¿Investigación sobre la aplicación de los humedales artificiales en la reutilización del agua recuperada?
0 Introducción
Mi país es un país con una grave escasez de agua. El recurso hídrico per cápita es de sólo 2238,6 metros cúbicos, ocupando el puesto 109 en el mundo y sólo equivalente al 1% del total. Los recursos hídricos per cápita del mundo. /4, pertenece a un país con recursos hídricos frágiles y es uno de los 13 países pobres en agua del mundo con recursos hídricos per cápita extremadamente pequeños. Entre las 669 ciudades del país, 110 padecen una grave escasez de agua, con una escasez diaria de agua que alcanza los 16 millones de metros cúbicos. La pérdida anual del valor de la producción industrial debido a la escasez de agua supera los 230 mil millones de yuanes. El consumo de agua doméstica per cápita es de 50 a 300 litros/día, de los cuales sólo unos 5 litros/día se utilizan para beber directamente o como agua dietética para satisfacer las necesidades fisiológicas. La mayor parte del resto se utiliza principalmente para agua sanitaria, como para lavar y descargar inodoros. y transporta una variedad de contaminantes después de su uso.
Para solucionar la cada vez más marcada contradicción entre oferta y demanda de recursos hídricos en nuestro país, debemos partir principalmente de dos aspectos: por un lado, debemos ahorrar y utilizar los limitados recursos hídricos; , debemos promover activamente la tecnología de reciclaje de aguas residuales y seguir el principio de utilización de los recursos hídricos El camino hacia el desarrollo sostenible. La tecnología de reutilización de agua recuperada es exactamente la tecnología que cumple con este objetivo. Tiene las características de baja inversión, resultados rápidos y bajos costos operativos.
1 Agua regenerada y reutilización del agua regenerada
1.1 Definición de agua regenerada
El agua regenerada se refiere principalmente a aguas residuales urbanas o domésticas que han sido tratadas para Dependiendo de Ciertos estándares de calidad del agua, agua no potable y aguas diversas de drenaje que pueden reutilizarse dentro de un cierto rango son una forma de utilización efectiva de los recursos hídricos.
En la vida real, la reutilización del agua recuperada tiene fuertes ventajas económicas. Estados Unidos alguna vez comparó las aguas residuales urbanas con el agua de mar. Las primeras contienen un 0,1% de contaminantes, mientras que las segundas contienen un 3,5% de sales disueltas y una gran cantidad. de materia orgánica, por lo que la tarifa de infraestructura y el costo unitario de utilizar la desalinización de agua de mar para obtener fuentes de agua exceden el costo de la reutilización de aguas residuales. Dado que el agua reutilizada generalmente se utiliza cerca, el costo es menor en comparación con el transporte de agua dulce a través de tuberías de larga distancia. Al mismo tiempo, las aguas residuales urbanas se reutilizan después de un tratamiento secundario, lo que en consecuencia reduce la descarga al agua, lo que genera considerables beneficios ambientales. son la unidad de los beneficios ambientales y los beneficios económicos.
La práctica ha demostrado que la reutilización del agua recuperada es técnica y económicamente viable. Se ha convertido en una forma eficaz de resolver la crisis del agua en algunos países y regiones con escasez de agua, y tiene importantes beneficios económicos, sociales y ambientales. . 357 ciudades de los Estados Unidos han realizado el tratamiento y la reutilización de aguas residuales; Japón ha investigado y promovido vigorosamente la tecnología de agua recuperada urbana desde la década de 1960 y ha proporcionado ampliamente "canales de agua" a fábricas, empresas y áreas residenciales para inodoros y usos diversos; construyó la primera "agua reciclada" de aguas residuales urbanas del mundo en 1986. Se ha convertido en una forma eficaz de resolver la crisis del agua en algunos países y regiones con escasez de agua, y tiene importantes beneficios económicos, sociales y ambientales. Planta de “agua regenerada”, utilizada como fuente de agua complementaria al agua del grifo de la ciudad.
1.2 Fuentes de agua para la reutilización de aguas grises
Las fuentes de agua de aguas grises son relativamente amplias, pero en términos de aguas grises de construcción, las fuentes de agua generalmente incluyen drenaje de baños, drenaje de baños, y drenaje de lavadero, drenaje de cocina y drenaje de baño, etc. Si se tienen en cuenta el coste y la facilidad del tratamiento, el orden de selección es generalmente: drenaje del baño, drenaje del lavado, drenaje de la ropa, drenaje de la cocina, drenaje del inodoro. Al diseñar el sistema de suministro de agua del edificio, se deben establecer uno o más tipos de drenaje con mayores caudales como fuente de agua de acuerdo con la situación real. Las combinaciones comunes incluyen las siguientes situaciones: ① Drenaje del sistema de aire acondicionado, drenaje de inodoros, drenaje de baños. etc., y su grado de contaminación es relativamente ligero y se denomina drenaje misceláneo de alta calidad, al que se le debe dar prioridad como fuente de agua en el diseño ② La combinación de drenaje doméstico fuera del inodoro tiene un grado moderado de contaminación y se denomina; drenaje misceláneo; ③ El término general para todos los drenajes domésticos, su contaminación. El tipo más severo se llama aguas residuales domésticas. Dado que su costo de tratamiento es alto y es difícil de tratar, debe evitarse como fuente de agua al diseñar. A juzgar por la situación actual, las fuentes de agua utilizadas por los sistemas de reutilización de agua en los edificios existentes en mi país son casi todas drenajes misceláneos o drenajes misceláneos de alta calidad.
1.3 Tratamiento de aguas regeneradas
En la actualidad el tratamiento avanzado o tratamiento terciario de aguas residuales urbanas en mi país viene aplicando procesos convencionales como coagulación, sedimentación y filtración, microfloculación. método de filtración y filtración biológica de bolas de fibra oxidada por contacto seguida de filtración de biocarbono y otros métodos. Los métodos tradicionales de reutilización de aguas residuales en mi país se resumen a continuación:
(1) Después de que las aguas residuales se someten a un tratamiento secundario, el efluente se reutiliza directamente.
(2) Después del tratamiento secundario, las aguas residuales se filtran y reutilizan mediante la unidad de agua recuperada.
(3) Después del tratamiento secundario, las aguas residuales se reutilizan después de su coagulación, sedimentación y filtración.
(4) Las aguas residuales después del tratamiento secundario se reutilizan después de mezclarse, sedimentación, filtración y adsorción con carbón activado.
(5) Después del tratamiento secundario, las aguas residuales se coagulan, sedimentan, filtran y reutilizan mediante el método A/O mejorado.
Sin embargo, los métodos tradicionales de reutilización de aguas residuales tienen desventajas como instalaciones de tratamiento de crudo, altos costos operativos y efectos de tratamiento y capacidades de procesamiento limitados. Por tanto, es necesario encontrar un método de tratamiento más económico y que ahorre energía.
2 Humedal Construido
2.1 Definición de Humedal Construido
Humedal Construido (constructedwetland) es un término propuesto por primera vez por Mackney de Australia en 1904, que se refiere a construcción de pantanos supervisados y diseñados [1]. Sin embargo, la construcción de humedales para el tratamiento de aguas residuales no comenzó hasta la década de 1970, cuando comenzaron a aparecer los "humedales artificiales" o términos similares. En 1989, Hammer et al., un conocido experto en investigación, diseño y manejo de humedales en los Estados Unidos, definieron los humedales artificiales como: humedales construidos para simular humedales naturales para uso y beneficio humanos. La definición de humedal artificial de Hammer et al. es: un complejo de sustratos saturados, plantas, animales y agua acuáticos y sumergidos diseñados y construidos para simular humedales naturales para uso y beneficio humano. Sin embargo, Xia Hanping [4] de mi país cree que esta definición es una duplicación innecesaria e incompleta. Cree que los humedales artificiales son humedales que simulan la estructura y función de los humedales naturales, seleccionan una determinada ubicación geográfica y topografía, y están diseñados y construidos de acuerdo con ella. a las necesidades humanas.
2.2 Clasificación de los humedales artificiales
Según la presencia de plantas, los humedales artificiales se dividen principalmente en tres tipos: sistema vegetal flotante, sistema vegetal sumergido y
tipo de sistema de plantas acuáticas[28].
Entre otras cosas, los sistemas de plantas flotantes tienen algunas desventajas potenciales. Por un lado, las plantas en este sistema son todas de uno o varios tipos, y es fácil que algunas o todas las plantas mueran en un corto período de tiempo, causando daños catastróficos, por otro lado, porque los nutrientes necesitan ser; eliminado durante la cosecha, mantenimiento La tasa de crecimiento óptima de las plantas, pero el contenido de agua de estas plantas es generalmente superior al 95%, deben secarse después de la cosecha y deben procesarse después del secado. Por lo tanto, este sistema no puede utilizarse ampliamente. El sistema de plantas acuáticas sumergidas se encuentra principalmente en la etapa experimental. Las plantas acuáticas de este sistema están completamente sumergidas en el agua. La turbidez del agua en el sistema no puede ser demasiado alta, de lo contrario afectará la fotosíntesis de las plantas. Por tanto, este sistema es adecuado para el tratamiento avanzado de aguas residuales secundarias.
El sistema de plantas acuáticas está compuesto principalmente por plantas acuáticas con sistemas radiculares bien desarrollados. Las raíces de las plantas pueden transportar oxígeno al sustrato, haciendo que el sustrato forme muchas células aeróbicas, semiaeróbicas y anaeróbicas. lo cual es beneficioso para una variedad de microorganismos. La reproducción favorece la degradación de contaminantes de múltiples maneras. Los humedales artificiales se refieren principalmente a sistemas de plantas acuáticas. Según los diferentes patrones de flujo de las aguas residuales en los humedales, se pueden dividir en humedales de flujo superficial, humedales de flujo subterráneo y humedales de flujo vertical.
①Humedales de flujo superficial: las aguas residuales fluyen en la superficie del humedal, formando una capa de flujo de agua superficial y saliendo de la superficie. Es lo más parecido a un humedal natural, donde la mayor parte de la eliminación de materia orgánica se logra mediante biopelículas que crecen en tallos de plantas bajo el agua. Este tipo de humedal artificial tiene las ventajas de una baja inversión, una operación simple y un bajo costo operativo.
Este tipo de humedal no puede aprovechar al máximo los rellenos y las ricas raíces de las plantas. Es fácil criar moscas y mosquitos en verano y producir olores en invierno, la superficie se congela fácilmente en las zonas frías. afecta el efecto del tratamiento y las condiciones sanitarias no son buenas, por lo que generalmente no se utiliza en el diseño.
(2) Humedales de flujo subterráneo (SSFW): las aguas residuales ingresan uniformemente a la zona de las raíces de las plantas del lecho de relleno a través del sistema de distribución de agua en un extremo del humedal, fluyen en el lecho del humedal y las aguas residuales purificadas pasa por la tubería de recolección de agua. Luego de la recolección, se descarga por un extremo del humedal. Cuando el agua fluye en el humedal, puede aprovechar al máximo la biopelícula y las raíces de las plantas en la superficie del relleno para tratar las aguas residuales. En comparación con los humedales artificiales de flujo superficial, los humedales artificiales de flujo subterráneo horizontal tienen una gran carga hidráulica y son eficaces para eliminar indicadores de contaminación como DBO, DQO, SS, metales pesados, etc., y hay pocos olores y mosquitos y moscas que se reproducen. En la actualidad, los humedales artificiales de flujo subterráneo horizontal se han utilizado ampliamente en países como Estados Unidos, Japón, Australia, Alemania, Suecia, Reino Unido, Países Bajos y Noruega.
La desventaja de este tipo de humedal artificial es que el control es relativamente complicado y el efecto de eliminar P y N no es tan bueno como el del humedal artificial de flujo vertical.
3) Humedales de flujo vertical (VFW), el flujo de aguas residuales tiene las características tanto de los humedales artificiales de flujo por gravedad como de los humedales artificiales suspendidos. El flujo de agua en el lecho compacto fluye verticalmente de arriba a abajo, y el flujo de agua en el lecho compacto fluye verticalmente de arriba a abajo. las aguas residuales fluyen desde la tubería de recolección inferior Después de la recolección y descarga, la capacidad de nitrificación del humedal construido de flujo vertical es mayor que la de los dos humedales anteriores y se puede usar para tratar las aguas residuales con alto contenido de nitrógeno amoniacal. Las desventajas son que la capacidad de procesamiento de materia orgánica no es tan buena como la del sistema de humedales artificiales de flujo subterráneo. Se necesita mucho tiempo para secarse o sumergirse, y el control es relativamente complicado. Los mosquitos y las moscas se reproducen en verano. Asimismo, existen pocas áreas de aplicación actuales.
3 Ejemplos y análisis de humedales artificiales en la reutilización de agua regenerada
3.1 Uso único de humedales artificiales
Los humedales artificiales se pueden utilizar como un único proceso de tratamiento, como El principal proceso de tratamiento para la reutilización del agua recuperada es tratar las aguas residuales y reutilizarlas. El agua utilizada por los campus universitarios tiene las características de un gran volumen de agua, una alta concentración de calidad del agua y una calidad del agua de drenaje mejor que la de los usuarios residenciales. Con el desarrollo de las universidades, el área efectiva muestra una concentración regional y muchas universidades se construyen adyacentes. entre sí. Por lo tanto, desde los aspectos de recolección de drenaje, tratamiento de reutilización y agua recuperada, los campus universitarios son adecuados para establecer sistemas de agua recuperada, lo cual tiene importancia y urgencia prácticas.
Tomando como ejemplo el campus de Wangjiang de la Universidad de Sichuan, el consumo de agua en las residencias de estudiantes representa aproximadamente el 37% del consumo total de agua en el campus, del cual el consumo de agua en el baño representa alrededor del 22,2. %. Las aguas residuales del baño se utilizan como agua regenerada. Según el consumo de agua. El resto se ha cubierto con las necesidades de agua. De acuerdo con el tamaño del campus y la situación de la construcción del paisaje, se utiliza un sistema de tratamiento de humedal artificial como proceso de tratamiento de agua recuperada para que las aguas residuales cumplan con los estándares de reutilización.
El sistema residencial de tratamiento de agua recuperada es actualmente un proyecto de tratamiento de agua recuperada ampliamente utilizado en China. Por un lado, la comunidad se utiliza como unidad de procesamiento y el drenaje diverso de alta calidad de la comunidad y las áreas circundantes se utiliza como fuente de agua. Después del tratamiento centralizado, la calidad del agua alcanza el estándar de reutilización y luego se devuelve al agua. comunidad para su uso. Su ventaja es que es relativamente conveniente y flexible, y el plan de construcción se puede implementar según las propias condiciones. Por otro lado, la mayoría de los indicadores generales de agua de lluvia para techos exceden los estándares de calidad del agua para aguas misceláneas domésticas y deben tratarse antes de su uso. El agua de lluvia de los tejados tratada a través de humedales artificiales se utiliza para la ecologización comunitaria y otros aspectos del uso del agua.
Aplicación de tecnología de humedales artificiales de flujo vertical de alta eficiencia en el tratamiento de aguas residuales domésticas en la comunidad de Meiyuan, Shenzhen. Todo el sistema de tratamiento de aguas residuales tiene un buen efecto paisajístico y está coordinado con otros entornos de la comunidad; la calidad del agua efluente es buena, alcanzando los estándares de calidad del agua para aguas verdes en la "Calidad del agua miscelánea urbana para el reciclaje de aguas residuales urbanas". (GB/T18920-2020), y puede usarse como agua ecológica para la comunidad, ahorrando. El costo de operación del agua del grifo es bajo, alrededor de 0,35 yuanes/m2, mientras que el costo de funcionamiento del agua potable ecológica es de aproximadamente 0,35 yuanes/m2. m2, mientras que el costo de la ecologización del agua del grifo es de 2,7 yuanes/m2, lo que genera buenos beneficios económicos; y los humedales artificiales pueden tratar las aguas residuales domésticas circundantes a pequeña escala, ahorrando costos de transporte de aguas residuales y reduciendo la presión sobre las plantas de tratamiento de aguas residuales. No solo eso, las plantas de los humedales son todas plantas emergentes con buenos efectos paisajísticos, y se hibridan una variedad de plantas para crear una atmósfera de jardín de flores.
Sin embargo, el establecimiento de la reutilización de aguas residuales comunitarias tiene ciertas limitaciones. La construcción comunitaria debe requerir una planificación unificada, una construcción de edificios centralizada y un tendido de tuberías separadas. Dado que las áreas residenciales están relativamente densamente pobladas y la población local es relativamente densa, también debemos considerar las cuestiones paisajísticas y tratar las aguas residuales sin producir gases olorosos que afectarían la vida normal de las personas.
3.2 Utilización integral de los humedales artificiales
Los humedales artificiales no solo deben usarse como un proceso separado de tratamiento de reutilización del agua recuperada, sino que también deben usarse como parte de un proceso integral de tratamiento de reutilización del agua recuperada. . Para el tratamiento integral de aguas residuales en un campamento en Nanjing, con el fin de asegurar el efecto del tratamiento y combinado con las condiciones del terreno, se diseñó un proceso de tratamiento combinado de "oxidación por contacto + filtro percolador biológico + humedal artificial de flujo inferior + estanque de oxidación" para tratar aguas residuales domésticas de baja concentración en el campo. Después de la investigación, este proceso combinado tiene un buen efecto de purificación de aguas residuales domésticas de baja concentración en invierno y en condiciones de no plantar plantas en humedales artificiales, y la calidad del agua efluente alcanza el primer nivel de "Calidad del agua ambiental y paisajística para aguas residuales urbanas". Reciclaje" (GB/T18921-2002) Una norma y los requisitos del "Estándar de descarga de contaminantes para plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas" (GB18918-2002).
Ye Yaling y otros realizaron un estudio sobre el tratamiento combinado de aguas residuales domésticas con humedales construidos DAF + en ciudades pequeñas y medianas. Los resultados mostraron que la calidad del agua efluente alcanzó el estándar Clase A de "Descarga Contaminante". Norma para Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas" (GB18918-2002). Plantar plantas de pantano en humedales artificiales puede aumentar la superficie verde, embellecer el medio ambiente y proporcionar a las personas un lugar de ocio para acercarse y disfrutar de la naturaleza. Además, después de una mayor purificación de las aguas residuales, puede cumplir con los requisitos de reutilización para regar espacios verdes o cultivos y obtener los mejores beneficios del tratamiento de aguas residuales y la utilización de recursos.
Para ahorrar costes y aprovechar las diferencias del terreno local, algunas zonas rurales pueden dar prioridad a la tecnología de tratamiento de humedales artificiales sin energía. Luo Guyuan, de la Universidad de Chongqing, introdujo lombrices de tierra en el sistema de tratamiento de aguas residuales y construyó una nueva tecnología ecológica de tratamiento de aguas residuales. Los resultados de la investigación muestran que la actividad de las lombrices de tierra aumenta la tasa de suministro de oxígeno del sistema de tratamiento de la tierra, lo que favorece la rápida purificación de las aguas residuales por microorganismos aeróbicos. El "combate" coordinado entre las lombrices y los microorganismos mejora la eficiencia operativa de las aguas residuales originales. sistema de tratamiento. Al tiempo que mejora la eficiencia operativa del sistema original de tratamiento de aguas residuales, el efecto de excavación de las lombrices de tierra y la acumulación de excrementos de lombrices pueden lograr una rápida mejora del suelo. Por lo tanto, cultivar lombrices de tierra en la capa del suelo de los humedales artificiales puede mejorar en gran medida el efecto del tratamiento de los humedales artificiales. Además, de acuerdo con las diferencias del terreno local, se adopta un sistema combinado de tratamiento de aguas residuales y el cuerpo de la piscina adopta una estructura de ladrillo y concreto, lo que puede reducir el espacio del piso y ahorrar costos.
3.3 Humedales artificiales como tratamiento avanzado
Para las grandes ciudades, la escala de las plantas de tratamiento de aguas residuales es mayor. Después de que la planta de aguas residuales realiza un tratamiento secundario de las aguas residuales, estas pueden tratarse adicionalmente de acuerdo con los requisitos de calidad del agua reciclada y luego reutilizarse a través de la red de tuberías de transmisión y distribución. Este método tiene altos requisitos de equipo técnico, construcción a gran escala, fácil administración y operación unificada, se adapta a las necesidades del desarrollo urbano, tiene ciertos beneficios de escala y es la tendencia de desarrollo del reciclaje de recursos de aguas residuales.
El sistema de tratamiento de aguas residuales de humedal artificial se puede utilizar como tratamiento secundario después del tratamiento avanzado de aguas residuales para garantizar la calidad de la reutilización de aguas residuales.
Cierta zona a lo largo del río Liuxi en Guangzhou es un lugar escénico multifuncional que integra conferencias, turismo y vacaciones. El sistema del río Liuxi en la zona está desarrollado y el volumen de agua es abundante. El río Liuxi es la principal fuente de agua potable en la ciudad de Guangzhou, con un caudal anual de entre 1,2 y 300 millones de metros cúbicos. La calidad del agua es buena y el río está bien protegido. De acuerdo a las características del área, el diseño considera tratamiento secundario convencional en la planta de tratamiento de aguas residuales, purificación natural a través del sistema de humedales y finalmente recolección en el lago artificial de almacenamiento de agua para su reciclaje para lograr un vertimiento cero de aguas residuales.
Dado que las aguas residuales han sido tratadas mediante el filtro biológico aireado, el contenido de contaminantes en las aguas residuales ya es muy bajo. Después de una purificación adicional en profundidad mediante el sistema de tratamiento de humedales artificiales, el efluente puede cumplir con la protección ambiental. estándares de aguas superficiales
p>4 Conclusión
En la actualidad, aunque la tecnología de reutilización de agua recuperada ha recibido cierta atención y aplicación en el ámbito de algunas ciudades y regiones, todavía existen algunos problemas. . Por ejemplo, todavía quedan algunos problemas por resolver en la tecnología de tratamiento de aguas residuales urbanas de mi país. Por ejemplo, la eficiencia del tratamiento de aguas residuales urbanas de mi país es baja, lo que afecta directamente el pleno desarrollo de la reutilización del agua recuperada de mi país. Además, el precio del agua del grifo en mi país es demasiado bajo, lo que provoca un grave desperdicio de recursos hídricos y hace que la reutilización del agua recuperada carezca de competitividad en el mercado. La publicidad insuficiente para la reutilización del agua recuperada es también una de las principales razones que afectan el floreciente desarrollo de la reutilización del agua recuperada en China.
Se han propuesto varias soluciones para abordar los problemas mencionados anteriormente en la reutilización del agua regenerada.
(1) La eficiencia del tratamiento de aguas residuales urbanas en mi país es baja, especialmente en ciudades pequeñas y medianas. Las cuestiones económicas son una de las limitaciones importantes. Sin embargo, es particularmente importante elegir un sistema adecuado. Proceso de tratamiento de reutilización de agua regenerada. Por ejemplo, los humedales construidos son más adecuados para situaciones donde el área geográfica es grande y la concentración de aguas residuales tratadas no es alta. No solo eso, la tecnología de tratamiento de aguas residuales de los humedales construidos también tiene ciertos beneficios económicos y ambientales, que pueden embellecer la ciudad y expandirse. el espacio verde, y Algunas plantas en los humedales tienen ciertos efectos ornamentales.
(2) Aumentar la publicidad sobre la reutilización del agua recuperada, permitir que la gente sepa más sobre la situación actual de los recursos hídricos de mi país, darse cuenta de la urgencia de la escasez de recursos hídricos de mi país y darse cuenta de la importancia de la reutilización del agua recuperada. sexo.
3) Desarrollar un sistema de tarificación del agua razonable. Establecer la tarifa del agua para el agua recuperada para que sea más baja que la del agua del grifo, cobrar una determinada tarifa por descarga de contaminación, formular un sistema razonable de recompensas y castigos y llevar a cabo la supervisión bajo un sistema de supervisión sólido.
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