¿Investigación sobre la aplicación de los humedales artificiales en la reutilización del agua recuperada?
0 Introducción
China es un país con una grave escasez de agua. El recurso hídrico per cápita es de sólo 2238,6 m3, ocupando el puesto 109 en el mundo, lo que sólo equivale a 1/4 del. el recurso hídrico per cápita del mundo. Es un país con recursos hídricos frágiles y uno de los 13 países pobres en agua del mundo con muy pocos recursos hídricos per cápita. De las 669 ciudades del país, 110 padecen una grave escasez de agua, con una escasez diaria de 160.000 m3. La pérdida anual del valor de la producción industrial debido a la escasez de agua es de más de 230 mil millones de yuanes. El consumo per cápita de agua doméstica es de 50 a 300 litros/día, de los cuales el consumo para beber o comer que satisface directamente las necesidades fisiológicas es de sólo unos 5 litros/día. La mayor parte del agua restante se utiliza principalmente para fines sanitarios, como lavar y descargar. inodoros y se llevarán consigo después de su uso.
Para resolver la contradicción cada vez más prominente entre el suministro y la demanda de agua en nuestro país, debemos resolverla principalmente desde dos aspectos: por un lado, debemos ahorrar y utilizar los recursos hídricos limitados, por el otro; debemos promover activamente la tecnología de reciclaje de aguas residuales y drenar el agua. El camino hacia el desarrollo sostenible de la utilización de recursos. La tecnología de agua recuperada es exactamente la tecnología que cumple con este objetivo y tiene las características de baja inversión, resultados rápidos y bajos costos operativos.
Agua regenerada y reutilización de agua regenerada 1
1.1 Definición de agua regenerada
El agua regenerada se refiere principalmente a las aguas residuales urbanas o domésticas que han sido tratadas dentro de un determinado gama de aguas residuales no potables que pueden ser reutilizadas. La calidad del agua se encuentra entre la capa superior y la inferior, lo que es una forma de utilización eficaz de los recursos hídricos.
En la vida real, la reutilización del agua tiene fuertes ventajas económicas. Estados Unidos alguna vez comparó las aguas residuales urbanas con el agua de mar. El primero contiene un 0,1% de contaminantes, mientras que el segundo contiene un 3,5% de sales disueltas y una gran cantidad de materia orgánica. Por lo tanto, el costo de infraestructura y el costo unitario de obtener agua para desalinización exceden el costo de reutilización de aguas residuales. Debido a que el agua reciclada generalmente se usa cerca, el costo es menor que el transporte de agua dulce por tuberías a larga distancia. Al mismo tiempo, las aguas residuales urbanas se reutilizan después de un tratamiento secundario, lo que reduce el vertido al agua y aporta considerables beneficios medioambientales. Estos beneficios ambientales y económicos están unificados.
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 enormes beneficios económicos, sociales y ambientales. Hay 357 ciudades en los Estados Unidos que han logrado el tratamiento y la reutilización de aguas residuales desde la década de 1960, Japón ha estado investigando y promoviendo vigorosamente el reciclaje urbano y la tecnología del agua recuperada, y la suministra ampliamente a fábricas, empresas y áreas residenciales para inodoros y servicios varios; uso de los artículos. En 1986, Sudáfrica construyó la primera planta de "agua recuperada" de aguas residuales urbanas del mundo como fuente de agua suplementaria para el agua potable urbana.
1.2 Fuentes de agua recuperada
Las fuentes de agua recuperada son relativamente amplias, pero para el agua utilizada en los edificios, las fuentes de agua generalmente incluyen drenaje para lavado, drenaje para baño, drenaje para lavandería y drenaje para cocina. y desagüe del sanitario. Teniendo en cuenta el costo y la dificultad del tratamiento, el orden de selección es generalmente: drenaje del baño, drenaje del inodoro, drenaje de la ropa, drenaje de la cocina, drenaje del inodoro. En el diseño del sistema de aguas grises del edificio, se deben recolectar uno o más tipos de drenaje como fuente de aguas grises de acuerdo con la situación real. Las combinaciones comunes incluyen: ① Drenaje del sistema de aire acondicionado, drenaje de lavado, drenaje de baño, etc. , conocido como drenaje misceláneo de contaminación lumínica de alta calidad, debe tener prioridad como fuente de agua reciclada en el diseño; (2) Las combinaciones de drenaje doméstico distintas a los inodoros con cisterna, con niveles de contaminación medios, se denominan drenaje misceláneo; drenaje doméstico El término general para el agua más contaminada se llama aguas residuales domésticas. Debido a su alto costo y dificultad de procesamiento, se debe evitar en el diseño. A juzgar por la situación actual, las fuentes de agua utilizadas en los sistemas de reutilización de agua de los edificios existentes en mi país son casi todas drenajes misceláneos o drenajes misceláneos de alta calidad.
1.3 Modo de tratamiento de agua recuperada
Actualmente, el tratamiento avanzado o tratamiento terciario de aguas residuales urbanas de mi país se ha aplicado a la filtración por coagulación, sedimentación, filtración por microfloculación y oxidación por contacto biológico de bolas de fibra. Filtración, filtración de biocarbón y otros procesos convencionales. Los métodos tradicionales de reutilización de aguas residuales de China se pueden resumir de la siguiente manera:
(1) Después del tratamiento secundario, el efluente se puede reutilizar directamente.
(2) Después del tratamiento secundario, las aguas residuales se filtran y se entregan a los usuarios del agua para su reutilización.
(3) Después del tratamiento secundario, las aguas residuales se reciclan mediante coagulación, sedimentación y filtración.
(4) Después del tratamiento secundario, las aguas residuales se reutilizan después de mezclarse, sedimentación, filtración y adsorción con carbón activado.
(5) Después del tratamiento secundario de las aguas residuales, el método A/O mejorado se utiliza para la coagulación, sedimentación, filtración y reutilización.
Sin embargo, los métodos tradicionales de reutilización de aguas residuales tienen desventajas como instalaciones de tratamiento deficientes, altos costos operativos y efectos de tratamiento y capacidades de procesamiento limitados. Por tanto, necesitamos encontrar un método de tratamiento más económico y que ahorre energía.
2 Humedal Artificial
2.1 Definición de Humedal Artificial
El humedal artificial fue propuesto por primera vez por Mackney de Australia en 1904. Se refiere a un tipo de construcción artificial, supervisión y control de humedales de ingeniería[1]. Sin embargo, los humedales reales para el tratamiento de aguas residuales no se desarrollaron hasta la década de 1970. Los "humedales artificiales" o términos similares comenzaron a aparecer uno tras otro en esta época. En 1989, Hamer, un conocido experto estadounidense en investigación, diseño y gestión de humedales, y otros definieron el humedal artificial como: un complejo diseñado y construido artificialmente para uso y beneficio humano mediante la simulación de humedales naturales).
Se compone de sustrato saturado, plantas emergentes y sumergidas, animales y agua. Sin embargo, Xia Hanping [4] de mi país cree que esta definición es innecesaria e incompleta. Él cree que los humedales artificiales se refieren a simular la estructura y función de los humedales naturales, seleccionando una determinada ubicación geográfica y terreno, y creando humedales de acuerdo con las necesidades de las personas.
Necesitamos humedales diseñados y construidos.
2.2 Clasificación de los humedales artificiales
Según el estado de existencia de las plantas, los humedales artificiales se dividen principalmente en tres tipos: sistemas vegetales flotantes y sistemas vegetales sumergidos.
Sistema de plantas emergentes[28].
Entre otras, los sistemas de plantas flotantes tienen algunas desventajas potenciales. Por un lado, hay una o varias plantas en este sistema, y es fácil que parte o la totalidad de las plantas mueran en un corto período de tiempo, provocando un evento catastrófico, por otro lado, para poder cosechar; elimina los nutrientes y mantiene la tasa de crecimiento óptima de las plantas; sin embargo, el contenido de humedad de estas plantas es generalmente superior al 95%, es necesario secarlas después de la cosecha y las plantas secas aún deben procesarse. Por lo tanto, el sistema no puede utilizarse ampliamente. En la actualidad, 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 del 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 efluentes secundarios.
El sistema de plantas emergentes está dominado por plantas emergentes con sistemas radiculares bien desarrollados. El oxígeno se puede enviar a la matriz a través del sistema radicular, formando múltiples comunidades aeróbicas, anaeróbicas facultativas y anaeróbicas en la matriz, lo que favorece la reproducción de diversos microorganismos y la degradación multicanal de contaminantes. En la actualidad, los humedales artificiales se refieren principalmente a sistemas de plantas emergentes. Según las diferentes formas en que fluyen las aguas residuales en los humedales, los humedales se pueden dividir en humedales de flujo superficial, humedales de flujo subterráneo y humedales de flujo vertical
(1) Humedales construidos de flujo superficial (denominados SFW): aguas residuales Se desborda en los humedales de flujo superficial superiores, formando una capa de flujo de agua superficial que fluye desde la superficie. Es lo más parecido a un humedal natural, ya que la mayor parte de la materia orgánica se elimina mediante biopelículas que crecen en los tallos de las plantas bajo el agua. Este tipo de humedal artificial tiene las ventajas de una baja inversión, una operación simple y bajos costos operativos.
Este tipo de humedal no puede aprovechar al máximo los rellenos y los ricos sistemas de raíces de las plantas. Es fácil criar mosquitos y moscas en verano y producir olores. La congelación de la superficie en áreas frías de invierno puede afectar fácilmente el efecto del tratamiento y las condiciones sanitarias no son buenas, por lo que generalmente no se utiliza en el diseño.
⑵ Humedales de flujo subterráneo (SSFW para abreviar): las aguas residuales ingresan uniformemente a la zona de las raíces de las plantas del lecho de relleno en un extremo del humedal a través del sistema de distribución de agua y fluyen dentro del lecho del humedal. El efluente purificado se recoge por la tubería de recogida de agua al final del humedal y luego se descarga. Cuando el agua fluye en el humedal, funciones como la biopelícula y las raíces de las plantas en la superficie del relleno se pueden utilizar plenamente 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, tienen mejores efectos de eliminación de DBO, DQO, SS, metales pesados y otros indicadores de contaminación, y casi no tienen olor ni cría de mosquitos y moscas. En la actualidad, los humedales artificiales de flujo subterráneo horizontal se han utilizado ampliamente en los Estados Unidos, Japón, Australia, Alemania, Suecia, el Reino Unido, los Países Bajos y Noruega. La desventaja de este tipo de humedal artificial es que el control es relativamente complicado y el efecto de eliminación de fósforo y nitrógeno no es tan bueno como el de los humedales artificiales de flujo vertical.
(3) El humedal artificial de flujo vertical (VFW para abreviar) combina las características de los humedales artificiales y los SSFW. El agua fluye verticalmente de arriba a abajo en el lecho empacado, y el efluente es recogido por el colector de agua del fondo y luego descargado. La capacidad de nitrificación de los humedales artificiales de flujo vertical es mayor que la de los dos humedales artificiales mencionados anteriormente y se puede utilizar para tratar aguas residuales con alto contenido de nitrógeno amoniacal. Su desventaja es que su capacidad para procesar materia orgánica no es tan buena como la de los humedales artificiales de flujo subterráneo, tarda mucho en secarse o inundarse y su control es relativamente complicado.
3 Ejemplos y análisis de humedales artificiales en la reutilización de agua regenerada
3.1 Humedales artificiales de un solo propósito
Los humedales artificiales pueden utilizarse como un único proceso de tratamiento y como Agua regenerada El principal proceso de tratamiento para su reutilización es el tratamiento y reutilización de las aguas residuales. El agua utilizada por los campus universitarios tiene las características de gran consumo de agua, uso concentrado de agua y mejor calidad de drenaje que los usuarios residenciales. Con el desarrollo de colegios y universidades, las zonas de alta eficiencia han mostrado concentración regional y muchos colegios y universidades se construyen uno al lado del otro. Por lo tanto, desde los aspectos de recolección de drenaje, tratamiento de reutilización y reutilización de aguas grises, es de importancia práctica y urgencia establecer un sistema de reutilización de aguas grises adecuado para los campus universitarios.
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 del campus, del cual el consumo de agua para lavar es aproximadamente el 22,2%. El uso de aguas residuales de lavado como agua cruda para aguas grises puede satisfacer la demanda de aguas grises de acuerdo con el balance hídrico. De acuerdo con el área regional y la construcción paisajística del campus, 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 de tratamiento de aguas grises residencial es una solución de tratamiento de aguas grises ampliamente utilizada en mi país. Por un lado, se utiliza agua de drenaje diversa de alta calidad de la comunidad y áreas adyacentes como fuente de agua reciclada. Después del tratamiento centralizado, la calidad del agua alcanza el estándar reutilizable y se devuelve a la comunidad para su uso. Su ventaja es que es conveniente y flexible, y el plan de construcción se puede implementar según sus propias condiciones. Por otro lado, la mayoría de los indicadores generales de agua de lluvia de techos exceden los estándares de calidad del agua para aguas misceláneas domésticas y deben ser tratados antes de su uso. El agua de lluvia de los tejados se trata en humedales artificiales y se utiliza como agua para la ecologización comunitaria.
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 agua ecológica en el "Reciclaje de aguas residuales urbanas y agua miscelánea urbana" (GB/T18920). -2020), y se puede utilizar como agua para la ecologización de la comunidad, lo que ahorra dinero. El consumo de agua del grifo es bajo, alrededor de 0,35 yuanes/m2, mientras que el costo de la ecologización del agua del grifo es de 2,7 yuanes/m2, lo que genera buenos beneficios económicos. Además, los humedales artificiales pueden tratar las aguas residuales domésticas cercanas 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 del humedal se seleccionan de plantas emergentes con buenos efectos paisajísticos y se mezclan con varias plantas para formar una atmósfera de jardín.
Sin embargo, existen ciertas restricciones para establecer la reutilización de aguas residuales en la comunidad. La construcción de la comunidad debe requerir una planificación unificada, una construcción de edificios centralizada y un tendido de tuberías separados. Debido a que las áreas residenciales están relativamente concentradas y la población local es relativamente densa, también se deben considerar las cuestiones paisajísticas. Al tratar las aguas residuales, no se producirán gases olorosos, lo que afectará la vida normal de las personas.
3.2 Utilización integral de los humedales artificiales
Los humedales artificiales no sólo pueden usarse como un proceso de tratamiento separado para la reutilización del agua recuperada, sino que también pueden usarse como parte de un proceso de tratamiento combinado para Reutilización del agua recuperada. Para garantizar el efecto del tratamiento, combinado con las condiciones del terreno, se diseñó un proceso de tratamiento combinado de "oxidación por contacto + filtro percolador biológico + humedal artificial de flujo subterráneo + estanque de oxidación" para tratar las aguas residuales domésticas de baja concentración de un campamento militar en Nanjing. . Este proceso combinado tiene un buen efecto de purificación de aguas residuales de baja concentración en invierno y cuando no se plantan plantas en humedales artificiales. La calidad del agua efluente cumple con la "Calidad ambiental y paisajística del agua para el reciclaje de aguas residuales urbanas" (GB/T18921-2002) y la "Norma de descarga de contaminantes para plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas" (GB 18918-)
Ye Yaling y otros estudiaron el tratamiento conjunto de aguas residuales domésticas con DAF+ y humedales artificiales en ciudades pequeñas y medianas. Los resultados muestran que la calidad del agua efluente alcanza el estándar Clase A del "Estándar de Descarga de Contaminantes para Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas" (GB18918-2002). Además, plantar plantas pantanosas 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, las aguas residuales se pueden purificar aún más para cumplir con los requisitos de reutilización y pueden irrigar espacios verdes o cultivos para obtener los mejores beneficios del tratamiento de aguas residuales y la utilización de recursos.
En algunas zonas rurales, para ahorrar costes y aprovechar los grandes desniveles del terreno, se puede 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 resulta beneficioso para la rápida purificación de las aguas residuales por parte de microorganismos aeróbicos. La combinación de lombrices y microorganismos puede mejorar la eficiencia operativa del sistema original de tratamiento de aguas residuales. La excavación de lombrices y la acumulación de vermicompost pueden lograr una rápida mejora del suelo. De acuerdo con esto, las lombrices de tierra se pueden cultivar en la capa del suelo del humedal construido, lo que mejorará en gran medida el efecto del tratamiento del humedal construido. Además, se adopta un sistema combinado de tratamiento de aguas residuales de acuerdo con las diferencias del terreno local, 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 Los humedales artificiales se utilizan para un tratamiento en profundidad.
Para las grandes ciudades, las plantas depuradoras de aguas residuales son grandes. Las aguas residuales del tratamiento secundario de la planta de tratamiento de aguas residuales se pueden tratar y reutilizar aún más de acuerdo con los requisitos de calidad del agua, y luego reutilizarse a través de la red de tuberías de distribución de agua. Este método tiene altos requisitos de equipo técnico, construcción a gran escala, fácil administración y operación unificada, puede satisfacer las necesidades del desarrollo urbano, tiene ciertos beneficios de escala y es la tendencia de desarrollo de la reutilización de recursos de aguas residuales.
El sistema de tratamiento de aguas residuales de humedal artificial se puede utilizar como tratamiento avanzado después del tratamiento secundario de las aguas residuales para garantizar la calidad de la reutilización de las aguas residuales.
El área 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 esta zona está desarrollado y el agua es abundante. El río Liuxi es la principal fuente de agua potable en la ciudad de Guangzhou, con un caudal anual de 120 a 300 millones de m3. La calidad del agua es buena y la protección a lo largo del río es buena. De acuerdo a las características de la zona, se considera que luego del tratamiento secundario convencional en la planta de tratamiento de aguas residuales, estas serán purificadas naturalmente a través del sistema de humedales, y finalmente recolectadas en un lago artificial de almacenamiento de agua para su reciclaje y lograr un vertido cero de aguas residuales.
Debido a que el contenido de contaminantes en esta parte de las aguas residuales tratadas por el filtro biológico aireado ya es muy bajo, pasarán por el sistema de tratamiento de humedales artificiales.
Después de una purificación más profunda, el efluente puede cumplir con los estándares ambientales de aguas superficiales.
4 Conclusión
En la actualidad, aunque la tecnología de reutilización de agua recuperada ha sido valorada y aplicada en algunas ciudades y regiones, todavía quedan algunos problemas que deben resolverse. Por ejemplo, la eficiencia del tratamiento de aguas residuales urbanas de mi país es baja, lo que afecta directamente el pleno lanzamiento 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 reciclada carezca de competitividad en el mercado. La falta de publicidad sobre la reutilización del agua recuperada es también una de las principales razones que afectan el vigoroso desarrollo de la reutilización del agua recuperada en mi país.
Apuntando a los problemas anteriores existentes en el agua reciclada, se han propuesto algunas soluciones.
(1) La eficiencia del tratamiento de aguas residuales urbanas en mi país es baja, especialmente en ciudades pequeñas y medianas. Los problemas económicos son una de las limitaciones importantes. Sin embargo, es particularmente importante elegir un proceso de tratamiento de reutilización de aguas grises adecuado. Por ejemplo, los humedales artificiales son adecuados para grandes áreas geográficas y no tratan altas concentraciones de aguas residuales. Además, la tecnología de tratamiento de aguas residuales de los humedales construidos tiene ciertos beneficios económicos y ambientales. Puede embellecer la ciudad y ampliar el área verde. Algunas plantas de los humedales tienen ciertas funciones ornamentales.
⑵ Fortalecer la publicidad de la reutilización del agua recuperada, hacer 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 agua de mi país y darse cuenta de la importancia de la reutilización del agua recuperada.
⑶ Desarrollar un sistema de tarifas de agua razonable. La tarifa del agua reciclada será inferior a la del agua del grifo y también se cobrará una determinada tarifa por las aguas residuales. Se formulará y supervisará un sistema razonable de recompensas y castigos bajo un sólido sistema de supervisión.
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