人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展

第3卷第3期2005年9月湿�地�科�学WETLAND�SCIENCEVol.3�No.3Sept.,2005收稿日期:2005-04-04;修订日期:2005-05-10基金项目:中国科学院知识创新项目:云贵高原地区湖泊主要环境问题及对策研究;云南玉溪市马料河人工湿地污染控制工程项目。作者简介:熊飞(1977-),男,湖北省荆门人,博士研究生,主要从事湖泊生态与环境工程方面研究。E-mai:lxf9603@163.com人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展熊飞1,2,李文朝1,潘继征1,李爱权1,2,夏天翔1(1.中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京210008;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:人工湿地作为一种低耗高效的污水处理系统正在被广泛应用于各种类型的污水处理,不仅对有机污染物有较强的降解能力,而且对传统的二级处理难以去除的氮磷也有较好的去除效果。人工湿地污水处理系统是一个复合生态工程系统,其对污染的去除机理是一个错综复杂的过程,基质、水生植物和微生物共同发挥着重要作用。综述了人工湿地脱氮除磷的效果与机理,讨论了基质、水生植物、微生物及其他外界因素对系统处理效果的影响及氮磷去除的预测模型,提出了当前人工湿地研究中存在的问题和提高人工湿地脱氮除磷能力的对策。关�键�词:脱氮;除磷;基质;水生植物;微生物;人工湿地中图分类号:X26�文献标识码:A�文章编号:1672-5948(2005)03-228-07��湿地是由水、永久性或间歇性处于水饱和状态下的基质及水生生物所组成的自然综合体。自20世纪50年代起,世界各国开始研究和应用湖滨带、沼泽、漫滩地等自然湿地生态系统来进行各种类型污水的净化,但后来发现,这些用于污水处理的湿地生态系统的功能逐渐丧生,其物种组成和种群结构功能发生显著的不可逆变化,自然湿地的总体价值大受影响。人工湿地又称构建湿地、芦苇床系统等,是根据自然湿地生态系统中物理、化学、生化反应的协同作用来处理废水的系统。与自然湿地相比,人工湿地污水处理系统因具备自然湿地净化污水的功能而不影响其生态价值,并且容易对工艺过程进行优化控制与管理[1],因而倍受关注。近二十多年以来,在全球范围内,特别是在欧美国家,人工湿地系统被广泛应用,处理各种不同类型的废水,如生活污水、暴雨径流、工业废水、农业面源污染、酸性矿水及垃圾渗滤液等[2~6]。研究表明,人工湿地不仅对有机物有较强的降解能力,对污水处理厂难去除的营养元素如氮、磷也有一定的去除效果[7~9]。以下对人工湿地系统类型、去除氮磷的效果、机理、影响因素及预测模型等作一综合评述,以期为今后人工湿地的研究和设计提供参考。1�人工湿地的类型及脱氮除磷效果人工湿地一般由透水性的基质、水生植物、微生物及水体等部分组成,各部分相互作用,构成一个复杂的生态系统,通过过滤、吸附、沉淀、植物吸收、微生物降解等途径来实现污染物质的高效分解与净化。根据污水在系统中流动方式的差异,人工湿地污水处理系统可分为表面流(SFCW)和潜流(SSFCW)两种类型,后者又分水平流(HSSFCW)和垂直流(VSSFCW)两种布水方式,也有的把布水方式设计成波形流动(WSSFCW)[10]。在SFCW中,污水在基质(通常为土壤)表面漫流,一般水层深0.2~0.4m,而在SSFW中,污水在表层以下基质(大多为砾石)中渗流。从两种系统的特性来看,SFCW具有较低的建设安装成本和简单的水力特征,适合应用于污染河水和湖水修复、农业暴雨径流及污水二、三级处理等方面;SSFCW水流维持在砾石基质表面以下,保温效果好,处理效果受气候、季节的影响较小,并且可以避免异味、昆虫带菌及暴露等问题,比较适合于处理垃圾渗滤液、农业污水及一些工业废水。人工湿地对BOD,COD,SS及污染细菌的去除率可达90%以上,但对氮磷的去除率较低且不稳定,一般接近50%[11],有的为60%~86%[12],在有预处理设施和处理面积足够大(>50m2�m-3�d-1)的条件下,其总氮和总磷的去除可达90%以上[13]。人工湿地系统因构成方式和水流途径不同,对氮磷的去除效果也存在一定的差异。在SF-CW中,由于营养元素的去除主要发生在沉积物质�3期熊飞等:人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展229�中,而废水在沉积物上流经时,溶解营养元素向沉积物中扩散的速度非常缓慢,因而氮磷的去除只有10%~15%[14];而在SSFCW中,水流与基质和植物根系的接触比较充分,氮磷的去除效果也相应较好,如在每公顷面积处理约800人产生的生活污水的负荷条件下,氮的去除率为35%,磷为25%,在适当条件下分别可以提高到50%和40%[15]。对脱氮效果而言,VSSFCW优于HSSFCW,复合垂直流较单一流向较好,间歇运行优于连续运行[16]。WSSF