混合人工湿地脱氮的最新发展外文翻译资料

混合人工湿地脱氮的最新发展

摘要

混合系统是在1960年代开发的,但在1990年代末才开始逐渐投入使用并于20世纪初广泛流行，主要原因是日益严格的氮排放标准和更复杂的废水处理的人工湿地(CWs)。早期的混合人工湿地系统包括若干段垂直流(VF)及顺次连接的若干段水平流动床(HF)。在1990年代，引入了HF-VF和VF-HF混合系统。然而,为实现更高的总氮去除或处理更为复杂的工业和农业废水，其它类型的混合系统，如自由流动式(FWS)人工湿地和多级人工湿地也被投入使用。自2003年以来，来自24个国家的60个混合人工湿地的调查报告显示,混合人工湿地主要是用在欧洲和亚洲，其他大洲的应用明显受限。最常用的混合系统是VF-HF人工湿地且已被用于处理生活污水和工业废水。另一方面,据报道使用HF-VF人工湿地只用于城市污水的处理。调查60混合系统中,有38个混合系统是处理城市污水,22个混合系统被用来治理各种工业和农业废水。更详细的分析显示,VF-HF混合人工湿地在氨去除效率略高于混合系统与自由流动式(FWS)人工湿地,HF-VF人工湿地或多级VF和HF混合人工湿地。所有类型的混合人工湿地NH₄-N的去除率都比单一VF人工湿地高。另一方面,人工湿地与自由流动式(FWS)人工湿地消除的总氮比其他类型的混合人工湿地都高。然而,所有类型的混合人工湿地比单一VF和HF人工湿地的总氮去除率都高。

关键词：水平流、混合人工湿地、工业废水、氮、有机物、垂直流

1．引言

将混合人工湿地的优势和各种系统结合在一起就可以相互补充。混合人工湿地是由塞德尔首次引入。德国早在1960年(Seidel,1965)便将其引入,但在那时候这些系统的使用没有广泛传播，这个工艺被称为赛德尔系统,Krefeld系统或马克斯-普朗克研究所工艺(MPIP)( Seidel,1965,1976,1978)。此设计由两个阶段的几个平行垂直流(VF)床(“过滤层”)以及2或3个水平流(HF)床(“消除床”)系列组成。VF阶段通常是种植芦苇,而水平流阶段包含许多其他大型植物,包括芦苇、苔草、香蒲和菖蒲。VF床装满废水进行1或2天的预处理,随后曝晒4到8天。在此系统中,硝化作用发生在VF阶段和反硝化作用的硝酸盐阶段,即氨氧化成硝酸盐,即在水平流阶段把硝酸盐还原为一氧化二氮和氮气。在间歇负荷的垂直流阶段氨氧化作用很强烈，但在第二阶段完全反硝化过程需要的有机物浓度可能不足。在1980年代早期, 塞德尔类型的混合动力系统建在法国的Saint Bohaire 和 Frolois 。(Boutin,1987;Lienard et al。,1990)。 1987年英国的Oaklands公园建了一个类似的系统。(Burka and Lawrence 1990)。在1990年代和2000年代早期,许多欧洲国家都建有VF-HF系统，如：奥地利(Mitterer-Reichmann,2002),斯洛文尼亚(Urbanc-Ber_ci_c和Bulc,1994;Urbanc-Ber_ci_c et al。,1998)、挪威(Maelig;hlum和Stalnacke,1999),或爱尔兰(O Hogain,2003)。House and Broome (2000)报道了在北卡罗莱纳使用VF-HF人工湿地系统。VF-HF混合人工湿地主要是用于处理市政废水。

在1990年代后期，HF-VF治理湿地逐渐被开发。这个系统是放置一个大型HF床作为第一个阶段，放置一个小VF床作为第二个阶段。在此系统中,在VF阶段结束时发生硝化作用。如果使部分出水回流到进水系统，硝酸盐也可除去。在HF阶段发生反硝化作用，反硝化所需碳源由进水提供。Brix et al. (2003)表明,在Bjoslash;dstrup-Landbourup、丹麦的HF-VF人工湿地显示：当VF床与沉淀池富含硝酸盐的污水被回收时，TN平均出水浓度是43㎎/L，污水未循环利用时，TN平均出水浓度下降到大约20㎎/L。在波兰(Ciupa,1996)和南非(Wood and Hensman,1989)HF-VF人工湿地被建立，用于处理城市污水或在处理尼泊尔医院废水(Laber et al., 1999)。

除了VF-HF和HF-VF，还有其他各种类型的人工湿地，包括1990年代和2000年代早期的自由流动式人工湿地(FWS CW)。Yang et al. (1994)报道HF-FWS混合系统在Bainikeng被使用。据报道,在1990年7月建于深圳经济特区的龙岗是中国最早建造的人工湿地。这个人工湿地系统由苔草、鱼类、芦苇三个HF阶段组成。1992年在深圳的盐田工业园区宝安区建一个治理混合工业废水的FWS-HF人工湿地(Wang et al., 1994)。FWS阶段是种植水葫芦(Eichhornia crassipes),在HF阶段种植苔草、香蒲。Laouali et al.(1996)报道了在Montreal，Canada一个HF-FWS系统的使用。这个系统由一个种植苔草、香蒲的HF和二个种植芦苇种,例如香蒲属、变色鸢尾、水生薄荷、水蕴草。在意大利HF-FWS系统也用被来治理酒厂废水(Masi et al,2002),在肯尼亚HF-FWS系统也用被来治理生活污水(Nyakangrsquo;o and van Bruggen,1999)和在挪威HF-FWS系统也用被来治理垃圾填埋场的渗滤液(Maelig;hlum et al。,1999)。

Jing et al(2001) 在台湾使用FWS-HF系统处理被污染的河流。在台湾同样的人工湿地(FWS-HF)的组合是循环利用废水中的鱼(Lin et al,2002年)和虾(Lin et al。,2003)。也有报告称人工湿地的有使用超过两个阶段组成。Masi et al. (2002) 在奥纳亚、意大利 使用VF-HF-FWS-Pond组成的人工湿地处理酒厂废水。Koo, Estonia用相同的组成方法处理市政的污水(Mander et al., 2003)。Obarska-Pempkowiak (1999)报道在波兰的Darzlubie的HF-HF-VF-HF人工湿地,种植苔草、香蒲且设计容量为750PE。

在之前混合人工湿地被使用很多次(e.g, Cooper, 1999, 2001;Vymazal, 2005; Gaboutloeloe et al., 2009) 因此,文献中混合系统被报道是在2003年之后,也就是说时间上并没有覆盖在之前的结论。Cooper (1999)在他的评论得出在那时只有一些混合系统在运行,因此,这是不可能判断哪一个是最有效的安排。Cooper (2001) 指出,尽管缺乏混合人工湿地系统的处理效果，就总氮的去除率来说似乎VF-HF的混合可以达到更好的效果。Vymazal(2005) 在他的综述中说明了使用混合人工湿地的提高总氮去除能力的案例研究,但没有比较各种类型的混合人工湿地。Gaboutloeloe et al. (2009) 从7种混合的人工湿地中汇总结果在1999年和2003年报道。但这总结只提出结果并没有作与其他系统的比较。目前,混合人工湿地存在更多的问题,因此,可研究得到更多的不一样的结果。目前为止，60种混合人工湿地来自24个不同的国家(Table 1).

2.混合动力系统的结合垂直流和水平流单元

2.1． VF-HF混合人工湿地

结合VF和HF的人工湿地是最常用的混合动力人工湿地系统。在Table 1的信息中表明这种类型的混合动力人工湿地系统主要用于处理城市污水。Lesage (2006)和Lesage et al. (2007) 报道了在比利时佛兰德用四个VF-HF组成的人工湿地系统(Table 1, No.14). 在De Pinte-Zevergem(设计容量750PE) 和Pervijze(设计容量750PE)的系统中 设计两个平行的VF床后跟2并联的HF床。混合系统在Ieper-Hollenbeek (设计容量400 PE)和Bierbeek-Kleinbeek(设计容量210 PE) 设计有两个平行VF床后面跟着一个HF的床。所有系统在2000年投入使用。这些系统的处理性能显示在Table 2.

Ovel et al. (2007) 描述了在爱沙尼亚使用VF-HF组成湿地处理校园废水(Table 1, No. 5). 混合人工湿地处理140人的校舍的废水设计容量为64 PE。在进入湿地之前,用两个废水池塘进行机械预处理。VF阶段的湿地每小时间歇性地进水。在夏天,只有VF阶段运行，而在冬季,两个阶段都运行。

在突尼斯, Abidi et al. (2009)试验了中规模VF-HF人工湿地(Table 1, No. 6). VF床上在底部填满粗砂砾(25-40 mm)，在中间填满细砾石(2-4mm)以及在顶部填满粗砂(0.15-0.6 mm)。HF床填满砾石(5-8 mm). 作者得到的结论：这个系统取得了有机物,悬浮物,氮和细菌明显减少(没有确切浓度)。系统所使用的相同的设计Keffala and Ghrabi(2005) 去除氮和演示的效果植物(Table 1, No. 7).去除铵氮只有19%(Table2),但优于unplanted系统(6%)。在另一个研究Tunisia Kouki et al. (2009) 报道了使用VF-HF连续波在Joogar (Table 1, No. 8). 治疗效率非常高的BOD₅、COD、TSS和TP(Table 2). 此外,平均减少粪大肠菌和粪便链球菌达四个数量级。

Herrera Meliaacute;n et al. (2010) 在加那利群岛测试了半工业规模VF-HF人工湿地，西班牙在两个整体液压加载利率的3.7和7.5 cm d^-1(Table 1, No. 9). 结果显示非常高的处理效率方面BOD₅、COD、NH₄-N和TSS(Table 2)。此外,高(gt; 99.5%)的去除效率归结为清除粪大肠菌和粪便链球菌。Vera et al. (2010) 用VF-HF混合人工湿地处理25.3 m³ d^-1的废水村庄的人口约有100人在格兰群岛,Spain (Table 1, No. 10).

该系统能够非常有效去除悬浮物和有机物但在去除氮和磷方面稍显欠缺(Table 2)。基于试验研究在重庆大学中国南部, 2011年根据相同的设计在同一地区建造了VF-HF人工湿地(Zhai et al.,2011).研究对三个建于2007年和2008年为4000 PE (Lugu Lake), 3200 PE(Baishiyi)和4800 PE(仙女山) 的系统进行了监测2007-2010(Table1,No11-13)。三个系统的处理性能如Table2所示。 在意大利,一个VF-HF连续波是建在一座山的区域在Ranzo阿尔卑斯山,省,特兰托海拔739米(Foladori et al。,2012,Table1,No.14)。 试验场地植物包括的屏幕,双层沉淀池和混合VF-HF连续波。VF床填满砾石(15-30mm,底部20cm),砾石(7mm,10cm-15cm在中间)和细沙(1-6 mm,30cm在顶部的层)。HF床流入和外流区部分填满15-30 mm砾石，中间部分是3-7 mm砾石。整个系统是监控数据都在两种不同的1.8cmd^-1和4.1cmd^-1HLR。处理性能非常高的两种加载机制(Tabl-2)。

在巴西,Philippi et al。(2010)报道VF-HF人工湿地位于训练馆(Table1,NO.15)。原来的HF床建于2001年，在2009年为了减少HF床的堵塞，新建了VF床。在HLR的6.5cmd^-1整个系统对COD、氨、和磷处理效率非常高(Table2)。然而,通过HF床后TP浓度增加,可能是因为HF床释处于厌氧条件下。Molle et al(2008)在法国做了一个在VF-HF人工湿地种植植物的试验(Table1,NO.16)。结果表明,在1.2米2 / PE的VF阶段和2.5平方米/ PE的HF阶段特定区域内,由于寒冷的天气抑制硝化作用，总氮去除率并不高。

人工湿地的VF-HF也被用于各种工业废水处理。Comino et al。(2011)报道了在意大利北部使用VF-HF混合人工湿地对山奶酪工厂废水进行处理。这个系统由两个平行VF床其次是HF床(Table1,NO.17)。Bulc(2006)报道了在斯洛文尼亚使用VF-HF混合人工湿地处理填埋场渗滤液(Table1,NO.18)。基质是4-8 mm砾石和砂粒径VF床和4-16mm砾石HF床。 理论上的保留时间是7天8 h。(Table2)表明其处理性能高，作者指出,CW系统是处理老垃圾填埋场渗滤液成本是最低的。

Serrano et al. (2011)报道了在西班牙使用一个VF-HF混合湿地处理酒厂废水。这个处理系统由预处理的上流式厌氧污泥床反应器，紧随其后的是VF-HF连续流(Table1、NO.19)。VF床上布满36mm花岗质砾石而HF床充满6-12mm砾石。这个处理系统的性能在Table-6中。系统在不同HLR运行时,系统随着HLR的变化，酒厂废水的pH值降低。

2.2 HF-VF混合人工湿地<!--

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