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废水处理人工湿地的应用前景

2021-12-14 14:06:27
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随着时间的发展,人工湿地处理技术日臻完善与成熟,效率高、成本低的巨大优势让人工湿地的应用范围不断扩大,最初,人工湿地主要应用于生活污水的深度处理,现在,在各类工业废水的处理中也有广泛的应用。自然湿地局限性明显,难以长期超负荷运行处理高浓度废水,人工湿地通过人为设计、人工控制,具有强大的生态修复能力,在处理降解污染物方面优势明显。

  工业废水体量大、差异性大,所以处理不同类型工业废水,就需要考虑不同废水的特性。虽然人工湿地可以在基质选择、结构设计等方面进行优化调整,但对于一些特定污染物去除机理的研究并不够透彻。这些限制条件也影响了其在相关领域的发展。

  1、工业废水的来源及特征

  随着工业产业多样化,工业废水呈现出多样化,主要来源有化学工业、医药行业、金属冶炼行业、皮革工业、纺织及石油工业等领域,各行各业排出的废水成分各异,因此,工业废水的处理在技术上没有千篇一律的简单途径。废水中所含的细菌、重金属及其他难降解有机物给废水处理带来不少困扰。具体见表1:

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  由表1可知,每个行业产生的废水具有不同的特点,后期处理过程需要妥善安排,有些可以混合处理,有些则必须单独进行处理。污水处理难度随污水性质不同而不尽相同。

  2、人工湿地对不同工业废水的处理效果

  随着国内外研究人员对人工湿地处理工业废水的机理和结构进行不断研究改进,通过实验室试验和自然环境下中试及大型工程实例等研究人工湿地对不同工业废水的处理成效。

  2.1 造纸印刷业废水

  在造纸印刷行业,其废水产量大,COD、BOD含量高,悬浮物浓度高,除此之外,经常伴有甲醇等挥发性有机物。KadlecRH等研究发现,人工湿地对挥发性物质有较好的去除效果,其BOD5去除率接近80%,氨氮去除率高达95%。

  2.2 化工行业废水

  化工行业排出的废水成分极其复杂,符合一定条件的废水可利用人工湿地进行降解处理。HaberlR等研究发现,对于难降解有机物浓度不高的废水,人工湿地的出力效果极佳??刂扑νA羰奔?.4cm/d时,对苯胺和三硝基苯的去除率高达99%,硝基苯去除率也达到98%,去除效果明显。

  2.3 纺织业废水

  色度高,是纺织业废水的一大特性,同时,pH波动大,最低可达2左右,最高可达12。并且染料种类多样,化学性质复杂,具有一定的毒性。KNIGHT,R.L等发现人工湿地对悬浮物(SS)的去除率高达88%,色度去除率高达90%,经过人工湿地处理,水质中BOD5、COD等指标明显下降,水质提升较快。

  2.4 糖类、酒精、饮料制造业废水

  生活中酒因酿造工艺不同分为白酒、啤酒、葡萄酒三大类、因工艺的不同,产生的废水具有不同的性质,总体而言,有机物含量高,发酵过程导致pH较低。国外在相关废水的处理中有广泛研究。BilloreSK等研究发现,控制水力停留时间在3h左右,人工湿地对糖类、酒精、饮料制造业废水中氨氮的去除率可达到90%以上,对废水中BOD5的去除率也高达95%以上。

  2.5 钢铁工业废水

  钢铁工业,其行业的特殊性导致产生的废水含有重金属,一般先采用物理化学方法进行一级处理,再利用人工湿地深度处理达到降低重金属浓度的目的。而且较低浓度的进水可以有效避免整个系统受到破坏。HuangXF等在利用人工湿地去除铁锰的研究中发现,水力负荷取1.8cm/d、湿地面积为91m2时,人工湿地对Fe的去除率高达94%,Mn的去除率达到了81%,氨氮和COD的去除率也达到了77%。人工湿地可以有效去除废水中的重金属离子。

  2.6 马铃薯生产废水

  马铃薯汁水是利用马铃薯生产淀粉阶段的副产物,其中大约30%的成分属于蛋白质,中国西部地区是马铃薯生产重要地区。国外对马铃薯废水的回收一般采用絮凝法,但其产物外观颜色深沉,口感不好,最终用作饲料的制备。利用人工湿地系统处理马铃薯废水这种有机物含量高的废水,废水中有机物经过生物吸收和微生物降解去除,研究发现,人工湿地对马铃薯废水中有机物的去除效率可达85%以上。

  3、人工湿地处理废水的发展趋势

  人工湿地特点鲜明,在处理废水方面具有极大优势,结合自身的特点,该技术发展趋势可以概括为以下几方面。

  3.1 湿地植物和填料的优化与筛选

  填料基质的选择,直接决定了人工湿地在处理废水能力的大小,特别对一些含有高浓度金属离子和高含盐量的废水处理,筛选具有高金属富集性能、强度高、比表面积适宜的填料尤为重要,不但强化了反应强度和生物富集量,对污染物的吸附和降解效果也更为有效。

  3.2 符合复合湿地的研发应用

  所谓复合,主要体现在发挥人工湿地对污染物净化功能的同时实现与传统处理工艺的结合。将已经发展成熟的人工湿地形式进行不同形式的组合,在最大化处理废水的同时,还可以展现湿地景观美化环境。与传统生化处理的结合,可以优化进水复合,减小占地面积,增加处理量,让人工湿地在工业废水处理上发挥更好的作用。

  3.3 强化湿地生物技术研究

  废水来源广泛,所包含物质多样,针对某些难降解的物质,开发出专一性的生物群体,引入人工湿地降解系统进行废水处理,可以大大提高人工湿地在废水处理中的应用范围。

  3.4 完善湿地理论机制

  人工湿地虽然已经有了长足发展,但有些有毒有害物质的去除机理依然不够完善,导致部分废水处理效率低下。因此,湿地系统理论机理的完善和相应数学模型的建立,是人工湿地进一步发展的关键,只有完善相关的理论研究,才能为人工湿地处理废水提供科学的依据。

  3.5 运行维护方面的改善

  湿地对废水的处理能力因规模不同具而不同,且湿地的净化能力和其发育息息相关,同时自身产生的废弃物若没有相应的处理,会大大降低湿地的处理能力和效率。因此,建立一套完善的运行维护制度对于人工湿地可持续运行至关重要。不但可以增加湿地处理效率,还可以节省部分经济投入。

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