基本信息
- 项目名称：
- 小型（浅型）人工湿地模拟系统设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 人工湿地是人工建造和监督管理、与沼泽地相似的地面，是人为地将石、砂、土壤等一种或几种介质按一定比例构成基质, 并有选择性地植入植物的污水处理生态系统，通过自然生态系统中的物理、化学和生物三者的协同作用达到对污水的净化。是人类有目的地建设的具有天然湿地性质的生态系统。
- 详细介绍：
- 人工湿地是人工建造和监督管理、与沼泽地相似的地面，是人为地将石、砂、土壤等一种或几种介质按一定比例构成基质, 并有选择性地植入植物的污水处理生态系统，通过自然生态系统中的物理、化学和生物三者的协同作用达到对污水的净化。是人类有目的地建设的具有天然湿地性质的生态系统。 人工湿地主要由以下五部分组成： ①基质：具有透水性，如土壤、砂、砾石。其作用为植物提供物理支持，为各各种复杂离子、化合物提供反应界面为微生物的提供附着，降解重金属、硫、磷等污染物。 ②植物：适应在饱和水和厌氧基质中生长,这些植物具有性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物。其作用有：显著增加微生物的附着；可将大气氧传输至根部，使根在厌氧环境中生长；增加或稳定土壤的透水性。吸收水中的营养物质N、P、S、重金属等。 ③水体：即在基质表面下或上流动的水。其作用为动植物、微生物提供营养物质。 ④微生物种群：一类好养或厌氧微生物，对废水中有机物的去除起着重要作用。 ⑤动物：无脊椎或脊椎动物。 人工湿地净化机理 人工湿地对污染物的去处随污水性质、污染物浓度、系统特性和运行条件而变，处理床结构、填料、水力停留时间和温度等因素也都会影响湿地的运行。人工湿地净化机理非常复杂。 在人工湿地中，基质、植物、微生物是其主要组成部分。基质为微生物提供稳定的附着表面，同时又为水生植物提供载体和营养物质，植物不仅摄取一部分氮、磷等营养物质，同时还具有传送氧气的功能，微生物的新陈代谢作用可降解废水中的有机物。 ①对悬浮物、有机物的去除 污水中的悬浮物和颗粒性有机物可以被湿地基质过滤和沉淀快速的截留，而后通过湿地中微生物的生长而被降解去除。可溶性有机物可以通过植物吸收、填料表层和根系微生物膜的吸附及生物代谢降解过程被分解去除。而在湿地中对悬浮物的去除是很迅速的物理过程，主要由沉淀、聚集及表面粘附。 ②对氮的去除 污水中的氮可分为有机氮和无机氮。人工湿地处理系统对氮的去除作用包括基质的吸附、过滤、沉淀以及氨的挥发、植物的吸收和微生物的同化、硝化和反硝化作用。微生物的脱氮作用主要发生在人工湿地中的氧化还原层、植物根系与土壤的界面以及挺水植物的地下部分。一般情况下，污水中大部分有机氮被微生物分解为氨氮，氨氮一部分挥发到空气中去，一部分被微生物通过硝化反应转化为硝态氮和亚硝态氮，最终通过反硝化作用去除。 ③对磷的去除 污水中含磷化合物主要包括颗粒磷、溶解有机磷和无机磷酸盐。人工湿地对磷的去除主要是通过植物的吸收作用以及填料的过滤、离子交换、吸附、共沉淀等作用和微生物的分解作用共同完成。微生物对磷的去除包括它们对磷的正常同化（将磷纳入其分子组成）和对磷的过量积累。 人工湿地类型 人工湿地根据湿地中的主要植物形式可分为浮水植物系统、挺水植物系统、沉水植物系统。按照污水流动方式，可分为自由表面流、水平潜流、垂直流三种类型。 ①自由表面流人工湿地 是指污水在基质层表面层以上，从池体进水端水平流向出水端的人工湿地。通常是利用天然沼泽、废弃河道等洼地改造而成的，也可以用池塘或渠道等构造而成。其底部有由黏土层或其他防渗材料构成的不透水层，或者常用一些不同种类的等会下屏障来防止有害物质对地下水造成的潜在危害。 其已广泛应用于以下方面：处理生活、养殖污水，蓄积和净化暴雨径流，控制面源污染，恢复和重建河流、湖泊湿地，净化与修复受污河、湖水等。 ②水平潜流人工湿地 是指污水在基质表面层以下，从池体进水端水平流向出水端的人工湿地，它由一个或多个填料床组成，床体填充基质，床底设有防渗层。它充分利用整个系统的协同作用，且具有卫生条件较好，占地较少，处理效果较好等特点。是目前世界上最为流行的湿地污水处理系统。与自由表面流相比，水平潜流人工湿地的水力负荷和污染负荷大，对BOD、COD、SS、重金属等污染指标的去除效果好，且很少有恶臭和滋生蚊蝇现象，其缺点是控制相对复杂，对废水氨氮的硝化和除磷的效果不如垂直流人工湿地。 水平潜流人工湿地系统可以用来处理多种类型的污水，包括生活和城市污水、工业废水、农业和城市暴雨径流、合流制管网漫流污水和填埋场渗滤液以及其他类型的污水。 ③垂直流人工湿地 垂直流人工湿地可分为上行流、下行流和潮汐流三种。所谓上行流就是进水口在湿地的底部，水由下向上涨起，湿地填料表面为一排集水管，下钻小孔用来收集出水。下行流人工湿地通常在整个湿地表面设置配水系统，污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，系统底部排水，水流处于系统表面以下。床体处于不饱和状态，大气中氧气可以通过灌溉期的排水、停灌期的通风和植物传输进入湿地系统，通过湿地生态系统中的基质、湿地植物和基质内的微生物三者的物理、化学和生物作用达到净化污水的目的。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计目的： 针对村镇生活污水处理的特殊情况，寻求一种处理规模方式灵活多样，建设运行费用较低，操作简单易行，出水可达到景观用水标准，同时还可美化家园、适合村镇污水治理的工艺技术是本研究的目标。 建立小型人工湿地模拟系统，针对不同出水水质要求，进行预处理系统工艺参数设计，包括工艺选择、设备选型、填料基质选择、工艺组合等，形成一套完整的处理工艺设计参数。寻找土著和培育适合当地气候条件、净化能力强、抗性好、适合人工湿地种植，成熟后又可为畜禽饲料或工农业生产原料的湿地植物，重点是观察监测系统对污水中的污染物的去除效果. 3.主要技术指标 （1）出水水质，根据用途不同，分别可达《城镇污水处理厂污染物排放》GB18918-2002一级A、或B、或城市污水再生利用景观环境用水水质标准。 （2）采用以小户型单体和多户集中等灵活多样的处理规模，可因地制宜建于村落的房前屋后。建设费用较低，操作简单、基本无动力。（3）.植物的成活率90%以上，适合当地生长且长势良好，景观效果好，成熟后可综合利用。 4.创新点 本研究创新在于： （1）本设计人工湿地模拟系统在目前本省高校环境工程实验设备鲜见。属于直观教学、实验模拟系统 （2）是我校环境工程实践教学模式创新。 （3） 为创新灵活多样的处理规模，建设运行费用较低。基本无动力，操作简单易行，农户可自行管理，可建于村落的房前屋后，分散小户型单体和多户集中等都可采用既可清洁家园又可美化家园。
科学性、先进性
- 本设计人工湿地模拟系统是为进一步开发研究一种无需动力、加药、建造和运行费用低、管理运行操作简单，出水质好的人工湿地污水处理技术，其技术不仅节能降耗同时还增加绿地景观是适用于广大农村和生活小区的先进污水处理技术，是国家《农村生活污染防治技术政策》提倡污水治理方法之一。 在“低碳生活”理念渐渐被世界各国所接受，发展低碳经济、开展低碳城市建设、全面实现低碳生活逐渐成为社会各界共识的今天这种节能降耗可增加绿地的人工湿地污水处理技术发展前景更加好。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 可为环境工程专业污水控制工程提供一个直观教学实验模拟系统为污水治理工艺开发与研究提供一个模拟试验平台
作品可展示的形式
- 实物、模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品可做为环境工程水污染控制工程直观、创新教学模拟设备，可进行污染………进一步研发和对农村污水治理提供模拟实验系统.如果本研发最终成果进行实际应用，以武夷山的5万人口乡镇计可较传统的污水处理节省基建费1400万元，年可省运行费153万元，可减少排放COD 894吨、BOD 715吨，同时增加了绿化面积约18000m2。更主要是为拥有“双世遗”国际旅游胜地新区村镇，找到了一种低成本、低能耗、治污美化环境相结合，可持续的污水处理设施。
同类课题研究水平概述
- 由于人工湿地具有处理效果好、建设和运行费用低、易于维护管理等优点,因而受到世界各国的普遍重视, 成为近年来发展较快的一种污处理新技术.开展人工湿地工艺设计研究是构建人工湿地的前提和基础, 一直是人工湿地处理技术研究的重点。
