[El humedal artificial de flujo subterráneo compuesto de tipo escalonado se utiliza para el tratamiento de aguas residuales rurales] ¿Qué es un humedal artificial?

Nombre del estudiante de posgrado

Disciplina (campo)

Curso profesional

Número de estudiante

Tema de investigación Cai Zhengquan, Maestría en Ingeniería Ambiental Clase 4 [1 * * * * * * * * *] Un nuevo tipo de humedal artificial de flujo subterráneo compuesto escalonado se utiliza para la gobernanza rural.

Aguas residuales domésticas

Instructor Chen Yonghua

Nuevo humedal construido con flujo inferior compuesto escalonado para tratamiento agrícola

Aguas residuales rurales

Cai Zhengquan

Resumen: Las aguas residuales rurales contienen altos niveles de nitrógeno y fósforo, y contienen una gran cantidad de virus y bacterias. Eliminar el nitrógeno y el fósforo de las aguas residuales es clave para la purificación. Aunque existen muchos métodos de tratamiento de aguas residuales en el país y en el extranjero, todavía tienen desventajas como poca efectividad, alto costo, difícil operación y mantenimiento y gran espacio. El nuevo humedal artificial compuesto escalonado es un proceso que conecta en serie los humedales artificiales de flujo subterráneo ascendente y los humedales artificiales de flujo subterráneo horizontal. Agregar un tanque de sedimentación en el extremo frontal del humedal puede prevenir eficazmente la obstrucción de la matriz y mejorar la calidad del efluente. En el humedal de primer nivel, el agua cae dentro de la matriz de abajo hacia arriba, aumentando el contenido de oxígeno disuelto en el humedal, mejorando así la reacción de nitrificación. La reacción de desnitrificación en el humedal de flujo subterráneo horizontal secundario mejora en gran medida la capacidad de eliminación de N en las aguas residuales y tiene un gran impacto anticontaminación. Este artículo diseñará los parámetros óptimos del equipo en función de diferentes sustratos, configuraciones de plantas y métodos de distribución de agua, cumpliendo al mismo tiempo con los requisitos de tamaño reducido, alta eficiencia de tratamiento, gestión y operación convenientes y logrando el efecto óptimo del tratamiento de aguas residuales.

[Palabras clave] Diseño de parámetros de humedales artificiales de aguas residuales rurales

Este artículo se centra principalmente en las deficiencias y defectos de la tecnología actual de humedales artificiales en el tratamiento de aguas residuales domésticas rurales. Por ejemplo, Wu Shubiao et. al. utilizó un sistema combinado de humedales construidos en el hogar que trata las aguas residuales domésticas de pequeños restaurantes en áreas rurales alrededor de Beijing. Ye et al. utilizaron TICW para tratar las aguas residuales domésticas en una zona rural de Ningbo. Ürümqi. Aunque estos casos satisfacen hasta cierto punto el tratamiento razonable de las aguas residuales, todavía tienen desventajas como área de piso excesiva, efecto paisajístico deficiente de la configuración de una sola planta, alto costo y operación difícil. Por lo tanto, el autor mejoró y diseñó un nuevo humedal artificial compuesto escalonado sobre la base original, que resolvió eficazmente varios problemas.

1. Vertido y tratamiento de aguas residuales domésticas rurales

1.1 Características de las descargas de aguas residuales domésticas rurales

La zona rural de mi país representa el 57,09% de la superficie del país. , y según un representante Un informe de encuesta rural integral muestra que el 96% de las zonas rurales de mi país no tienen canales de drenaje ni sistemas de tratamiento de aguas residuales, y cada año se vierten directamente 25 millones de toneladas de aguas residuales. Las principales características contaminantes de sus emisiones son: ① Las fuentes están dispersas. Debido a las condiciones geográficas, la distribución de las aldeas en nuestro país es dispersa y las aguas residuales vertidas también están relativamente dispersas, por lo que la cantidad de aguas residuales que se pueden recolectar centralmente es pequeña.

②Amplias fuentes. Las concentraciones de contaminantes son bajas. Los niveles de vida en las ciudades y pueblos de China son bajos. Afectadas por los hábitos de vida tradicionales, las aguas residuales domésticas en pueblos y ciudades no solo incluyen aguas residuales de cocina, agua de lavado y aguas residuales fecales, sino que también incluyen aguas residuales de percolación producidas por la acumulación de basura doméstica. ③La calidad y cantidad del agua fluctúan mucho. Con los cambios en los niveles de vida y estilos de vida de los agricultores, la calidad del agua y el volumen de descarga de aguas residuales domésticas en los municipios fluctúan enormemente. Hoy en día, muchos pueblos y ciudades todavía utilizan canales de mampostería y hay mucha agua de lluvia y agua subterránea durante la temporada de lluvias o cuando el nivel del agua subterránea es alto.

Fluyen hacia los canales de recogida de aguas residuales, provocando grandes fluctuaciones en la calidad y cantidad del agua.

④ Difícil recaudación y baja tasa de tratamiento. Debido a la distribución dispersa, la pequeña escala y las complejas condiciones del terreno de los pueblos y ciudades de mi país, la recolección centralizada de aguas residuales no es fácil. La cantidad de vertidos de aguas residuales en pueblos y ciudades es relativamente pequeña y los puntos de vertido son numerosos y dispersos. Los principales contaminantes son el nitrógeno y el fósforo, y contienen una gran cantidad de nutrientes, bacterias y virus, lo que plantea ciertas dificultades para el tratamiento de las aguas residuales de las aldeas.

⑤Alta biodegradabilidad. Los principales contaminantes de las aguas residuales domésticas de pueblos y ciudades son el nitrógeno y el fósforo, que básicamente no contienen metales pesados ​​y son altamente biodegradables.

1.2 Aplicación de la tecnología de humedales artificiales en el tratamiento de aguas residuales domésticas en la China rural

1.2.1 Concepto y características de los humedales artificiales

Los humedales artificiales están compuestos de grava, grava, etc. El sustrato y las plantas acuáticas que crecen en él. Las aguas residuales fluyen sobre o debajo de la superficie de la matriz del humedal y degradan los nutrientes en el agua a través de una serie de procesos como la adsorción de la matriz, la absorción de las plantas y la transformación microbiana. Es un sistema único de difusión de plantas en el suelo que se diferencia de los humedales naturales. Los humedales artificiales tienen las ventajas de una calidad estable de los efluentes, una gran capacidad para eliminar nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, bajos costos de infraestructura y operación, y un mantenimiento y gestión convenientes. Son adecuados para el tratamiento de aguas residuales de pequeñas descargas intermitentes. Debido a sus buenos beneficios ambientales y ecológicos, es muy elogiado por muchos países. Sus tipos incluyen humedales artificiales de flujo superficial, humedales artificiales de flujo subterráneo de flujo horizontal y humedales artificiales de flujo subterráneo de flujo vertical. Cada uno tiene diferentes ventajas y desventajas: las ventajas de los humedales artificiales de flujo superficial son la baja inversión y los bajos costos operativos, pero las desventajas son el pobre efecto del tratamiento, la fácil reproducción de mosquitos, moscas y olores, y una gran superficie de suelo. La ventaja del humedal construido con flujo subterráneo horizontal es que tiene un buen efecto de tratamiento y es menos probable que produzca mosquitos y moscas. La desventaja es que es fácil de causar obstrucciones. Los humedales artificiales de flujo vertical y de flujo subterráneo tienen mejores efectos de tratamiento que los otros dos tipos de humedales y ocupan un área más pequeña. Sin embargo, la desventaja es que los costos operativos y de infraestructura son más altos y los mosquitos y las moscas son propensos a reproducirse en verano.

1.2.2 Aplicación de la tecnología de humedales artificiales en el tratamiento de aguas residuales domésticas en la China rural

En la actualidad, debido a la promoción y aplicación de los humedales artificiales, varios humedales artificiales se han utilizado con éxito en Tratamiento de aguas residuales rurales en mi país casos manejados. Por ejemplo, Wu Shubiao y otros utilizaron un sistema combinado mejorado de humedales construidos en el hogar para tratar las aguas residuales domésticas de pequeños restaurantes en áreas rurales alrededor de Beijing. Los resultados muestran que el sistema tiene buenos efectos de eliminación de DQO, NH3-N y TP. Las tasas de eliminación son 92,4-97,9 y 84,5-96,0 respectivamente. La concentración promedio del efluente es 33,6 mg/L, 2,88 mg/L. , 0,66 mg/L, pero su configuración de planta es única, su carga anticontaminante es pequeña, su valor paisajístico no es alto y su valor económico es bajo. Ye et al. utilizaron humedales construidos tipo torre para tratar las aguas residuales domésticas en una zona rural de Ningbo. El flujo en cascada es beneficioso para mejorar el efecto de oxigenación de las aguas residuales. La cantidad de bacterias dominantes, como las bacterias de amonificación y las bacterias de nitrificación, en el suelo del sistema aumenta y el efecto de desnitrificación es significativo. Las tasas de eliminación de DQO, NH3-N, TN y TP son 72, 82, 83 y 63 respectivamente, pero el área ocupada es demasiado grande. Yiyan et al. utilizaron con éxito lodo de carbón y agua de SSFC para tratar las aguas residuales domésticas rurales en la aldea de Pingxiliang, Urumqi. Los resultados muestran que los humedales artificiales todavía pueden funcionar normalmente en zonas áridas con condiciones climáticas duras, grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche y grandes diferencias estacionales. Las tasas promedio de eliminación de DQO, DBO, NH3-N y TP fueron 78,3, 61,1 y 46,4 respectivamente.

2. Diseño de humedal artificial escalonado de flujo inferior compuesto.

2.1 Disposición estructural

Como se muestra en la imagen, todo el humedal es un humedal artificial de flujo subterráneo compuesto de trapezoide invertido, con una piscina de concreto como capa exterior y una altura de 1600 cm. Todo el dispositivo está enterrado bajo tierra y se instala una capa antifiltración en la piscina. La profundidad de enterramiento es de 1400 cm, la longitud superior es de 3000 cm, la longitud inferior es de 1800 cm y el ancho es de 1200 cm. La placa de entrada del estanque tiene 1400 cm de alto y 100 cm de espesor, la placa de entrada del tanque de sedimentación tiene 1200 cm de alto y 100 cm de espesor, la placa central tiene 1200 cm de alto y 100 cm de espesor y la placa de salida del estanque tiene 100 cm de alto. El lado izquierdo es un humedal construido con flujo subterráneo vertical ascendente, y el lado derecho es un humedal construido con flujo subterráneo horizontal. Las aguas residuales ingresan primero al tanque de sedimentación desde la tubería de entrada izquierda, luego se desbordan desde la partición del tanque de entrada hacia el canal de entrada, ingresan a la matriz desde debajo de la partición del tanque de sedimentación de entrada y fluyen hacia arriba desde la partición intermedia hacia el flujo subterráneo horizontal derecho construido. humedal. Luego salga por el extremo inferior de la partición de salida de la piscina y descargue por la tubería de salida. La matriz del humedal artificial de flujo vertical ascendente es de grava de 200 cm de espesor (tamaño de partícula de 1,2 a 3,6 cm), grava pequeña de 400 cm de espesor (tamaño de partícula de 0,7 a 1,8 cm) y ladrillos de desecho de 400 cm de espesor (tamaño de partícula de 3 a 5 cm). ) y capa de suelo de 200 cm de espesor.

. La matriz de humedal artificial de flujo inferior horizontal está compuesta por 400 cm de grava grande, 400 cm de grava pequeña, 400 cm de cenizas volantes y una capa de suelo de 200 cm de abajo hacia arriba.

Elija plantas con alto valor económico y estético como el arroz silvestre o la canna, y plante a una densidad de 5-6 plantas/M2.

2.1 Resumen de ideas y ventajas del diseño del dispositivo

2.1.1 Prevención de obstrucciones

Debido a que los componentes principales de las aguas residuales domésticas rurales también son N y P como gran cantidad de materia orgánica y bacterias, incluso sedimentos, etc. Un tanque de sedimentación está diseñado en la parte delantera para precipitar sustancias insolubles más grandes en las aguas residuales, incluidos sedimentos, partículas macromoleculares, partículas insolubles y fósforo inactivo, etc. Esto evita efectivamente que bloqueen el sustrato.

La tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal es 2.1.2

El tanque de sedimentación equivale a una unidad de pretratamiento en todo el sistema. Está enterrado bajo tierra y tiene una temperatura relativamente constante y no lo es. Se ve afectado fácilmente por las fluctuaciones de la temperatura externa. Proporciona un buen caldo de cultivo para bacterias, bacterias nitrificantes y bacterias amonificantes. Debido a que algunas impurezas coloidales o partículas de impurezas adsorbidas con nitrógeno amoniacal en el agua precipitan en el tanque de sedimentación y luego son oxidadas y eliminadas por bacterias nitrificantes, el volumen y la calidad del nitrógeno amoniacal en el efluente del tanque de sedimentación disminuyen. En primer lugar, las aguas residuales caen del depósito a la matriz, lo que aumenta el contenido de oxígeno disuelto en el agua, lo que favorece la nitrificación. Los microporos y la gran área de unión de los ladrillos de desecho proporcionan buenas condiciones de reproducción para las bacterias nitrificantes y desnitrificantes. Al mismo tiempo, el cuerpo de agua es rico en fuentes de carbono, lo que puede garantizar que las bacterias nitrificantes en la parte inferior crezcan y se reproduzcan a partir de la matriz del humedal, y proporcionen fuentes de carbono y NO -3 para las bacterias desnitrificantes a medida que continúan ascendiendo hacia la zona media. En la superficie, las raíces de las plantas proporcionan oxígeno. En general, los niveles elevados de oxígeno disuelto en el agua favorecen la nitrificación. Hay muchas bacterias nitrificantes y pocas desnitrificantes. Luego, las aguas residuales ingresan al humedal artificial de flujo subterráneo horizontal. El humedal es rico en bacterias desnitrificantes, lo que favorece la desnitrificación.

La tasa de eliminación de fósforo es 2.1.3

El fósforo en las aguas residuales existe en forma disuelta y particulada, y se divide en estados orgánicos, inorgánicos y polifosfatos. Entre ellos, los fosfatos inorgánicos provienen principalmente de detergentes y los compuestos organofosforados provienen principalmente de procesos biológicos, residuos de alimentos en aguas residuales domésticas y organismos activos o inactivos en aguas residuales (como bacterias en tanques de tratamiento). Cuando las aguas residuales ingresan al tanque de sedimentación, algunas partículas de fósforo se depositan. La eliminación parcial de fósforo mediante lechos de humedales de flujo vertical incluye los efectos bioquímicos de las plantas de los humedales que absorben los microorganismos de los humedales y la adsorción, complejación y precipitación de la matriz. Los estudios han demostrado que la absorción de las plantas y la actividad microbiana contribuyen poco a la eliminación de fósforo de las aguas residuales, y la adsorción de la matriz y la precipitación representan entre el 70 y el 87 % de la eliminación de fósforo. Los principales materiales de los lechos de humedales artificiales de flujo subterráneo horizontal son las cenizas volantes y la grava.

Al 3, Ca2 y otros iones metálicos y piedras. El fosfato soluble en las aguas residuales reacciona fácilmente con el Fe 3.

Los óxidos metálicos, los hidróxidos y los minerales arcillosos sufren reacciones de adsorción y precipitación mediante el intercambio de ligandos para generar fosfato insoluble y fijarlo.

2.1.4 Otras ventajas y características

Este tipo de equipos están enterrados bajo tierra y se ven menos afectados por la temperatura y el clima. Al mismo tiempo, el valor paisajístico es alto, el costo del sustrato es bajo, está hecho de ladrillos de desecho de construcción, cenizas volantes, etc., y ocupa un área pequeña.

3. Conclusión y perspectivas

Este dispositivo apunta a algunas de las deficiencias de algunas tecnologías anteriores de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas rurales, que se han realizado en otros aspectos. Puede prevenir la obstrucción de la matriz, resistir la influencia de la temperatura y el clima y eliminar eficazmente la materia orgánica, TN y TP. Sin embargo, este diseño todavía tiene muchas deficiencias y aún es necesario realizar esfuerzos en la selección de la matriz. El dispositivo está inmóvil y tiene poca capacidad para afrontar los cambios.

Referencia

[1] Nacido en Sun Tieheng, Guodong y otros lugares. Humedales artificiales y sus aplicaciones en el tratamiento de aguas residuales industriales. Revista de Ecología Aplicada, 2002, 13(2): 224-228.

[2]Zhou Caiyang, Mu·. Estado actual de la contaminación del agua en China y estrategias de prevención y control [J]. Journal of Yangtze Workers University 2002, 19 (4): 8-9

[3], Fu, Gu Guowei, et al. Métodos de desnitrificación de humedales artificiales y sus impactos Análisis factorial

[J]. Ecología y Medio Ambiente, 2006, 15(6): 1385-1390

[4] Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., Manual: Control de nitrógeno. EPA/625/R-93/010. Oficina de Protección Ambiental

Nie Zhan, Wu Xiaofu, Hu Rili.

La capacidad del relleno de vermiculita en humedales artificiales para purificar el nitrógeno amoniacal en las aguas residuales. Medio ambiente urbano y ecología urbana, 2003, (16), 208-282.

Foto de Wang Xiaojuan, Zhang Rong. Estudio comparativo sobre la intensidad de la nitrificación y desnitrificación microbiana en humedales artificiales [J]. Environmental Science

Periódico, 2006.26(2): 225-229

Li Xudong, Zhou Qi, Zhang. Rongshe, et al. Estudio comparativo sobre los efectos de la eliminación de nitrógeno y fósforo de tres humedales artificiales.

[J]. Fronteras de las Ciencias de la Tierra, 2005, 12 (Número especial): 73-76.

Zhang Chunyan, Han Baoping, Wang Xiao. Buscando formas de mejorar la tasa de eliminación de nitrógeno a partir del diseño de humedales artificiales de flujo subterráneo. Medio ambiente de Sichuan, 2007, 26 (1), 80-84.

[9]Xu Defu, Li,. Sustrato, plantas y configuración de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales.

[J]. Wetland Science, 2007, 5(1): 32-38

[10] Tang Xianqiang, Li Jinzhong, Li, et al. Comparación del rendimiento de descontaminación de diferentes rellenos en humedales artificiales [J]. Tecnología, 2007, 33(5): 45-48.

[11] Colmillo Shenghua. Estudio comparativo sobre la adsorción de nitrógeno y fósforo por diferentes sustratos fluviales ecológicos [J]. Beijing Water Affairs, 2006, (4): 27-30

[12] Huang Defeng, Li Tian. Efecto depurador de humedales artificiales de flujo vertical con diferentes sustratos sobre masas de agua de paisajes eutróficos. Prevención y Contaminación Ambiental, 2007, 29 (8): 616-621.

Zhang Ying y Wang Hongmei. Investigación sobre la eliminación de DQO y NH4-N en humedales artificiales. Industria química de Shandong, 2004, 33(4), 5-7.

[14] Nie Zhidan, Nian Yuegang, Jin Xiangcan, et al. Estudio comparativo a escala piloto de tres humedales artificiales para el tratamiento de cuerpos de agua eutróficos, Environmental Science, 2007, 28 (8): 1675-1680. .

Cai, Deng Chunguang. Factores que influyen en la migración de nitrógeno en humedales artificiales y sugerencias de investigación. Ciencias Agrícolas de Anhui, 2007, (35): 6902, 6933

[16] Liu Yu, Xia Beicheng. El efecto de desnitrificación de los humedales artificiales con diferentes composiciones vegetales sobre las aguas residuales domésticas. Revista de Recursos Vegetales y Medio Ambiente, 2005, 14 (4): 46-48.

Zheng, Deng,. Estudio sobre la intensidad de la nitrificación y desnitrificación en humedales artificiales de flujo superficial. Contaminación y Prevención Ambiental, 2007, 29 (1): 37-39, 43.

Jiang Yongrong, Mo Deqing, Duan. Bacterias convertidoras de nitrógeno en la zona de las raíces de las plantas de los humedales artificiales de flujo subterráneo y sus efectos de desnitrificación. Revista del Instituto de Tecnología de Guilin, 2008, 28 (2): 222-225

[19] Wang Xiaojuan, fotografía de Zhang Rong. Estudio comparativo sobre la intensidad de la nitrificación y desnitrificación en humedales artificiales [J]. Journal of Environmental Science, 2006.26(2): 225-229.

Huang Juan, Wang Shihe, Lu Cheng. Estudio sobre la intensidad de la nitrificación y desnitrificación en humedales artificiales de flujo subterráneo. Ciencias Ambientales, 2007, 28 (9): 1965-1969.

Ding Weimin y Chen Juan. Avances de la investigación sobre el efecto de adsorción de nitrógeno y fósforo de la matriz de humedales artificiales. Revista de agricultura de Jiangxi, 2008, 3020 (2): 106-108.

[22]Wu Xiaolei. Flujo de contaminantes en humedales artificiales. Abastecimiento y drenaje de agua de China, 1994, 10.

(1): 40-43 [23] Zhang Qiang, Donna. Investigación sobre los factores que afectan la eliminación de nitrógeno en sistemas de humedales construidos de flujo subterráneo. Ciencias Agrícolas de Anhui, 2008, 36(26): 1517-165438

Nie Fahui, Hu. Capacidad del embalaje de vermiculita para purificar el nitrógeno amoniacal en las aguas residuales [J]. Medio ambiente urbano y ecología urbana, 2003, 16 (6): 280-282.

[25] Lu Shaoyong, Jin Xiangcan, Yu Gang. Mecanismo de eliminación de nitrógeno en humedales artificiales. Revista de Ecología, 2006, 26 (8): 2670-2677.

[26]Huang Xiangfeng, Li Guang, Xu Jingcheng. Un humedal construido con arena de manganeso de flujo subterráneo vertical trata las aguas residuales de acero.

Water Supply and Drainage 2007, 33 (12): 58-63

[27] Ying-Lin Feng et al. Uso de un sistema de humedales construidos para eliminar nutrientes de las aguas residuales de la acuicultura

[J ]. Acuicultura, 2002, 209: 169-184.

Chen,,, et al. Estudio sobre el rendimiento y el mecanismo de desnitrificación del sistema de adsorción-bioconversión de vermiculita en humedales artificiales. Revista de Ingeniería Ambiental, 2009, 3 (2): 223-228.

He Liansheng, Liu Hongliang, Xi Beidou, et al. Investigación sobre la relación entre la transformación de nitrógeno y oxígeno en humedales artificiales [J].

[30] Vym Azal j. Uso de humedales artificiales subterráneos para el tratamiento de aguas residuales en la República Checa: 10 años de experiencia Ingeniería Ecológica, 2002, 18 (5): 633-646.

【31】Cheng Chuanmin, Yu Rujun. Capa aislante de piedra rana de cemento in situ para piscinas transparentes y su tecnología de construcción. Conservación del agua rural y energía hidroeléctrica de China, 1997, 9: 16-17.