。土壤的作用在某种程度上是在作为一个“磷缓冲器”来调节水中磷的浓度，那些吸附磷最少的土壤最容易释放磷。2．2．2水生植物水生植物作为湿地的优势种，在治理受有机物污染的土壤和地下水的过程中有以下优势：(1)通过光合作用为净化作用提供能量来源；(2)具有美观可 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化机理欣赏性，能改善景观生态环境；(3)可以收割回收资源；(4)可作为介质所受污染程度的指示物；(5)能固定土壤中的水分，圈定污染区，防止污染源的进一步扩散：(6)水生植物庞大的根系为细菌提供了多样的生境，根区的细菌群落可降解多种污染物质；(7)输送氧气至根区，有利于微生物的好氧呼吸【51。Brix提出了人工湿地废水处理的根区方法(root—zonemethod)。其原理是通过人工湿地的植物根区，经过微生物的降解、植物的吸收利用和一些物理、化学等过程而净化废水的【6】。水生植物除直接吸收利用废水中的营养物质及有吸附、富集一些有毒有害物质外，还有两个重要的功能：输送氧气至根区和维持介质的水力传输f⋯。由于水生植物将氧气输送至根区，致使人工湿地植物根区的还原态介质中形成了氧化态的微环境，这种根区有氧区域和缺氧区域的共同存在为根区的还原态介质穿透作用，在介质的水力传输得到加强和维持。水生植物在人工湿地污水净化中起着十分重要的作用，一方面水生植物自身能吸收一部分营养物质，同时它的根区为微生物的生存和降解营养物质提供了必要的场所和好氧厌氧条件。人工湿地植物根系常形成一个网络样的结构，在这个网络中根系不仅能直接吸附和沉降污水中的氮磷等一些营养物质，而且还为微生物的吸附和代谢提供了良好的生物物化环境条件。同时附近的微生物通过代谢，消耗了水体中的溶解氧，使之呈现厌氧状态，而厌氧状态有利于反硝化过程，从而能最大限度地除去污水中的N03～。Drnbabin等测试了小型湿地根区的氧浓度、pH值及氧化能力，发现三者在植物系统中皆高于无植物系统，即使在人工湿地中补充碳量加大耗氧量，无植物系统中氧浓度大量下降的情况下，有植物系统根区仍然能保持着氧化状态‘71。基于水生植物在人工湿地废水处理中的重要功能，有植物系统对废水中的总氮、BOD”氨氮和重金属等去除能力明显高于无植物系统‘7母】。水生植物本身主要是通过根系从废水中吸收营养物质加以利用、吸附和富 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化机理集重金属及一些有毒害的物质，其净化效果与根系的组成、长式和生长深度密切相关，同时水生植物对介质的输氧能力和穿透介质的作用也与根系的发达程度相关，不同水生植物的人工湿地废水净化效果存在着差异，因此选择合适的水生植物种类在净化污水过程中至关重要。例如，香蒲属植物在我国有12种之多，有的种类高达几米，有的则高不到30cm。因此，选择香蒲作为净水植物时，要选择长苞香蒲(Typhaangustata)和水烛(Typhaangustifolia)等大型种类，它们不仅有粗壮的根系，还有许多发达的不定根，而小型种类根系的发达程度无法与前者相比拟。Gersberg等作了不同高等水生植物人工湿地净化市政综合废水的研究‘101，发现进水中氨氮的浓度为24．7mg／L时，经过草(Scirpusualidus)、芦苇(Phrogmitescommunis)和香蒲(Typhalat／fo／a)三种单一植物的人工湿地处理后，出水氨氮的浓度分别为1．4mg／L、5．3mg／L和17．7mg／L，麓草、芦苇对废水中氨氮的去除能力明显高于香蒲；从三块湿地对废水中BOD5的去除效果来看，麓草(去除率为96％)优于芦苇(81％)和香蒲(74％)。对风眼莲等八种水生植物种类在净化污水的能力的研究中发现，夏季水生植物去除氮的效果顺序依次为：风眼莲(EichhorniacrassipesSolms)>浮莲(Pistiastratiotes)>水鳖(HydrocotyleumbellateL．)>浮萍(Lemnaminor)>槐叶(Salviniarotundifolia)>紫萍(Spirodelapolyrhiza)>egeria(EgeriadensaPlanch)，而冬季其去除效果依次为：水鳖>风眼莲>浮萍>紫萍>槐叶萍>egeria。同时研究还发现：在这八种水生植物中，夏季去除磷效果最好的风眼莲和egeria，冬季除磷效果最好的是水鳖和浮萍。詹发萃等人在国家“七五”攻关“综合生物塘技术及黄州城区污水综合生物塘处理研究”中也发现：在风眼莲、藻菌系统，人工水草系统及水花生等几种不同的生态系统中，水生植物去污效果依次为：风眼莲>藻菌>人工水草好氧系统>水花生>人工水草厌氧系统。不同水生植物的人工湿地废水净化效果存在着差异，同一植物体不同的部位的吸收能力也不相同，人工湿地经过一段时间运行以后，同一植物体各器官 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化机理含磷量各不相同，它们依次为叶>根>茎>胚轴，且都随未必水浓度升高而升高，此外。在植物体的不同生长期其磷含量也不相同⋯l。人工湿地中水生植物对废水的净化效果也受温度等环境因子的影响。不同季节植物的生长状况和代谢活动不一，因而，植物吸收和利用营养物质、吸附和富集重金属和一些有毒有害物质的能力存在着差异。池杉(Taxodiumascendens)人工湿地在32℃条件下对总氧、总磷的去除效果好于20℃条件下的去除效果‘91。在不同气候的地区，有的水生植物不仅不能很好地净化废水，还可能不适应当地气候条件而不能旺盛生长。例如，深圳白泥坑水源保护的人工湿地中，灯芯草(Jrncuseffesusl)因生长不好而遭淘汰【12】，而安徽马钢采用灯芯草对金属矿酸性废水处理效果很好‘”】。水生植物，特别是挺水植物，有许多种类可以应用于人工湿地废水处理系统中。目前据文献报道，适合于人工湿地系统的部分种类有麓草、芦苇、香蒲、灯芯草、菖蒲(Acoruscalamus)、莎草(Cyperussp)、荆三棱(Scirpusmaritimus)、茭草(Xexanialatifolia)、水花生(Hydrocotylranunculoides)、田边草(Festucaspp)、黑麦草(Loliumspp)、兰花草(Poaspp．)以及池杉等‘11州1。这些植物的人工湿地较广泛地应用于生活污水、金属矿酸性废水、畜牧业、食品工业废水等的处理研究及实际应用之中。对于净化有机废水的湿地水生植物由于根系的吸收作用固定了部分营养物质，因此，应对水生植物进行收割，以防植物残体腐烂、营养物质重新进入人工湿地废水处理系统；而对于净化金属酸性矿水的湿地水生植物也应及时处理，对植物残体进行收集、焚烧回收或固定重金属。人工湿地水生植物的研究如上所述已比较多。而目前如何形成适宜的人工生境，即建造适宜的人工湿地生态系统，供水生植物良好生长，充分发挥其各种功能；如何选择植物种类以及多种类的优化组合，达到更好的调控人工湿地的净化功能以及回收废水资源等均需进一步研究。为了更好地回收资源，种植 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化机理水稻、蔬菜等种类进行有机废水处理的人工湿地的研究也已经开始。2．2．3微生物自然界中碳、氮、磷等无素的循环离不开微生物的活动。人工湿地处理废水时，有机物的降解和氮化合物的脱氮作用、磷化合物的转化等主要是由植物根区的微生物活动来完成的，人工湿地中微生物的活动是废水中有机物降解的主要机制。水生植物通过通气组织的运输，将氧气输送到根区，从而形成了根表面及附近区域的氧化状态，废水中大部分有机物质在这一区域被好氧微生物利用氧而分解成为C02和水，有机氮化物等则被这一区域的硝化细菌所硝化；离根表面较远的区域氧气浓度降低，属于兼性区，硝化作用仍然存在，但主要是依靠反硝化细菌将有机物降解，并使氮素物质以氮气的形式释放到大气中；而在在根区的还原状态区域，则是经过厌氧细菌的发酵作用，将有机物质分解成二氧化碳和甲烷释放到大气中。由于人工湿地存在着这样一些氧化区、兼性区、还原区，不同区域微生物群的相互配合作用而将有机物以氮素化合物等去除：此外，这种多样的生境中，微生物也可将有机氯等化合物降解‘616”】。对于废水中的磷化合物，有机磷及溶解性较着的无机磷酸盐都不能直接被水生植物吸收利用，只有经过磷酸钙等可溶解性差的磷化合物溶解‘181，才能被植物吸收利用，从而通过水生植物的收割而将磷从废水和湿地系统中带走。由此可见，人工湿地微生物的代谢活动是废水中有机物降解的基础机制，废水中的有机污染物质包括含氮、磷等元素的物质，主要是经过人工湿地中的微生物代谢活动，降解成终极产物释放到大气中，或为水生植物及微生物可以吸收利用的营养物质，或转化成为对水环境无害或毒害减少的物质。人工湿地的微生物群是极其丰富的，其群落结构与活力也随生境的不同而不同。Dun—can等以土壤呼吸量、反硝化酶活动(DEA)等为指标比较了人工 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化却．理湿地与天然湿地微生物之间的差异，发现人工湿地中DEA显著高于天然湿地，而土壤呼吸量正好相反，天然湿地中明显高于人工湿地‘19】。研究同时发现：微生物的数目和种类与污水净化效果也有一定的关系，污水中的BOD和COD的去除率与微生物的数目都有较明显的相关性：污水中的NH3．N的去除率与根区的硝化细菌和反硝化细菌数量的相关性极显著；而磷元素的去除率则与根际中的磷细菌数目呈正相关。Vecchioli等则在人工湿地中加入营养物质，发现碳源的补充更有利于微生物的生长和废水中碳水化合物的降解；温度的变化引起人工湿地对废水中总氮、总磷净化效果发生变化，这有可能是由于温度变化引起湿地微生物的结构发生一些变化的结果‘201。尽管有这样的一些研究和推测，但对于不同湿地中微生物的组成、微生物所发生的不同反应和不同的降解作用等研究较少。对于藻类的研究，目前一直以水体中藻类较多，人工湿地藻类研究偏少。因此，较系统地研究人工湿地中的细菌、放线菌、真菌、原生动物和藻类对于进一步了解湿地净化废水的机理是必要的，人为适当地改造湿地微生物群落结构对调控人工湿地的放心水净化功能将起积极作用。总之，人工湿地废水处理系统是一种价廉、快速有效的、可广泛应用的废水处理新技术，应加强人工湿地的生物学基础研究，特别是加强人工湿地微生物的研究，充分地发挥生物学效应，使人工湿地技术更加完善。2．2．4影响污染物去除的外界因素近年来研究发现影响污染物去除的外界因素有多种，如温度、C02、pH、溶解氧含量、水负荷、污水中的污染物浓度等，下面就温度、C02、PH对氮磷去除的影响作一简单的介绍。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化机理1．温度人工湿地对氮磷的去除主要是通过水生植物的吸收、土壤的滤过作用以及微生物的分解作用来完成的，而这些作用都比较容易受温度的影响，因此温度是影响人工湿地对污水中氮磷去除率的一个重要因素。杨昌风等人在模拟人工湿地处理污水的实验研究中也发现：异氧细菌的生物量表现出明显的季节性变化，人工湿地对氮磷等营养物质的去除率夏季明显高于冬季。气温在22～32。C范围内，两种系统对TN、TP的去除率随着温度的升高而增大‘91。不过，也有人发现短期的去除率发生改变。据分析可能是因为短期温度变化中湿地中微生物的种群并未发生改变，但是如果温度变化的时间相对长一些，例如几个星期时间，则人工湿地中的微生物群落将会由于适应新的环境而导致数目和种类的改变，从而也影响了人工湿地对污水中营养物质的去除效果。2．COz近年来，由于环境污染排放的C02所造成的全球气候变暖，温度升高，已经引起人们的高度重视。自从人类进入工业化时代以来，由于化石燃料的燃烧和森林的在面积破坏，大气中的C02浓度已由工业革命以前的280u1．L。1增长到现在的350u1．L～，仅从1957年至今的几十年间，大气中C02的浓度就增长了20％。预计到本世纪下半叶，大气中的C02浓度还将增加一倍。大气C02浓度的剧烈变化将对植物及整个生态系统产生巨大的影响。大气中C02浓度的升高主要通过影响植物生长而间接影响土壤中的微生物，因此C02对人工湿地中微生物作用的影响也被提到一个很重要的位置上。虽然早在1981年Luxmoor就认识到C02浓度升高时土壤微生物的变化对植被及整个生态系统的反应可能起着重要的作用，但以往大多数研究都集中在 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第2章人工湿地的污水净化机理C02浓度升高对水生植物地上部分的影响，而涉及C02浓度升高对湿地土壤微生物影响的研究却很少见。近年来国外有些学者对C02浓度升高对根际微生物、菌根、根瘤、土襄原生动物、植物土传病原菌和分解还率等方面的影响进行了研究，这方面已取得一定的研究成果。虽然有些研究发现C02浓度升高对根际细菌的数量没有影响，大多数实验研究表明C02浓度升高对根际、根外土壤中的微生物生物量以及微生物总数量有促进作用。一些和植物去除氮磷密切相关的微生物生理类群，如解磷细菌、硝化细菌的数量也有所增加。人们研究还发现C02浓度升高有利于反硝化作用。在厌氧条件下，反硝化细菌的反硝化作用会大大加强，从而在一定程度上有利于氮的去除。3．pH大量研究发现：PH对人工湿地中微生物去除氮磷等营养物质有较大的影响K．R．Reddy等研究发现在酸性和中性PH条件下，根区附近的亚硝化细菌和硝化细菌活动增强，其中硝化作用占主导地位，而当处于碱性PH条件下时，Nl"-13的蒸发用以及可溶性正磷酸盐的化学沉淀作用就占主导作用，从而影响了湿地对氮磷营养物质的去除。与此同时，詹发萃等人也研究发现：当风眼莲培养在不同的PH条件下，其生物群落活性不相同，其净化效率也不相同。此外，人们还研究发现在不同的条件下，土壤对氮磷的去除作用也受到影响‘”】。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第3章试验系统的建立在大量阅读和掌握现有人工湿地污水处理系统相关文献资料和研究成果的基础上，为了开展复合垂直流人工湿地系统研究，于1997年5月到11月，在深圳市洪湖公园建成了人工湿地研究试验基地，修建了小试和中试试验系统。3．1试验基地选点及水质现状为了开展复合垂直流人工湿地系统研究，必须选择一个试验点。经过调查研究，与深圳市洪湖公园管理处协商，并取得深圳市城管办支持，试验确定在深圳市洪湖公园内开展。深圳市洪湖公园内的水源主要来自雨水补充和公园周边生活废水排放，无其它清洁水源，因此公园内水体的整体水质很差。本项目试验基地建在洪湖公园北面一处受生活污水污染影响较重的湖汊边(图3．1)。图3-1试验基地选在洪湖公园北面受生活污水污染严重的一个湖叉边 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第3章试验系统的建立为了解试验基地选点处的湖水水质情况，于1997年7月对该湖水采水样进行了监测，监测结果见表3-1所示。根据表中的分析结果，由于受公园周边生活污水排放的影响，试验基地选点处的湖水水质中的BOD5、CODM。NFl3一N、T-N和T-P的指标均严重超出《地表水环境质量标准》的v类标准，水体有机污染严重。表3-1试验基地选点处的湖水水质监测结果监测项目pHSSDoBoD5CODMnNHt-NT-NT-P监测结果6．6849．02．8455．0255．903．1111．632．333．2试验系统工艺流程及结构3．2．1系统基本组成及工艺流程整个系统由进水部分(由水泵、储水漕、电控系统等组成)、前处理系统、及人工湿地植物池三部分组成。通过水泵将受污染湖水泵到前处理系统(粗滤池)，经粗滤池除去水中的悬浮物；然后再通过水泵进入高位水池，经布水系统进入人工湿地植物池(复合垂直流人工湿地系统)进行净化后排放。系统工艺流程如下： 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第3章试验系统的建立3．2．2人工湿地植物池结构人工湿地植物池是由下流和上流组成的复合垂直流结构，植物池上层为沙，下层为碎石，池中水流方向为上／下流，由二室串连组成。进水从第一室表面布水，水流垂直向下，在池底部水流通过碎石从第一室进入第二室后垂直向上，从表面出水。湿地系统的基本结构如图3．2所示。图3-2湿地系统基本结构3．2．3小试系统结构小试系统由两台进水泵、三个充满砾石的粗滤池作为前处理系统、一个容量为2m3的缓冲池、一个容量为2m3的高位进水槽、水位及进水时间自动控制系统、植物滤池(5组)、排水系统、循环系统等部分组成。小试系统共建5组平行，每组两室，共10个植物滤池，每池面积lm2，高度 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第3章试验系统的建立lm，分别种植不同种的湿地植物。小试系统A室中的沙层高度为O．6m，B室中的沙层高0．5m，沙层的有效体积为1．1m3；A室和B室中的碎石层的高度均为0．2m，有效体积为O．4m3。小试系统结构见图3-3所示。图3-3小试系统结构框图3．2．4中试系统结构中试系统与小试系统的结构相似，由三个水泵、一个容量为4m3的高位进水槽、三个前处理池(容量大约为9m3)、一个容积为3m3的缓冲池、植物池(1组)、水位和进水时间自动控制、排水系统、循环系统等部分组成。在系统中安装了水位和进水时间自动控制器，从而实现了体系的完全自动控制。中试系统的植物池为1组2室，每室的面积为8lm2。中试系统A室中的沙层高度为0．6m，B室中的沙层高0．5m，沙层的有效体积为89．1m3；A室和B室中的碎石层的高度均为O．2m，有效体积为32．4m3。中试系统结构见图3-4所示。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第3章试验系统的建立图3-4中试系统结构框图～22～ 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究4．1部分湿地植物介绍根据深圳市园林设计公司的专家建议，结合深圳气候和植物的特点，并充分考虑景观效果及种植成本等因素，选择了十多种不同的沼泽植物种在小试和中试系统中。1．芦苇(PhragmitescommunisJ禾本科芦苇属。叶片线形，渐尖，叶基宽，圆锥花穗稠密，夏末秋初抽穗开花。早春挖取幼芽分段移栽，保持土壤湿润，极易成活。产地：世界各地。2。花叶芦获“rundodonax，禾本科芦获属。叶互生，排成二列，弯垂，具白色条纹，羽毛状大型散穗花序顶生。以分株繁殖，对环境适应性强。产地：地中海地区。千屈莱科千屈莱属。多年生草本，茎匹棱形，直立多分枝，叶对生或轮生。披针形，长穗状花序顶生，小花多而密，紫红色，夏秋开花。以分株，扦插繁殖，在微碱性的拶土中生长良好。产地：欧亚地区。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究4．香蒲(Typhaorientalis)香蒲科香蒲属。叶呈带状扁平，雌雄花序紧相联，花序上有膜质的叶状苞片，花果期夏秋两季。分株繁殖，对环境的适应范广。产地：中国。5．三白草(Saururuschinensis)三白草科三白草属。单叶互生，纸质，叶长卵形至长椭圆形；顶端叶片白色，总状花序；种子球形。分株繁殖，亦可扦插繁殖；栽于池塘浅水处，水深则生长不良。产地：中国。6．再力花(Thaliadealbata)茗叶科再力花属。叶片卵状披针形，叶鞘大部分闭合；花无柄，成对排成松散的圆锥花序，花瓣紫色。以分株繁殖；在土壤微碱性的沃土生长良好。产地：南美洲。。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究莎草科莎草属。多年生草本，具匍匐根状茎，茎杆呈三棱，叶根生；花序顶生，由1至多个头状花序排列成简单或复合的伞形花序，分枝上小穗族生，呈叶状。以根茎繁殖，在微碱性且含有机质的土壤中生长良好。产地：乌干达地区。莎草科麓草属。根状茎粗壮而匍匐，须根多，秆圆柱状；花序似顶生。以分株繁殖：需充足的阳光，在微碱性土壤9．美人蕉(Cannageneralis)美人蕉科美人蕉属。叶互生，长椭圆状披针形，总状花序自茎顶抽出，花色有粉红、大红、淡黄、乳白、红紫、洒金等，6～8月开花，华南可四季常开。以块茎繁殖，不择土壤，管理粗放。产地：主要分布在美洲热带、亚洲热带和非洲。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究10．富贵竹(Dracaenasanderiana)富贵竹，百合科常绿小乔木，又叫仙达龙血树。富贵竹叶子细长，叶色翠绿，其茎节表现出貌似竹节的特征，但不是真正的竹。富贵竹管理粗放，病虫害少，容易栽培，竹茎叶纤秀，柔美优雅，极富竹韵，有很好的观赏性。富贵竹原产加那群岛及非洲和亚洲的热带地区，20世纪80年代初，由中国热带农业科学研究院热带作物研究所引进于广东湛江。富贵竹一般采用扦插繁殖。扦插大多结合整形修剪时进行。生长多年的富贵竹随着植株长高，茎干基部往往叶片脱落，株形变差，可于生长季节将茎干截成长5—10厘米作为插穗，将其扦插于蛭石或河沙中，一般1—2周即可生根抽芽。11．秋茄树(Kandeliacandel)红树科秋茄树属。小乔木，高2-3米，可达6米。茎基部较粗大，叶交互对生，革质，长圆形至卵状长圆形，顶端钝或圆；聚伞花序，花瓣白色。以种子繁殖，种子在脱落母体之前萌发成长棒状的胚轴，借自身的重量坠落泥中数小时迅速长成新植株。产地：中国。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究12．木榄(Bruguieragymnorrhiza)红树科，木榄属。一般高6～7米，最高11米，胸径20～25cm。属于胎生植物，树上长出胎生果实。果实于胚体形后不即脱离母树，而是存留在母树上即开始萌发，等幼苗长到一定的长度后才脱离母树，籍着本身的体重而插入污泥中继续生长。此树不仅有很好的景观效果，且具有很好的污水净化能力。产地：中国。紫金牛科，又称浪柴。高1．5～2．5米，虽非红树科植物，但具有红树的习性，种子亦在果子脱离母树前发芽，即所谓“胎生树”，对构成我国红树林的成员来说，其重要性不亚于红树科植物，有些沿海一带，反为优势种类。产地：中国。14．老鼠筋(Acanthusilicifolius)爵床科，又称老雅企。高0．5～1．0米，喜光而不耐蔽，阳光充足之处生长茂盛。老龄植株叶片坚硬光亮，长木随圆形，边缘具刺状利齿。群生于近海的污泥地带，亦常见于珠江流域潮汐能达到的沿岸，为深圳福田红树林群落的重要成员之一。产地：中国。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究4．2植物选种在小试池中，植物种植情况见表4．1。在中试池(MSP)中，首先选择了弊草和水葱进行试验，在完成一个周期的试验之后，改换为芦苇和水葱。表4．2列出了中试池(MSP)种植植物的情况。表4-1小试池(SSP)中檀物种类编号A池B池Plotl千层菜(Lythrumsalicaria))三白叶(Saururuschinensis)Plot2芦荻(Arundodonax)再力花(Thaliadealbata)Plot3芦苇(Phragmitascommunis)水葱(Scirpustabernaemontant)Plot4美人蕉(Cannageneralis)纸莎草(Cyperuspapyrus)Plot5茳芏(Cyperusmalaccensis)富贵竹(Dracaenasanderiana)表4-2中试池(MSP)中檀物种类A池B池种植日期弊草(Hymenachuaassamica)香蒲(Typhaorientalis)97．8—98．7．27芦苇(Phragmitascommunis)水葱(Scirpustabemaemontantl98．8．6—2000．124．3植物生长情况植物生长与气温有关，对洪潮公园1997年12月1998年8月的气温记录计算的月平均值列于表4．3。表4．3洪湖公园气温平均值(℃)月份12／9701／9802／9803／9804，9805／9806／9807／9808，98平均6：30a．n1．17．815．813．917．422．925．626．827．826．5气温12：30a．in．22．819．616．921．628．O29．229．931．132．7 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究在小试系统(SSP)中共种植了10种不同的植物，这lO种植物的生长曲线见图4—1至4—5。图4-1SSPI号池植物生长曲线图4-2SSP2号池的檀物生长曲线 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究图4．3SSP3号植物池的植物生长曲线图4-4SSP4号池的植物生长曲线 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究图4-5SSP5号池的檀物生长曲线植物的生长曲线对植物选种提供了参考依据。根据人工湿地系统的污水净化机理，通常生物量大，根系发达，并在不同季节都能生长的植物应该处理效果较好。但不同的植物有不同的生长特性，水葱在秋季的生长速度仍然很快，但在冬季则停止生长，变得枯黄；芦苇和弊草一年四季都能生长，而且生长很快，生物量很大，但在秋季的生长速度不如水葱，且景观效果较差；茳芏的生长情况极其不佳，除了在4．8月份缓慢生长外，其余时间基本上不生长；富贵竹一年四季都能生长，但不同季节生长速度有较大差异：三白叶、再力花和千层菜的生长有很强的季节性；香蒲似乎发展较慢，生长也有较强的季节性；纸莎草、富贵竹、再力花和美人蕉具有很好的景观效果。根据这些植物的不同特性，在实际应用中可以因地制宜选择不同的植物。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究4．4不同植物对出水水质的影响小试系统(SSP)由5组池组成，所种植物各不相同，图4-6至图4-9显示了各项指标在5组池间的差异，结果表明第三和第四组的效果明显较好，而第一组明显较差。由于5组池的其它条件完全一样，因而这些差异可能是由于种植植物的不同所引起的，这些结果对植物选种是有帮助的。4-6不同植物选种对系统的出水T-N的影晌 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究图4．75组SSP和1组MSP出水CODM，值的比较图4-85组SSP和1组MSP出水BOB5值的bt较～33～ 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究图4-95组SSP和1组MSP出水的T-P值的比较4．5结果分析对照图4—1～4—5的植物生长情况和4．6至4—9的系统出水水质情况可以看出，在人工湿地运行初期(1997年11月～1998年3月)，植物池中的植物处于生长发育阶段，此时由于水生植物的生物量较小，系统的出水水质较差，系统净化污水的作用无法体现出来；当人工湿地运行较为成熟时(从1998年4月开始)，各系统的水生植物生长良好，水生植物的生物量较大，系统的出水水质明显好转，水生植物在污水处理中的作用得到充分体现。由此可见，水生植物在人工湿地污水净化中确实起着十分重要的作用，一方面水生植物自身能吸收一部分营养物质，同时它的根区为微生物的生存和降解营养物质提供了必要的场所和好氧厌氧条件。在水生植物生长初期，由于生物量小，水生植物自身吸收污水中营养物质的能力较差：同时植物根系不发达造成了植物根区不能为微生物的生存和降解营养 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究物质提供了必要的场所和好氧厌氧条件，微生物的水质净化功能也得不到充分体现。人工湿地对污染物的去除主要是通过水生植物的吸收、土壤的滤过作用以及微生物的分解作用来完成的，而这些作用都比较容易受温度的影响，因此温度是影响人工湿地净化污水的一个重要因素。不同季节植物的生长状况和代谢活动不一，因而系统表现出来的水质净化效果也大不相同。从图4-1～4．5的植物生长曲线可以看出，在9月份以后，植物池中的水生植物基本上停止生长，部分植物甚至开始枯萎，相应地系统的出水水质9月份开始也逐步变差，系统的水质净化效果开始下降。由此可见，植物的季节性变化对于系统的水质净化有着很大的影响，选择一些季节性变化不大的植物对于提高系统的稳定性非常重要。水生植物本身主要是通过根系从废水中吸收营养物质加以利用、吸附和富集重金属及一些有毒害的物质，其净化效果与根系的组成、长式和生长深度密切相关，同时水生植物对介质的输氧能力和穿透介质的作用也与根系的发达程度相关，因此，不同水生植物的人工湿地废水净化效果存在着差异。从图4—6～4—9可以看出，种植芦苇一水葱的SSP3、种植美人蕉一纸莎草的SSP4和种植弊草一香蒲的MSP的效果明显较好，而种植千层菜一三白叶的SSPl明显较差。由于系统的其它条件完全一样，因而这些差异是由于种植植物的不同所引起的。其原因是芦苇、水葱、美人蕉、纸莎草和香蒲均有深扎的根状茎或须根，发达的植物根系增强了对介质的输氧能力和穿透介质的作用，为微生物的生存和降解营养物质提供了必要的场所和好氧厌氧条件，微生物的水质净化功能得到充分体现。4．6小结1．在人工湿地运行初期，由于水生植物的生物量较小，系统净化污水的作用无法体现出来；当人工湿地运行较为成熟时，各系统的水生植物的生物量较大， 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第4章植物选种与净化效果研究水生植物在污水处理中的作用得到充分体现。2．植物的季节性变化对于系统的水质净化有着很大的影响，选择一些季节性变化不大的植物对于提高系统的稳定性非常重要。3．不同水生植物的人工湿地废水净化效果存在着差异，选择一些根状茎和须根根系发达的植物有利于提高系统的水质净化能力。4．在对人工湿地系统水生植物进行选择时，应当遵循以下几个原则：1)在本地适应性好的植物，最好是本地的原有植物；2)根状茎和须根根系发达、生物通量大的植物；3)季节性变化不大的植物；4)被证实对污染物有较好的去除效果、有广泛用途或经济价值高、具有景观效果的植物。例如美人蕉，适应性强、不择土壤、管理粗放；在长江以南可露地越冬，受季节性变化影响不大，一年四季不枯萎；以块茎繁殖，根茎粗壮、须根根系发达，生物通量大；花期很长、具有良好的景观效果，可以将人工湿地污水净化与景观美化相结合。在深圳市目前推广应用的人工湿地中，已经得到大量的应用。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷5．1实验条件和方法5．1．1实验结构及植物选择采用现有的小试系统和中试系统进行实验(系统结构及工艺流程等见第2章)。小试和中试系统都填充了沙子和碎石，试验池中上层填充沙子，下层为碎石。经实验测定，小试和中试系统中沙子和碎石的孔隙率分别为43．6％和55．4％。在实验过程中，为研究有无植物和不同植物的人工湿地其水力特点差别，在三个具代表性的小试系统(SSPI、SSP2和SSP4)开展相应实验。此外，在中试系统又进行不同水力负荷的实验以探索水力负荷对各水力学特点的影响。各湿地系统的植物组合见表5-I。表5-1小试和中试系统中的植物组合编号A池B池SSPl无植物SSP2宽叶香蒲(Typhalatifotia)麓草(Scirpustriqueter)SSP4美人蕉(Cannageneralis)纸莎草(Cyperuspapyrus)MSP芦苇(Phragmitascommunis)水葱(Scarp螂tabernaemonta)5．1．2水力学特点的测定复合垂直流人工湿地的水力学特点主要包括水力负荷、湿地容水体积(湿地孔隙度)、出水速率和出水量、停留时间以及其他有关的水流特性。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷1．出水速率，出水量的测定进水后测量各个湿地系统的单位时间出水量及最终出水总量(即上次进水后停留在湿地内的水量)。可大致推知水体在湿地系统中的流动快慢和湿地内空间状况及容水体积。2．水体停留时间的测定加入示踪剂(本实验采用NaCI)到污水中，使水体电导值上升到一定值后进水到湿地中，之后进行正常的间歇进水(无示踪剂的污水)。利用水质分析仪跟踪测定各湿地出水电导值的变化情况。仪器可每5min记录一次数据。至电导值恢复到背景值时停止实验。通过计算可得到水体在湿地内的停留时间及系统对示踪剂的吸附、吸收能力。3．污水净化效果的测定我们同时以多个指标研究比较了不同湿地系统对污水的净化效果。测量方法均采用国家环保局编写的《水和废水监测分析方法》(第三版)一书中的标准方法。在1999年，共采样监测9次。每次采样都同时对各系统的进水水质和出水水质进行监测。根据监测结果，计算出每次采样期间系统对污染物的去除率，并对9次采样的污染物去除率进行平均。各系统对污染物的平均去除率(％)见表5-2。对三个小试系统净化效果的比较(见表5．2)可以看出：SSP2对污水具有较好的净化效果，其次为SSP4，无植物的SSPl净化效果最差。中试系统对NH3一N、TP、TN和BOD5均具有较好的去除率，而对COD的去除效果不太理想。可见湿地面积的大小不是影响污水净化效果的主要因素。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究笫5章水力学特点与污染物负荷表5．2人工湿地各系统对污染物的去除率(平均水力负荷1000mm／d)系统NH3一NBOD5TPTNCODSSPl34．267．232．529．742．8SSP293．791．890．287．973．6SSP491．390．O88．386．172．9MSP92．090．689．486．272．75．2停留时间与污水净化效果5．2．1污水在植物池中的停留时间通过示踪实验测定了污水在三个小试系统SSPl、SSP2和SSP4植物池中的停留时间。在实验时，首先将大量食盐加入进水中，然后通过测定出水的电导率变化来确定停留时间。第一次实验始于1999年4月23日18：00。在SSPl、SSP2和SSP4植物池的进水中加入1．0公斤的溶解食盐(NaCl)，植物池的进水为间断进水，当食盐随进水被加入植物池后，两个池子出水的导电率就出现电导升高，然后降低，出水后期再次升高。出水导电率的最高点出现在第二次进水以后(进水达到1000升时)。在第六次进水后，出水的导电率回到基点。在实验中，植物池的每次进水量为500升，每间隔12小时进水一次，进水负荷为1000升／天。1．理论停留时间污水在湿地系统中水力停留时间在理论上可由湿地系统的尺寸、处理水的流量及介质的孔隙率计算出【12】。数学表达式为： 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷t=nV／Q(5·1)式中n：湿地介质的孔隙率。沙子的孔隙率为O．436，碎石的孔隙率为0．554。t：理论水平停留时间，h。v：系统的有效体积，m3。沙子层的有体积为1．1m3，碎石层的有效体积为O．4m3。Q：湿地系统的进水流量，m3／d。经计算，垂直流人工湿地小试系统进水流量为1000L／d时，水流的理论停留时间为16．8h。2．实际停留时间然而湿地在实际运行过程中，由于植物根系的延伸、固体物沉积、生物膜的形成等原因使液流在整个介质中呈不均匀流动状态，加上液流本身扩散作用的存在，造成系统的实际停留时间与理论停留时间有一定的差异。这里，要特别提到的是，化学反应工程的生化反应器理论也有类似水流的分析，于是借鉴其中停留时问分布研究的理论和方法，通过示踪剂试验测到同样在1000L／d的流量下液流在系统中实际停留时间累积分布函数F(t)。SSPl、SSP2和SSP4的实际停留时问分布分别见图5．1、5．2和5-3所示。对曲线F(t)直接进行图解，把流出总投入示踪剂量的50％时对应的时间作为实际平均停留时间，得出SSPI、SSP2和SSP4的实际停留时间分别为27．Oh、25．5h和21．5h。 图5-1SSPl系统出水流出盐量统计图图5-2SSP2植物池出水流出盐量统计图～41～ 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷3．结果分析图5．3SSP4植物池出水流出盐量统计图从计算结果可知，小试系统中污水实测停留时间在流量为1000L／d下均超过20小时(0．8天)以上。复合垂直流人工湿地污水的停留时间较长，表明系统没有出现以往在渗滤湿地中易发生污水停留时间极短的“短路”现象，污水可在湿地系统内部经历更长时间的停留净化，从而有着越好的净化效果。掌握污水在湿地中的停留时间有重要意义，因为停留时间不仅是湿地生化动力学、湿地流态模型、湿地工艺设计等研究的基本参数，而且对湿地的净化效果有直接影响。很明显，系统的实测停留时间比理论值都要大得多，小试系统湿地中污水的停留时间的理论计算值与实测情况并不符合，究其原因：一是理论计算中介质的孔隙率采用了一个定值，而实际系统中介质的孔隙率并不是均匀分布的；二是植物根系和基质微生物对示踪剂的吸收作用，以及系统基质的吸附作用延迟了示踪 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷剂的洗出。因此在湿地的设计和实际运行中，对停留时间需正确估算和取值。对有植物的系统而言，SSP2的停留时间较SSP4的停留时间长，由于污水可在SSP2湿地系统内部经历更长时间的停留净化，因此有着较好的净化效果，监测结果也证实SSP2的污染物去除率高于SSP4。而对于无植物的对照系统SSPl，虽然其停留时间也较长，但其净化效果很差别，其停留时间长的原因是由于缺少植物根系的水流输导作用所造成的。5．3出水速率、出水量与污水净化效果三个小试系统的出水量和出水速率见图5-4所示。图5-4三个小试系统的出水速率和出水量比较 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5幸水力学特点与污染物负荷三个小试系统中，SSP4的初始出水量最大，其次是SSP2，无植物系统SSPl出水最慢(见图5．4)。在出水后15分钟以前，SSP4比SSP4和SSPl的出水量都要大。其原因很可能是SSP4的植物美人蕉和纸莎草均有深扎的根状茎和匍匐茎，起到水流通道的作用促进了水体在湿地系统中的垂直流动与水平迁移；此外，粗大根状茎和匍匐茎减小了湿地的孔隙度，降低容水体积而使出水量增大。SSP2的植物宽叶香蒲和麓草均为须根系植物，比SSP4的植物粗大的根茎更有效地增加了水流通道，且不易侵占湿地自身的孔隙而造成堵塞，故出水畅快，出水伊始便达到了最大值。同时可以看到无植物的对照系统SSPI与SSP2、SSP4的出水速率差别十分显著。不仅出水速率最小，单位时间出水量也相差甚远。据此可知，植物根系可以促进水体在湿地中的流动，是影响出水状况的主要因素。此外，植株根系的存在还通过影响湿地容水体积也间接地影响到了出水状况。出水速率的净化效果之间的关系在三个小试系统中十分吻合：具有最大出水速率的湿地系统SSP2具有最好的净化效果。原因在于具有较大出水速率的湿地系统往往有着发达的根系，而发达的根系给湿地系统内部带来了丰足氧气，增强了微生物的活性。无植物地系统SSPl出水速率最慢，净化效果也最差。出水量与净化效果之间的关系也基本一致：有着最大出水量的SSP2和SSP4具有最好的净化效果，出水量小的系统SSPl净化效果也最差。通过出水速率、出水量与污水净化效果之间的关系可以应证了第4章关于植物选择研究中的结论：“水生植物对介质的输氧能力和穿透介质的作用与根系的发达程度相关，发达的植物根系增强了对介质的输氧能力和穿透介质的作用，为微生物的生存和降解营养物质提供了必要的场所和好氧厌氧条件，微生物的水质净化功能得到充分体现从而使水质净化功能提高。”另外，根据文献资料‘211，植物根系的深度决定了湿地的深度。在人工湿地中使用最多的水生植物为香蒲、芦苇、 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷灯心草、宽叶香蒲和簏草，其中窄叶香蒲和灯心草的根系主要在O．3m以内的区域，芦苇的根系达0．6m，麓草和宽叶香蒲则达到O．76m。芦苇、簏草和宽叶香蒲常被用在潜流型湿地中，它们较深的根系可扩大污水的处理空间。本次实验中，使用宽叶香蒲和簏草的SSP2具有较好的污水净化效果，与它们具有发达的根系是分不开的。5．4湿地容体积与污水净化效果人工湿地的容水体积也即其孔隙度，主要由人工湿地建造所用的基质大小决定，但也受湿地植物根系和沉积物的影响。一般地，较大的容水体积能容纳更多的水质，水体污染物在湿地内部受到较长时间的吸附与吸收转化，因此对污染物质有着更好的净化效果。由于本实验所用小试系统的基质与进水源完全一致，各系统的容水体积主要受植物根系的影响。植物根系降低了容水体积(某些植物发达的地下茎甚至堵住湿地系统的下层大孔隙区，出现滞流现象)，减少了能长期停留在湿地内部的水量，不利于污水的净化；但另一方面，根系的吸收功能及其对好氧微生物的促进作用加强了净化能力。因此，本实验中湿地容水体积与污水净化效果之间缺乏对应的线性关系。5．5示踪剂洗脱速率与净化效果出水电导值的大小表明出水所含示踪剂量的多少，从它的变化可以看出示踪剂每次洗出的量的多少。同时这也反映了植物、微生物及湿地基质对示踪剂的吸收、吸附能力。从图5-5可以看出：SSPl的出水电导值在加入示踪剂后的第一次进水的冲洗下就出现了一个较高值，而SSP2和SSP4此时并无显著的升高，存在一个明显的滞后现象。这说明虽然系统有着相同构造和相同的基质，但由于不同 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷植物根系的不同吸收能力造成了示踪剂洗出速率的不同。而无植物系统SSPI在第一次进水后洗出示踪剂最多也正是缺乏植物根系和湿地内好氧微物的吸收。从结果来看，SSP2和SSP4比SSPl的吸收能力更强，这也从一个方面解释了为什么SSP2和SSP4具有较SSPI更好的净化效果。对比SSP2和SSP4的出水电导值变化情况，SSP2的出水电导值明显低于SSP4，说明SSP2的吸收能力强于SSP4，从水质监测结果也表明SSP2的污水去除率高于SSP4。图5-5三个小试系统的出水电导值变化 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷5．6水力负荷与污水净化效果确定系统对污水和污染物的最佳负荷对于大型人工湿地处理方法的推广应用是非常重要的。为寻求系统的最佳负荷，从1999年3月到1999年10月，分别给系统予以不同的进水负荷，进水负荷从400mm／d1600mm／d依次递增，每次增幅为400mm／d，系统的进水负荷见表5．3所示。图5-3中试系统的平均进水负荷(ram／d)月份3-～45～67～89～10迸水负荷400800120016005．6．1停留时间采用式5．1对中试系统不同水力负荷的停留时间进行计算，同时按照小试系统的实际停留时间测定方法(采用食盐作示踪剂)对中试系统的不同水力负荷的实际停留时间进行测定，测定结果见表5-4所示。表5-4中试系统在不同水力负荷时的停留时间(h)水力负荷(ram／d)40080012001600理论停留时间42211411实际停留时间37262317从表5-4中可以发现，随着迸水负荷增大时停留时间减小，根据在小试系统中的所得结论，这不利于污水的净化。但进水负荷太小(400mm／d)，又可能未充分发挥湿地系统的净化功能；进水负荷太大(1600mm／d)，停留时间则太小，容 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷易造成短路现象，使得污水在系统中得不到充分的净化，从而影响出水水质。所以进水负荷的大小有必要开展进一步的研究确定，以找到一个较佳进水负荷。但是从进水负荷与停留时间的关系中可以得出另一有益的启示，即可以根据出水水质要求的不同来调整水力负荷。对于出水水质要求不太高或进水水质污染物浓度相对较低时，可以适当增加负荷，通过降低停留时间来增加污水处理量。5．6．2不同负荷的净化效果中试系统在不同水力负荷时的污染物平均去除率见表5-5所示。表5-5不同水力负荷时的污染物的去除率(％)水力负荷NHt—NBOD5TPTNCOD(mm／d)40093．O91．690．488．272．780092．390．490．187．972．6120089．388．988．186．270．1160080．282．882．381．563．9从表5．5可以看出，进水负荷越小，系统的净化效果则越好，这与停留时间对应于进水负荷的关系是相一致的。从表5—5还可以看出，进水负荷为1200mm／d时的污染物去除率与进水负荷为400mm／d时的去除率相比，净化效果下降不是特别明显，综合考虑净化效果和污水处理能力(处理量)，可以认为系统的进水负荷在800～1200mm／d较佳。从小试系统的测试也可以看到，小试系统的进水负荷为1000mm／d时，SSP2和SSP4的污染物去除效果非常理想。上面的结果可以为复合垂直流人工湿地的推广应用提供有益的依据。 梦垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷5．6．3出水速率和出水量中试系统在不同水力负荷时的出水速率比较见图5-6所示。中试进行的不同水力负荷的实验结果表明：水力负荷不同，出水速率表现也不同。进水负荷越小，系统的出水速率越大。根据小试实验得出的结果，系统出水速率越大应当有更好的处理效果，从表5-5中便可以看出，进水负荷为400mm／d的污水处理效果最好。有着更大水力负荷(1600ram／d)的出水速率及其单位时间出水量最大值与其它负荷相比反差较大。这一结果可能是由于以下因素造成的：实验时植物正处旺盛生长期，其过于密集的根系不仅没有了导流作用，反而使沙粒板结，流水不畅。而且根系生长过长侵占湿地下层的较大空间，延缓了水从前池到后池的时间，从而使其停留时间较小。在中试不同水力负荷的试验中出现了特殊现象：当水力负荷增大到1600mm／d时，出水速率迅速变小。其原因可能是湿地植物生长过于旺盛，其根系伸长和交错使得湿地内部孔隙度下降，沙粒板结而水流不畅导致出水速率很慢。考虑到“出水速率慢的湿地系统净化效果较差”这--"b试系统中的规律，此现象反映出根系在湿地系统中的一个消极作用。系统在大的进水负荷(1600mm／d)比小进水负荷1200mm／d以下时具有较小的停留时间和降低的出水速率与出水量，从表5-5也可以看出，其污水净化效果明显下降。由此可知，进水负荷1200mm／d可能是系统的一个分界线，在进水负荷1200mm／d以下时，系统有较长的停留时间、较大的出水速率和较佳的净化效果；但同时也看到，进水负荷在400mm／d时，其净化效果与800mm／d时的净化效果相比并没有明显的提高，太小的进水负荷不能充分发挥系统的净化功能。综合以上的几点分析，对于系统来说，进水负荷在800～1200mm／d之间是较佳的选择。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷图5．6中试系统在不同水力负荷时的出水速率比较5．7小结1．植物根系是影响系统水力学特点的主要因素。其对水力学特点造成的物理效应一是减少了湿地容水体积，影响到出水量、出水速率及停留时间；二是增加了表层砂土的水流通道并沟通基质上F层，使污水流动迅速、出水畅通。虽然根系所造成的物理效应不利于污水在系统内的长期停留和微生物的缓慢降解作用，但根系还具有吸收、转化污染物质的显著功能，再加上根系周围的富氧环境对好氧微生物活动的促进作用，这种生物效应又使其净化效果得到了很大程度上的弥补。从这两个效应来考虑，系根系比根状茎、匍匐茎等具有更好的污水净化效果。2．对于有植物系统，停留时间较长的系统有较好的净化效果；无植物系统由于没有植物的根系导流，停留时间也较长，但无良好的净化效果。3．复合垂直流人工湿地污水的停留时间较长，表明系统没有出现以往在渗滤 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第5章水力学特点与污染物负荷湿地中易发生污水停留时间极短的“短路”现象，污水可在湿地系统内部经历更长时间的停留净化，从而有着越好的净化效果。掌握污水在湿地中的停留时间有重要意义，因为停留时间不仅是湿地生化动力学、湿地流态模型、湿地工艺设计等研究的基本参数，而且对湿地的净化效果有直接影响。4．很明显，系统的实测停留时间比理论值都要大得多，小试系统湿地中污水的停留时间的理论计算值与实测情况并不符合，究其原因：一是理论计算中介质的孔隙率采用了一个定值，而实际系统中介质的孔隙率并不是均匀分布的；二是植物根系和基质微生物对示踪剂的吸收作用，以及系统基质的吸附作用延迟了示踪剂的洗出。因此在湿地的设计和实际运行中，对停留时问需正确估算和取值。5．由于人工湿地中植物根系和微生物的吸收与分解作用以及系统基质的吸附作用，示踪剂(食盐)在系统中的实际停留时间比理论值要长得多，尤其是小试系统中。由此可见，人工湿地对NaCl等离子型污染物质具有较强的吸收功能。6．进水负荷加大引起停留时间、出水速率和出水量的下降，不利于污水的净化处理。但另一方面，进水负荷太小又不能充分发挥湿地的净化潜力。因此湿地系统存在一个较佳的进出负荷。综合考虑污水净化效果和污水处理能力，进水负荷在800～1200mm／d之间是较佳的选择。由于湿地较佳进出负荷对提高湿地系统净化效果，准确开展实际应用有着重要意义，有必要在今后的工作中对较佳进出负荷进行研究确定。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第6章结语本文通过试验研究发现，植物在人工湿地系统净化污水中起到了重要的作用，不同植物的人工湿地废水净化效果存在着差异，选择一些根状茎和须根根系发达、植物生物通量大的植物有利于提高系统的水质净化能力；植物的季节性变化、生长情况对于系统的稳定性有直接影响，选择季节性变化不大的植物有利于提高系统的稳定性；选择湿地植物时还应当综合考虑植物的用途、景观效果或经济价值，例如美人蕉。试验研究也发现，植物根系直接影响到湿地容水体积，影响到出水量、出水速率及停留时间，是影响系统水力学特点的主要因素，系根系比根状茎、匍匐茎等具有更好的污水净化效果。对于有植物系统，停留时间较长的系统有较好的净化效果；无植物系统由于没有植物的根系导流，停留时间也较长，但无良好的净化效果。复合垂直流人工湿地污水的停留时间较长，表明系统没有出现以往在渗滤湿地中易发生污水停留时间极短的“短路”现象，污水可在湿地系统内部经历更长时间的停留净化，从而有着越好的净化效果。很明显，系统的实测停留时间比理论值都要大得多，小试系统湿地中污水的停留时间的理论计算值与实测情况并不符合，掌握污水在湿地中的停留时间有重要意义，因为停留时间不仅是湿地生化动力学、湿地流态模型、湿地工艺设计等研究的基本参数，而且对湿地的净化效果有直接影响。由于人工湿地中植物根系和微生物的吸收与分解作用以及系统基质的吸附作用，示踪剂(食盐)在系统中的实际停留时间比理论值要长得多，尤其是小试系统中。由此可见，人工湿地对NaCI等离子型污染物质具有较强的吸收功能。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究第6章结语中试系统实验结果表明，进水负荷加大引起停留时间、出水速率和出水量的下降，不利于污水的净化处理。但另一方面，进水负荷太小又不能充分发挥湿地的净化潜力。因此湿地系统存在一个较佳的进出负荷，综合考虑污水净化效果和污水处理能力，进水负荷在800～1200mm／d之间是较佳的选择。由于湿地较佳进出负荷对于优化湿地系统净化效果和处理能力，准确开展实际应用有着重要意义，有必要在今后的工作中对较佳进出负荷进行研究确定。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究参考文献[1]白晓慧、王宝贞等．人工湿地污水处理技术及其发展应用．哈尔滨建筑大学学报，199932(6)，88-92[2】俞孔坚、李迪华等．湿地及其在高科技园区中营造．中国园林，2001，2：26-28[31FetterCW,sloeyWEandspangerFL．Potentialreplacementofseptictankdrainfieldsbyartificialmarshwasterwatertreatmentsystems．Groundwater,1976，14(6)：396-402【4】FranklinLBurton．WastewaterEngineeringtreatment．Disposalandreuse，1991，994～995【5】ShimpJFeml．Beneficialeffectofplantsintheremediationofsoilandgroundwatercontaminatedwithorganicmaterials．CriticalReviewsinEnvironSciTech·1993，23(1)41．47[6】BrixH．Treatmentofwasmrintherhizosphereofwetlandplants-therootmethod．WaterSciTech，1987，19：107．118【7】DunbabinJS，PokomyJandBowmerKH．RhizosphereoxygenationbyTythadomingensisPersinminiatureartificialwetlandfiltersusedformetalremovalfromwasterwaters．AquatfcBotany1988，29：303—317[8】RogersKH，BreerPFandChickAJ．Nitrogenrcmovailinexperimentalwetlandtreatmentsystems：evidencesforroleofaquaticplants．Res．，阡PCR1991t63(7)：934-941【9j杨昌凤等．模拟人【：湿地处理污水的试验研究．应用生态学报，1991，2(4)：350-354【10】GersbergRM，eta1．RoleofaquaticplantsinwasterwatertreatmentbyartificialwetlandsWaterRes，1986，20(3)：363．368～54～ 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复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究附录附录1：“与编制的《|996～2000年度深圳市环境质量报告书》获得国家环境保护总局“九·五”期间全国环境保护系统优秀环境质量报告书一等奖”的证书。附录2：深圳市水资源的可持续利用．中山大学学报论丛，2000，20(5)：98—101，第一完成人。附录3：高效复合垂直流人工湿地系统处理效果与污水回用工程．给水排水，2002，28(9)：22—24，第二完成人。附录4：独立完成的论文“面向可持续发展的环境影响评价“获奖证明。 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究后记本论文的实验工作在1997年～2000年期间完成，实验结果分析和论文写作在近期完成。在陈晓宏教授和深圳市环境保护局宋强教授的指导下，于2002年12月份完成了本论文的写作，在此表示忠心的感谢!也向所有热爱环保、关心人工湿地的专家和环保工作者表示忠-11,的感谢 复合垂直流人工湿地系统的植物选择和水力学特点研究论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除本文已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文研究作出重大贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日 中山大学学报论丛2000年第2D卷第5期曩录抛物型镇微分方程反问题解的唯一性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，．．⋯。⋯⋯⋯⋯⋯一卫雪梅(1)用缀合分析方浃攘导若予线往空鞫静维效⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯爨奎文≤6)凸函数的几个性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯林潼(11)一类攘謦系统的渐近稳定性⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯王避世，吴缸<13)阻尼罚期结构的精硫解糖解⋯⋯⋯⋯⋯_⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-蔡‘铭，耪临，羽济释(1{)弦振动特征值问题的摄动法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯品中蒙，李雷艳，刘湃科(18)试辑连续弯壤聚懿振动特_l生⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯王克(21)非线性臻统突变的反馈分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯’⋯⋯⋯⋯⋯一触丹(拼)植物群落的特点朔演替⋯～7．．t⋯⋯⋯⋯一⋯“■⋯⋯⋯_⋯r⋯⋯⋯⋯⋯⋯李日红(27)车A蛉囊然保护隧静蛇类获其资嚣耩获⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯孥蕺囊，徐截，溢彩燕，等(轮)南岭珍稀动物及保护现状研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”x“⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯徐剑(37)‘鲶繁殖浑牲的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯"=⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯肖智(4t)自茅撮炒炭后的娩盎作用骈究⋯-*0⋯⋯⋯⋯⋯⋯一¨⋯．-．⋯⋯⋯一采劝诗，陈藤(籽)老年妇科患者手术特点及注意事项⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一何梅，扬麓犍，雷詹康(49)病理实疆室环境裳垒擐游⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”：⋯⋯⋯⋯蓑荬蓉(52)、j一种优平二叉的问maoci蠢找算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯盂亚，范策(54)面向对簸的印章捧舨和识别⋯⋯⋯⋯⋯：⋯”：⋯⋯⋯⋯t：张小姊，古元，邛检生；等(58)．革片梳斑用系统翡开发遘糕⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“⋯高必耪(64)’+基于产龋供应链的企业同信息集成体系结}目⋯⋯⋯⋯⋯⋯胡晶晶，钱旭。、刘方鑫(69)。‘疆终教弯实验教擘蓊摸式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯孛墩锐，吴臻尚《74)-^I规掰的回顾与凝望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯羽雷瓶，方恶行(78)FRP系统在企业财务管理中舶应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯魏开炎，王焱(82)·簸撬超懿压线臻缳护在电气工程及矮鑫囊毒l：专韭实验教学翦应耀⋯⋯⋯⋯李糟蠢《85)单片机顺序控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯高赣培(89)电梯的维修与安众运行⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯李能群(94)深朝南承资源酌督持续翱掰⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯o·戴如广，李步雯《粥》莆田市郊区水污染成因分析及防治对策研究⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯“林爱新，陈素琼(102)提凝沉淀法颈处理乐果农药废承妁拦交实验骈究⋯⋯⋯⋯李娟，李少史，牡敏<106)入情与岛然的结食——髅甩市人隧医端老干部病房楼设计⋯⋯1俘连接掰室蠹氡农平调蠢投氡繇襞艨羹译秘猎德污水处理厂污泥脱水控制的探讨⋯⋯、⋯·唐牧民，张黎风，胡健(ii0)⋯·鬃致蓉，剜襄莲，黎烈均(114)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·李政贤(118) 辇∞卷辇5翔2000年10月巾出大学学掇论丛譬疆Ⅸ丑《鎏盯T01硅嚣J0疆t§E熊OFSUNY^1SENUNIv】璃刚强．∞‰，52栅Oct．竞辩箍号：1007．1792f20∞)05"。098．04深圳市水资源的可持续利用。戴知广1，李少艾2(i。淤捌市嚣境耪学研究所，广东深毒45180照；2，深秘|审环境话护监测站)摘要：承资源紧块E成为罐#q市经济和社会发腱的重要翩鳓因素，将严重影响城市经济的瑶持缓发艘。运逡势辑豫绸枣零嚣繇熬瑰获聂采取瓣承安嚣警簌耩燕，檄据嚣鞭帝辨宴琢祷况，提出了实行永骑源可持臻利用的方汝途径，并强调实行球资源的可持续利用，秆撅节瀛，精心管骥和摆护水资潭，舍理开发和高敏弱用水资源，是深挚}甫可持续发展的必不可少的手段秘磐袋苯褒瓣豢琏。关键词：水资源；水资源平衡；水资源的可持续科用；可持缱发展；深掣啦巾周分类号：科捌．2J文献括识码：A可持续发展实威上是实现资源的可持续利用来保证人口、经济、社会与环境的相腻协调发震，其孩心是资滚豹可掩续巅露，嚣承费馘越露持绥划腰则鼹其孛最攫要的嫒豢之～。深鲥市楚全国严踅缺承的城市之一，人垮占裔承资派爨扳低。隧着深圳镪城市A秘的剧增，城市化、工业化的发展，生态环境受到破蛛，水资源承载能力不断下降，水资源日薮菝乏，城枣禹承辩侯器矛露la盏突鸯，承粪羲繁靛8戢舞深蓼l露缀游翻较会发骚熬鬟要翻约因素，将严重影响城市经济的可持续发展。I深雾||翥瘩资滚褒状及承资源平衡1．1深圳甫水资源现状豫挚l枣她鲑嘉鼗热带憩联，多年平均终露蠡遮l837㈣。平均迳藏惑爨搏，27钇搬3，雨麓充沛。降雨摄程时问分布不勾，辱内降雨主簧集中在4—9胄份，占了企年总降雨量舶85％左右。深圳市境内共鸯大小河流160余条，但集雨葡积大予100ko的河流只有5条(分i《是深蓼l摄、茅溅簿、鼹满嚣、龛爨摄秘鳟垃l褥，，绝大部分海菠淡炼皱陡，簦永功能差。近年来随蘅深圳市城市的发展和经济的飞速增长，探圳市境内的永资源普遍受掰不嗣程度的污染，水鹱恶化，尤其是主簧的几条河流与水流域保护援野境的严重污染，使擦堋市永资源损失了70％疆土，“零藤耧”蛱零嚣趋严霉。全审零炎源基鬣为19。3钇矗(冀中含底下水可开采量1亿m3)，但可资利用的总量约为5．18亿一(按97％保证率)，入均求蛮潦挺为139o，约为垒潼太均占毒量的l／3，为广东省人均占有爨购1／4，是全国严重缺水的城市之一。嫩祷8勰：2000-ffLl7；作嚣筒奔：藏籀广(1972～)，雾，王翟孬第51．2水资；汪寂{量为亿。祷矛，2i的再j染鹣女和成，琏充：傈证{行水12，l逢豹{在制j斌发^旨．。推广；变．』导。：2．2Ⅺ持!穗的t污染{荚手{的管2．3值和企事藏。fll；I，；●f|l，；lJ；l，，lIIllI}lIlilIlIJll●l|●●●，●lfIl №5Oci，幅互协丑素龙人口的变潺珏的錾要一亿甜，感雨璧l强煮S；，蓄瘩}逡受蓟；染，使．3亿ot证率)，4，是全箍5期戴知广莓：深圳市水疑潍的研持续剃甩991。2深圳水资源发壤预测与水资源平衡近年来，据拙|摩遥蛙建立郛扩建蓄水工程、提§l水工程粒对她下承的聂炭测用，境内求资源可开发剥用量达到4．t7亿0／8，搬上东深Sl永工程霹供燕抟4．93{己毋／毫和壶东江耘嚣授扛联合取承豹搽珊东辞}}求工程萄供虽豹3．5亿m3／拄，深捌布鳆期哥供承资源嚣蠡为12．6亿甜／a。根据深朝帘发展规翔，20t0年全市工监和生活用承蘑需永置为19．43亿一厂a，预计农业需永蹙I．62亿m3／8。稿时深蜥市供永的缺口永置将达8．5亿o／a。供需矛盾非常突出。2深圳市水资源可持续剃精的方法途径浑堋枣彝藏主要靠壤强§l水寒缓解水炎辣紧块。毽境辨；l承在零鹱上属于题域农舞潦的糌分配，箍饕璩汪三受渊地区经济的高速发展、人舀静急捌增翔耦掰j}l：疆带米约承体褥染的加重，将使求资源的分鬣严羹不足，境外；|永鼗将愈来蠡受到限铺，；l永静技术难度和蠛奉也会斑豢愈高，萤不能获撮本上解决承资源蘩联静j碍翅。因而在开源引流的简对，应充分提高率地水资源的利用程度。合理利用水资源，向科技要资源，向污染要资源，以倮证深圳市的城市可持续发展。搬据深圳市的实际愤况和现有的水资源乎衡措施，提出实行水资源可持缓利用的方法途径。2。l从战旗寒嶷上确定城蠢发展规划(1)会理控制城市筑援。凑炎潦的耀对稀蛱，是鞘约深圳枣城枣发展的主要瞳素之一，嚣孬从帮持续发艟豹箴珞祷魔，硫建城帝艇模，平衡入瑶、嶷漂、环境关系，确定土地酌耩弼功能、开发强度和开发对序。筵罐爹l|市城市慧体规鲻申必缓解决的战略往同题。在锅定城市蔑翔时应黼永资源的可持续利用空简米筏稍城市裁模，锨蓟“璧承丽行”，“蠹水发展”。(2)调整优化产业结构和产业布局。在提出城市发展战略时，应树立科教兴市的宗肄i在产业结构体系上坚持发展质量效益型、科技先导型、资源节约型的先进工业，积极雄广踌浩生产翻谤洁工艺，大力发展环探产业，促避经济士差长方式由艇款型向集约爨转变，严搀限镑科技禽爨嚣、耗拳载能太、嚣染燕的王热垒业。建立以赛裁技术产业势先导，先遴王鼗为基稿，第三产鼗为支柱，都市农韭发达豹璃代产盘捧系。2．2继垒法律法麓藕标准律系应当逐步建立、蘸全和完善永资源研持续和埔酌法律、法规翔标准律系，使永资源的研持续利用曩婺树化、规范化。其中包括：进一步完善深圳市河流、湖泊等尔资源流域和环境的管理、保护的法律、法规和标准；制定更完善的水据染控制搬旌和法规，更严格的水据染掳接效括准；根摄承资源的供锈馕援建立巾长期甩承、节承接撅体系；臻立积宠羲有关予城枣肇约娟承、城枣污承回用、城市中水溅用、王韭潴洼生产秘海水绦食瓤用等方藤的管理办法秘法戴栝穗，囊芷徽到依法谗承、依法苇求，撬离承资潦翦葶{l媚率。2．3经济刺激维撬深圳市现有的水价仍葳于低标准的其有福辅髋的侨格，未能真芷体现其本身的环境价值和社会价馥。承资源的无馁使用和低水价政策不利于树立市民的节永意识，不利于报动企事业单位的清洁生产，不利予节水设施的开发和利用，不利于中水和污承的回用技术发艉，不利于污水资源化。因此，应警报据水资源的紧缺程度制定相疲的水价，实行动态债 100中山大学学报论丛21)00＆格以体现其商品属性，实行分类水价、用水分级累进收费；同样根据具体情况提高排污收费，实行分级收费；对超标用水和超标排污实行惩罚性收费；逐步形成深圳市水资源利用和污水处理系统的市场化。在使用经济手段时应遵循补偿成本、合理收益、节约用水、公平负担、惩罚浪费的原则，真正体现水资源的环境、社会价值．使水资源的外部成本内在化。良好的经济刺激手段以及符台市场规律的法规，将会引导水资源利用和污水处理的行为由行政计划、调控的被动方式向市场行为的主动方式转化，比单纯的行政措旌更有利于推进深圳市水资源的可持续利用。‘2．4环保政策措施(1)建立强有力的流域管理机构。以流域为单元进行水资源和水环境的综合管理，形成集开发、利用和保护与一体的企业化管理体制，并建立流域水资源利用和水污染防治统一的独立权威管理机构。按流域进行统一管理，有助于水资源的外部影响内在化，使水的多目的用途和规模经薪的潜力最大化。(2)强化环境管理，保护水资源。进一步完善河流及其它水体的监测体系，严格控制污水排放，制定合理的排污交易政策，进一步实行污染物排放总量控制，建立健全完善的污水管网和污水处理基础设旖，实行污水集中处理，提高污水的处理率。，(3)适时调整污染控躺策略，使污染控制方式由“末端治理”向“源头控制”转化，运用法律、行政、经济、科技等手段进行“擂染预防”、清洁生产和废物减量化。将污染消灭于产生之时。．(4)大力发展环保产业，使之成为新的经薪增长点的同时，开发低成本、高效率的污染治理技术，提高污染治理力度与效益，使水资源可以循环jfl|用和重复使用。按照市场经济规律进行环保基础设施运作，实行产权股份化、投资社会化、治污榘约化、运行市场化、管理企业化。2．5加强宣传教育、鼓励公众参与加强宣传教育、鼓励公众参与是深圳市水资源可持续利用的基础性工作。应根据深圳市水资源的特殊情况。向全市人民大力宣传深圳市的水资源现状，增强人民对水资源的危机感和紧迫感，建立责任感和使命感；加强对市民进行水资源保护和节约用水等方面的方针政策和法律法规制度的宣传教育。促使市民自主有效地珍惜并保护有限的水资源，防止污染。节约用水，充分合理利用水资源。应采取多种形式对市民进行宣传教育，如在学校开设节水教育课，通过新闻媒体(报刊杂志、电台广播、广告等)开展社会宣传教育，举办各种宣传节目、文艺活动和展览会等，让人民在活动的社会空间中每时每刻都感受到保护永资源和节约用水的重要性。2．6大力发展水科技．使水资源循环利用和蜇复使用要大力发展离新水科技和新型水工业，实行污水和中水回用，使水资源可以循环利用和重复使用，提高水资源的利用率。城市污水和中水回用，将污水资源化，使污水真正成为新的水资源；污水回用，减少了朽水排放量或处理后排放，不仅减少了污染，而且保护了水资源，使原来被污染的水体逐步得到恢复净化而重新成为可利用的水资源；污永资源化，可以成为一种稳定的再生水源，扩大了可利用的水资源的范围和水的有效利用程度。在现阶段，污水回用的使用范围包括：农业灌溉、回用于工业(如工业循环冷却永、工业锅炉补给用水等)、生活杂用水(如：冲洗厕所、擦洗地板等)、市政用水(如：冲洗道第5期路、浇洒§成熟和实月2．7海水j：深圳计为促进海井意识和海办重要意义羁术指标，彭利用；加强在近期受捣的重点应在消防系统、广泛，甚至2．8完善{目前深据失的水量给水管同．管网维修彰失率；台理产、销售和低的节水脊重视程度和深圳商持较高的增在的水资源开发利用彩增长的需球高效利用球参考文献：[1】何大f[2】樊耀af3】宋瑞喾[4]乔寿制(5]深圳i 一蔽怒公在行乎深圳的危秘方糖止!学校f。举!瓣曝f和用誓芷戒圭保护K资游l程度。．王照曲洗邀第5期藏知广等：探捌枣零资嚣转霹荮续利用lO!站、浇洒绿亿地带等)、景观娱乐用永、消防用承、建筑厢永等。随者承赫理技术的日鹣碗熬和实翔性酌提高，污求鞫用韵范阑将越来鹣广。2．7海水资滚综合列甩：深圳市濒I盘南姆，拥有较长的海岸线，海水资源十分丰寓，海水利用条件得夭独厚。为促进海承资源的综合利用，建议采取以下措施与对策：加强宣蒋教育，提高{士会酌海洋意谖和海永耧弼意谈。充分认识海柬利用辩予缓解深莓{l帝汞资豫蘩缺稳经济可持续发褒豹重要意义霸l必要性；建立娃垒海水利用敷管理执捷；利用水愤程蹋球定额等经菠枉转积技术指标，鼓励多用海水；加强海洋环境保护．严格控制海水污染，确保海水水魔适予海水利用；加强海承利用技术的开发，包括海永直臻利用、海承淡化和海水化举资源开发等。在近霸受洚采开发秘餍技术翔麓穰烈掰静戳餐，海承耩掰主要缓海求鸯接科鲻为主，辎怒的重点应在工业应用(鲤工业冷却术等)，适当熬联城市生活杂用求(如海永冲鼹、海水消防系统、码头遵路清扫用水等)。随袭海承处理技术的发展。海水的使用范围将愈来敷广泛，甚至成为优质饮用水永源。2．8完善供永缭水管礴．推r经搿蒂承器菇基蕊深堋枣城奄烘永管躜秘生活缋求嚣具的瀑失率约在8％一12％之同，每年难此嚣莛耩哭的水量约有3000万一5C00万矗，潺失基和浪赞"现象十分严露。因此必须完善供水给水管两，推广使用节水器其以杜绝水资源浪费现。应更新老化、质差的管两设施，-强他管秘雏谤敬伍，挺离柱漏技拳和求平，最大珉鬟逢控稍连、罄、漓、潺现象，减步承翡滞失枣；舍理每局城枣供承营鼹，会理调度珙承零压，嫩列苇能警求#建立辣垒警泰器具生产、销售和使用的法规制度，尽快甜定并完善产品质最标准体系；加快汗发质量好、价格低的节水器具，并使之达到标准化、系列化；加强宣传，提高人民对节永嚣具推广应用的羹褫程瘫翻织援佳，大力雅r节承器其的应用。并建立节瘩嚣暴瘦角静蕴督裣蠢撬栲。深删枣曩翦正霞鹱第二次刨韭螅褒遵发矮时期，城帝舞承蠹在笨幕灼熊十年内仍将维持较高的增长速度，为使深圳市人口、经济、社会资源与环境协调发展，缓解城市发展存在的水资潦蔟块署口水资源危机，提高人挺的生活水平，促使城审可持续发展，使永资源的开发巅用获得最大的经锛、聿圭会和环境簸益，戳满跫社会、经济发展对术置稚承凌扮嚣益摧长憨器衷，实舞痰资嚣妁霹持续测尾，拜嚣节滚，精心管理秘保护拳粪派，台理拜发积高效剽用永资源，是深枷市可持续发展舶必不可少的手段和必须采敷的措施。参考文献：￡ll辫大谨，旅静生。我鐾零嚣撩管壤辨理状与艘望，生鑫学袭毒，l甥8，17(2)：32一嚣+【2】爨耀被．水科技发展及在人类社会发展中的作用．环境科学进展．1999，6(5)：哟一74．f3】束靖祥．对我国骑源、环境现状与可持续茇餍磕喀弼题音孽恩考．环境保护．1998，7：9一i1&】赛毒链．碍持续发爰藏醛约坪境擦护嚣驰，璇索群壤与城枣燕志，l啪。’12(2>：32—37．(s】群圳市水务局等．深圳市节约用水2000—2010年规划．形演嗽捕瓣忆镰惦孵泐 中国建筑科学类核；玉期刊毒2彩相芝7k(月翘)2002颦楚9麓(蕞总第28卷第218瓣)(总第38卷辇234期)全莺疑荐量最大静翁衷簿寒絷毒主管：审牮A屁共弱霹建接整主办：中国建筑设计讲究院中艨士木工程学袅水工地分袅咎务：全嚣格裹摹承鼓零蔫簸薅茸孙年协：1964年譬辅出鹱：(给水擤水)霸辑邮(100044北京西典车叠疰大掰{9号)电话：(010)68362263／6831632{／88375433(olo)88388759(广告那)黄蹇：(o_lo)68316321／68362263／88375433—208电子信箱：wateccob@13ubllcbtacetcn撼蛙：懒：，，删，Ⅶ躐尊w嚣娜，鼢corrVh毛啦；，，jzJscl恻oLfna{，n畦．∞印舅：托袋百花彩印商瞠公司罾内息教疗：北京报刊投行局晷内详露齄：宝晷器臻撼鼋罨(藏)(邮投代骘：2—751)目外总发行：中国国瞵图书鼹易总盎司(010)884IZ255蒋审文报翻越(elo)e84{2048(黄彝)(发行代骘：M4425)(北京399存艳)广砉经营诲弩涯：袭嚣王螽广字0239号出阪日瑚：2002-09一柚定价：500兀基谈金现挚(1)的研究薛阳(4)可持续除磷脱氮BCFS。工艺郝晓地汪慧贞MarkvanLoosdreeht(7)美重供承系统静安全袋麓簿分范懋砖(10)污水A工土壤植物床处理纂满成扬颖(13)天津市取口垃圾m生填埋场工程关键技术问题的探讨全宏张大群谭震江(19)骞效复食垂壹滚入羔漫撼裘统羟理效果与污承国曩工程雷志洪戴知广艨志诫等(22)关于城镇污水处耀厂实行漪泥排放嫩考核与控制的讨论吴敏扬健(25)嵩密凄澄渍建设计薅致璐季袁于}蘸辨勤(27)处理黄河与汾河漉合承中褥油类的试验研究同建军王玉芬(30)国翌圈遐盈一ABR鲣壤高装发淀粉刻瑟瓣王褒承运簿特佳静磷究浇罐艮赵丹王惠氏(33)石家庄离含氮高浓度化纤废水处理改造工程试验研究高傻发量盘飞王晓霞等(35)SBR法楚理豆裁瑟菠承遘耧孛ORP与COD瓣程关鞋高大文彭永臻王淑莹f40)水解酸化一一体化氧化沟工艺处理食品加工废水李伟民陈江北王涛(44)王晨睇孙仲仁奇蕻舞王文海警蘅王黛孛挡溅板设置位置的讨论陆步鸣褥袁46485lS356提滇讳等(59)帕克森·迪纳过滤器简介李杰粱志农羹鍪璧蠢翼叁羹墼鏊霉釜篓毖辇磊寨调试及运嚣善；2劈谤絮篓黍慧纛藿霎囊篓冀羹鬻粱羹耋囊饔萋羹攀瑟釜紫分辑化学锚嗣鳔栓露京在桥式污水处理设备安装审的应嚣l王志毅谷波纯薛蜜璜爨翼萋霎i!112腮婪凌承炎火系统没计的擦讨黠通透赣暴硬场辨鑫凌搂承炎火系统没诗豹摄讨井水含砂量标准的理论和燕践探讨囊雾霎豸燕粼翦辑究进最(-F，汪锋黄晓武您争}垒秘高聚羧絮凝粼翦辑究进最(，汪锋黄晓武研究生论文摘要广告索引霹残成(61)孟海江(63)王兄(66)袁永扶(69)周卫东(72)赵向糸<74)黄秉政(76)张锈范(84)馥勇蠢(88)(92)(J16) 高效复合垂直流人I湿地系统处理效果与污水豳臻I程雷志洪戴知广陈志诚彭立新李尚志蔡仲文叶菊添攥樊建立?具有款特结构的高效囊奢垂盎流人工湿地系统。进稃了一系列的小试和中试试验，主簧污染枷的去除率均在80o,6以上，利搠这项技术在深圳市洪湖公嘲建设1污水回用x程，已擞成砖地速行j鹋年丰。菇罐诃^I湿地系统污水田用藏箭I程1996簪3嚣至1999年8秀，深璃帝环境科学研究所参加了与欧盟台作研究项目“热带和亚热带醛域水羼改善、圊用鸯承生态装重建豹生物工艺学对策研究”，这是一磺由藩国、嶷她和和中营的6个研究单位合作开展的～项研究。主导思想是利用能辍爨、运行赞零祗熬入工显缝系统移垒惫学方法净化地面水，可应用于饮用水、爨观雨水的净化和污水处理。报据含作协议，探圳市环境科掌研究所负责程深瓣遗褥辩醑试验。2000馨8嚣，姹壤磊残暴蕤定为国际领先水平。为了{阡疑人工溅地系统水质净化处理技术研究，1997年s胃到11月，深圳市环境科学研究所在襟圳市洪湖公园建成了人工溅地研究试验基地。并掺建了孛试帮孛试试验工程，苓莰在璎论上{筝了大量研究工作，同时在技术上积繁了很多鬣贵的经验。在此基础上1999年2月到8月，深圳市环境科学研究耩又谖诤了“洪潮公强入王滋涟系统瘩凌净豫工程”．它通过净化严煎受污染的河水补充到景观湖瓣。双孬嫠精承褥剩鼹薅。嚣藏已经稳定运行蹲年半，效果琏好。1试验系统结构与盎婪工艺参数1．1工艺擞理人工温地系统水臌净化技术是一种生态工程方法。其基本蹶理是在～定的填辩上种披特定的漫地壤镑，鼓孬建立趁一个天工澄薅生态系缝，当簿农遴过系统时，萁中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，婕承费得到净化。t．2工艺流程小试和中试系统采甩相尉的工艺流程，流稷她圈1。22蛤水悱水Vol28No9Z002喝辫出承髓t试验工艺鬣程1．3湿她蒙统结构率湿蟪系统肇梅是一释猿待魏复合垂赢流结构，植物池上层为秒，下层为碎石，池中水流方向为土门；流。魏二室串连，进永从第一室裘嚣布水，水流筵直向下，在池底部水流在碎石层跌第一室遗入第：室，进八第二室聪垂直向上。从表面出水(见图2)。霉2显她系境结捧示耋1．4小试和中试系统小试蔟统由2台进水裂、3个充满砾石的粗滤滟捧为蘩楚理系统。l令窖积势2n，的缓本池、1令容积为2m3的高倥进水槽以及水位艇进水时间自动拦瓤系统、埴物滤池(5缎)、排水系统、循环蒹统簿部分爨成，小试系统共建5组．每缀褥室。共lO个植物滤池，每池面积lm2，黼度1111，分别种植不同肄懿澄建犊耪。中试系统与小试系统的结佝相似．由3台永象、3个前处理池(容积大约为9一)、1个容积为3m3的缓j申池、1个容秘海4t≯的舞谴遘农槽、植鞠滤池(1组)、水位和逃水时间自动控制、排水系统、循垮系统等群分锺成。中试豢绞的植物泣为l绝2米蕞一受污染湖承 ——髫妒室，其有效混地面积为162m2，在系统中安装了水位和进水时间自动控制器。1．5主要工艺参数1．5．1沙予裙簿石辩魏黢辜与粒径分帝小试和中试系统的试验池中上层填充沙子，下层为碎石，经试验测定沙子和碎石的孔隙率分别为43．6％和55．4％。沙子静粒径分布测定结栗冤表l。装l涉子粒登分寄中谜池枣试溉毂径大小，mm过筛百分数／％粒径大小／mm过筛百分数／％10000100100．0060100．0060100+0030100．0030100，0020100．00201000011l∞．00lll∞．00899．62899．78699．62699。78496．10494，4{284．66281．40l664jl66．26o，63{8．990．63SO．7，o．222．940．222，83o，12517．290．12514．99o，06313。990．06311．4‘0．028．460．026．610．0067720．D065．∞e．0026．|40。0025．190．001t．5．2污水在植物滤池中的停留时间对污水在植物滤池中的停留时间进行了试验溅定，在试验时，将食盏翻入进承中，然君遴过溅定出瘩秘电导率变化，割据出累计盐量热线。当食盐髓进水流入植物滤池后，便可以对出水进行测定。结果照示最短的停留时间大约12h，最长大约36h．平均停留时间24h。1．5．3系绽对据求和污染钧的受蓰毙力从1999年4月1日到1999年7月20日，记袋了深圳洪湖公园人工湿地中试每天的进水负荷。经统计，系统平均的避永负荷为0．503矗／(m2td)，部分污染物的援萄列于表2。寝2系统的污杂物髓荷参数SsCODuhBOD州TPN池一N污染铀雏魔，硼扩LIO1271419{85o．3782．16糟安静乎坶蠡藏’一fm2·毋5位6．387。142．440+挣1．09洼：串试最缓息西职为8lx2一；避摩网踊6h，2试验系统处理效果扶1997华10月至1999年7胄，分剐从系统的进求和出承共采样ls次，改测试豢统瓣污染榜孵去簸率或其她硬爨的检验。因为洪濑公鞭的zk质主要是受生活污水的污染，其CODM。。POD，TN，TP和NH，一N较高，所以我们以这些指标米评价系统的净化敷栗，系统永藤处瑷效栗的典型簸溅缩栗辩表3。表3中试系统承囊净他鳗累{慕样时间1999年6月"6日S8CODmBODTNTP饔爨州lmg／L／州驴L／mg／L／-蟮．／L／f嘴，L褒拳术覆7．733315。"／611，937．670。700出水水质6．744．03，261．120032击酷率／％87，979．390，685+49541997年10月至1998年2月，系统出水中酹各璜污絷秘播标释去臻率变化缓大，说骥系统在拜始远行输段(约6个月)处予不稳定状态。系统运行约半年以后，水质稳定，污染物去除效果好。这表明人工湿确生态系统需经过约半年时间才能达到稳定状态。多次的监测结果表明：污染攒掭的去除率中，BOD和TP的去除率都非常商，但CODM。的去除率榴对较低。系统在运转过程孛，出承承蚕嚣常好。系统出水水骥指标与<她表水环境鹱量括准"(GHZBl～1999)的水厦指标进行比较，在进水水质各项指标(BOD，CODM。，TN和TP)均为劣V类的情况下，系统出永承纛参数均莪达到l类、Ⅱ类或藤类簿准，霹此本慕绽非常逶会饮用水源翻景残甩水的保护或水质改善。3应用工程3．1应幕工程的{笮攀在小试期中试取{导了阶段性成果后。深圳市弼：培承摊永Vo|28No．9200223 ⋯⋯⋯————————_-———————w——w—————H——m——H，—^———__———_———————●———_—-——————*——_——w-—_一嚆境科学研究所于1999年初开始设计和修建了“洪湖人工淀地系统水质净化工程”。洪湖是深蜥待区内最大的公园满，面积约27万群。洪朔毪帮建有洪湖公酲。一誊以来洪潮没有干净酌承源。笼其在冬季严重缺农，缺承爨垒繇蠢璃进静生活污承俸鸯拳量补充，嚣姥长期镊来洪鹚承质一赢不辘达到爨觋用水标准。此项目塞旨是将窿效垂蠢漉人工湿地系统拳鹱净化技术应用到洪湖的游染治理，从布吉河瓣水经系统净化后为洪湖补充清洁水，同时截去洪湖周边的污水排入，从而达刘改薄洪湖水质的目的。布吉河是深堋河最大的逆流。流经洪湖的西边，其主要功能为隧洪。但程其上游的布吉镇的各种污瘩均赢接排入河内，爵此其永质非常差。布宵河酪谤承经过天王湿地处理稀捧入淡湖，一方面补充洪潮承繁蒸发和旱攀地下水量损失。另一方嚣耀予浇灌公嚣花攀，然藕实璃了污承强用，势霆为节省7浇蘧公基葱草鲤宴来水攫，从璐降低了公匿维护管理经费。洪湖和布吉河的水质现状列乎袭4。表4洪湖莓B布告弼的水簸现状f桀棒时问；1999苹4月6日J顼目布吉河(溅湖北筒)洪期(兰缎潮)SS／,w．／L10422t)O／wjL0．34．020。lX—m酊L24．1912．68B刺m∥L59。2S12．26"rN／跳．／L30．O6．5例m∥L3．8450．4lO№一n／,耐L21．623．563．2正艺流程(觅图3)蹲瘩——(ii曼壹互}_-．≤三ii至iii}捧^拱鬻厨3或用工程工艺藏柽诙工程占遗蓄积3500矗，系统跌布青河取承，8处理承繁1000m3。3．3拳囊净纯效攥系统从1999攀8胃野始送行，处理屠的出承水厦非鬻好。按照国家《地表水环境质量标准)(GHZBl—1999)，系统出水水质参数中非离子氨羊n24翁永捧才(Vol08No．92002BOD能达到I娄水藤标准，COD能达到Ⅱ类标准，TN和TP能达到湖泊水库Ⅳ类标躐。布吉河污水经处理后。水中溶解辍大大蹭加，各项污染指标的去除率琦在80％班上。求质净纯效栗觅表5。寝5洪湖人工湿地系统水质净化效粜f采祥时问1999年11疗30日JDO000,4．B00"垂^子氨凄譬，耐L，叫Lmc．／L／-掣"L／mrdL希宙两《幕缓j住承弭’靠．耵35种嚣．6530耗奇．”1襄绕蹬瘩6．S26．，l5．4，0．3610转0击毁事／％82．685，8艏，2鸵．64结语除“洪潮入王瀣堍求疆净亿王程”岁卜，深擎l率坪境科学研窿爨=l薹我蘼鼗臻技零设铮了深瑚审“袭澜寒尔夫球会职工密舍生瓣污承处理系统”(300m’／d。2000年8月开始遂荤亍)和深圳审“龙岗区坑捧镇沙田人工漫地悸水处理工程”(5000m3／d，2001年10男开始运行)，并已经完成了“洪湖人工湿媲系统二期工程”的设计，该系统日处理污水4000m3，将在近期开始施工，建成后将完全改善洪潲的永质现状。商效熏喜流』、工溅迪累缝求襞净纯技术遥餍手饮孀承源秘景滢臻承鹩锞护；笼其是对予承藤污染严整的农{}城枣{E地菇，因其枣致设燕相瓣涝羼、城市辑水管弱不完善，蜉术不能攥中处理，此时慕熙人工龆她系绞来进行污水处理有极大的优越性。由于人工湿地系统占地面积大，因瓶要求可资利用的土地衙积应较为宽松。襁人工湿地系统良好的处理效果、较低的运行成本和优良的造景效聚使得这一方法舆有广泛的应厢和推广前景。人工潞墙系统是一个仍在不骈发麓和完耱酌方法。还存在～鸶阍嚣器骰进一梦的研究．尤其东怎撵增捅鼙往磷积上弱污杂物受群瘫鸯、系统她缝护鞫配套她翦处理方法及遂景等方甄，还甓要徽大量的班宠工非和技术改进。o作者通讯处：5180C,8罐郴市红挂一街环保局9s畸大院豫韩l癌环境科举研鸯断电蟮：(0755)25592340(0)收编日期；2002·3-4 *堪’‘酾啦冬霉骞氛萋囊囊囊鏊篓茌誉运莲笋案，以媾氧竺譬暴‘参面鉴匣端。。，L、莘穴，以最‘‘拳伞霰《胀'