人工湿地与污水深度处理

浅谈人工湿地与污水深度处理1.人工湿地概述湿地是地球上具有多种独特功能的生态系统，它为人类提供大量食物、生产原料和水，且其重要性体现在维持生态平衡、保持生物多样性和珍稀物种资源以及涵养水源、蓄洪防旱、降解污染调节气候、补充地下水、控制土壤侵蚀等方面。人工湿地是在自然湿地的基础上发展起来的一种综合的生态系统，以生态系统中物种共生、物质循环再生为基础原理，结构与功能协调原则为基本原则，在保障废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。2．人工湿地对污水深度处理的作用机理人工湿地净化处理污水过程中，基质、植物和微生物三者相互联系，并形成一个共生系统，利用基质-微生物-植物的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物的降解等来实现对污水的深度净化和处理［1］。2.1微生物在污水深度处理的作用湿地系统中微生物对污水的降解处理起主要作用。自然界中，氮、磷、硫的循环离不开微生物的参与。废水中的大部分有机物被好氧微生物通过呼吸作用分解成为二氧化碳和水，还有一部分被厌氧细菌分解成二氧化碳和甲烷，且硝化细菌参与铵盐硝化，反硝化细菌参与硝态氮与氮气间的转换，等等。通过这一系列的作用，污水中的主要有机污染物得到了降解同化，成为微生物细胞组成的一部分，其余的污染物则变成对环境无害的无机物质回归到自然界中。2.2植物在污水深度处理的作用2.2.1湿地植物对污水中N、P的吸收利用及对重金属和有害物质的吸附和富集作用。污水中的氮可分为有机氮和无机氮，其中无机氮作为植物生长过程中不可缺少的营养物质，能以离子形式被植物吸收利用；部分有机氮被微生物分解成氨氮后，也能被植物吸收利用。当植物从污水中吸收氮元素后，将氮元素合成植物蛋白质等有机氮，最后通过对植物的收割将它们从湿地系统中去除。废水中的无机磷在植物吸收及同化作用下可转化成植物的ATP、DNA、RNA等有机成分，然后通过植物的收割而移去。湿地植物还通过根系吸收部分金属离子，并被输送到其他器官，在植物根部积累最多。2.2.2湿地植物的输氧作用。人工湿地中植物能将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区，通过改变根区的氧化还原电位影响基质中的生物地球化学循环[3]。有研究表明,水生植物的输氧速率远比依靠空气向液面扩散速率大，植物的输氧功能对人工湿地降解污染物好氧的补充量远大于由空气扩散所得氧量[4]。2.2.3湿地植物为微生物提供适宜生境。微生物是人工湿地中另一重要组成部分。人工湿地内植物底部发达的根系系统对微生物和细菌群落提供好氧生境起主要作用。人工湿地中微生物的种类和数量极其丰富，植物发达的根系形成一个网络状的结构，扩大了可供微生物吸附着生的表面积；并且在植物根系附近能形成好氧、缺氧和厌氧的不同微环境，为不同类型微生物的生长代谢提供了良好的生存环境，进而为人工湿地污水处理系统提供了足够的分解者。2.2.4湿地植物可加强和维持人工湿地良好运行。保证湿地系统稳定的水力传输是人工湿地系统良好运行的首要条件，湿地植物有着不可取代的作用。植物根以及根系对介质具有穿透作用，能在介质中形成众多微小的气室或间隙，减小了介质的封闭性，增强了介质的疏松度，使得介质的水力传输得到加强和维持。2.3基质填料在污水深度处理的作用湿地中的填料为植物提供了生长基质，同时也为湿地微生物和细菌群落提供了生存环境，为污染物的降解和去除提供了载体，湿地填料在污水的深度处理过程中起到了重要的载体作用。湿地填料的去污过程主要通过物理过滤、拦截、离子交换、吸附、螯合作用、沉降反应等作用完成。李旭东等[9]通过研究发现，在相同条件下，沸石芦苇床较砾石芦苇床在总氮（TN）、氨氮、硝酸盐氮的去除率更高，沸石对氨氮的吸附、离子交换、微生物的硝化、反硝化作用是沸石芦苇床系统去除氮的主要途径。秦怡等[10]通过研究发现，对不同的填料和植物进行组合，利用系统中不同填料、植物、微生物形成独特的生态环境，可以达到较好的污染物去除效果。另外，基质填料还能通过物理过滤，物理吸附和拦截等作用实现对硝基苯等难降解有机物的去除。宋艳宇等[11]通过分析硝基苯在湿地土壤中的吸附-解吸特性，发现湿地土壤对硝基苯具有较强的吸附能力，硝基苯在湿地土壤中的吸附自由能变化量为10.68~13.45kJ/mol，表明其吸附以物理吸附为主。3．人工湿地在污水深度处理中的应用4．人工湿地在污水深度处理中的缺陷与发展优势4.1人工湿地在污水深度处理中的缺陷4.1.1占地面积大一般人工湿地占地面积较大，大概是一般污水处理厂的2～5倍。不适用于用地紧张的大中型城市的污水深度处理。但农村和中小城镇这样地域宽广、经济发展水平不高、能源匮乏、生产技术相对低下的地区，特别适合发展人工湿地。4.1.2易受病虫害影响人工湿地是一种人工加以控制的生态系统，夏季蝇虫滋生，如果不能及时加以控制，人工湿地也可能变为污染源。湿地中植物多种多样，因移植过程中可能不能充分考虑到当地的食物链，植物受到虫害危害的可能性增大。4.1.3基质填料的堵塞随着人工湿地系统的运行，一些有机物和难降解有机物积累在湿地中，造成基质填料的堵塞，使得湿地的纳水能力有所下降。影响基质堵塞的因素包括基质粒径，有机负荷，悬浮物，温度，污水投配状况，植物与微生物，运行周期等。堵塞可以使用以下方法解决：水解酸化预处理，间歇运行，曝气运行，药剂溶菌，选择合适的填料粒径及级配，更换湿地表层填料。4.1.4受低温影响。根据人工湿地污水深度处理技术的污染物去除机理，在湿地植物作用下污水中氮素得以迁移和去除，冬季湿地植物被收割掉，没有植物，污水中的氮素无法很好的去除，所以在人工湿地深度处理污水的方面易受温度影响。4.2人工湿地在污水深度处理中的发展优势4.2.1良好的污水净化能力研究表明，人工湿地对BOD5的去除率可达85％～95％，SS去除率达90％以上，N的去除率可达60％，P的去除率达90％。人工湿地不仅对生活污水而且对含重金属、酸性有机物及无机物等工业废水中含有的好氧有机物、N、P都具有很好的去除效果。4.2.2低投资、低运行成本、低维护技术因人工湿地的建造简单且能耗很低，其造价和运行费用远低于传统的二级生物处理工艺。我国深圳白泥坑工程的运行费用仅为传统二级活性污泥法的10％左右【】。且人工湿地因其本身独特的生态结构和深度处理的机理，其基本不适用机电设备，维护上只需清理进、出口渠道以及管理植物。4.2.3生态景观效果人工湿地水质净化技术工艺实施后能在一定程度上改善当地的生态环境，兼具有一定的景观生态效果，可结合国内正在开展的建设“生态省”、“生态市”系统生态建设工程应用于新农村建设中。5．结语结合人工湿地污水深度处理技术的特点和研究进展，提出人工湿地污水深度处理技术应用的3个原则：因地制宜、扬长避短、效率与景观结合。人工湿地污水深度处理技术在处理农村分散点源及面源污染中以其经济、高效、生态的优势具有极大的可推广性。在有条件的中小城镇污水厂和城市生活小区结合景观效果进行污水深度处理具有较强的可应用性。[1]刘建，张晨君.人工湿地水质净化技术在污水深度处理中的应用[J].环境科技，2010，23（3）：30-33[3]SorrellBK,ArmstrongW.Onthedifficultiesofmeasuringoxygenreleasebyrootsystemsofwetlandplants[J].Ecol.1994,（82）：177-183.[4]FennessyMS,CronkJK,MitschWJ.Macrophyteproductivityandcommunitydevelopmentincreatedfreshwaterwetlandsunderexperimentalhydrologicalconditions[J].EcolEng,1994,3(4):469-484.