用于污水处理的人工湿地的基质植物及其配置

第5卷第1期2007年3月湿地科学WETLANDSCIENCEVol.5No.1Mar.,2007收稿日期:2006-08-22;修订日期:2006-11-17基金项目:南京信息工程大学校基金(QD49)和2006年江苏省高校自然科学研究指导性计划项目(06kJD210116)资助。作者简介:徐德福(1975-),男,贵州省遵义人,博士,副教授,主要从事污染水体生态修复控制研究。E-mail:defuxu1@163.com用于污水处理的人工湿地的基质、植物及其配置徐德福1,李映雪2(1.贵州大学资源与环境工程学院,喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室,贵州贵阳550003;2.南京信息工程大学应用气象学院,江苏南京210044)摘要:从工程角度探讨了人工湿地中基质与植物的筛选以及配置问题。基质是人工湿地不可缺少的组成部分,大部分物理、化学和生物反应等都在基质中进行。不同基质对污染物的净化能力存在明显差异,筛选对污染物净化能力强的当地材料作为人工湿地基质,不但能提高人工湿地的净化能力和使用寿命,还能减少人工湿地的投资成本。植物在人工湿地中有着重要的作用,包括直接吸收氮、磷和重金属等污染物质,提高人工湿地的渗透系数,增强根际微生物活性和输送氧气到根际增加根际的溶解性氧含量等,但不同植物对污染物的净化能力也存在很大差异,选用本地区净化力强的植物用于人工湿地,一方面可以提高人工湿地对污染物的去除效率,另一方面可以减少引用外来植物的投资成本,还可以避免引用外来植物造成的生物入侵危险。在筛选人工湿地基质和植物的基础上合理的配置基质和植物是提高人工湿地净化效率的重要保障。关键词:人工湿地;基质;植物;污水中图分类号:X192文献标识码:A文章编号:1672-5948(2007)01-032-07随着点源污染治理力度的加大和治理技术的日趋发展,面源污染特别是农业面源污染已成为全球范围内水体污染的主要原因,相对于点源污染来说,面源污染的污染源范围广、不集中且污染物浓度变化比较大。现有的污水生物处理技术虽能够有效地去除有机物,但总体对氮(N)、磷(P)的去除效率不高;化学方法虽对去除污水中的N和P有效,但其成本比较高且容易产生二次污染;而人工湿地技术能有效的控制面源污染,除此之外,人工湿地技术还可用来处理城市污水、矿山污水和家禽污水等,其应用前景越来越广泛。人工湿地是由填料(基质)、植物和微生物组成的复合系统,该系统依靠物理、化学和生物的三重协同作用,通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污染物的高效净化,同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环,促进绿色植物生长并使其增产,实现废水的资源化和无害化[1]。另外,人工湿地具有去除污染物效率高、低投资、低运行费用、低耗能和美观等特点[2,3]。但如果工程设计不合理,特别是不合理地选用和配置基质与植物,就会存在人工湿地去除效率低、使用寿命短等问题[4,5]。因此,本文主要从人工湿地的设计出发,讨论人工湿地修复工程中基质与植物的筛选和配置,这对于指导人工湿地的设计和改善其对污染物的去除效率具有重要的理论和现实意义。1人工湿地基质1.1基质的种类人工湿地中的基质又称填料、滤料,一般由土壤、细砂、粗砂、砾石、碎瓦片、粉煤灰、泥炭、页岩、铝矾土、膨润土、沸石等介质的一种或几种所构成,因此,多种材料包括土壤、砂子、矿物、有机物料以及工业副产品如炉渣、钢渣和粉煤会等都可作为人工湿地基质。人工湿地基质在为植物和微生物提供营养的同时,还通过吸附、沉淀、过滤等作用直接去除污染物。1.2基质对污染物的净化能力不同的基质对污染物的去除能力不同。Viraraghavan用泥炭处理屠宰废水和奶牛场废水的DOI:10.13248/j.cnki.wetlandsci.2007.01.0051期徐德福等:用于污水处理的人工湿地的基质、植物及其配置33研究结果表明[6],当滤速为2.13～3.55m3/(m2·h)时,经5d的处理运行,废水中悬浮固体的去除率达94%～99%。Nichols也报道[7],由于泥炭中微生物对泥炭中所吸附的有机物的降解作用,BOD5的去除率可达90%以上,另外,泥炭对大肠杆菌的去除率也可达99%以上。粉煤灰对废水中重金属离子Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+等的去除效果可达30%～95%,而对废水中的COD、BOD5、SS、色度和油类的去除率分别达到40%～70%、85%、60%、87%和90%;此外,当粉煤灰用于含氟废水的处理时,其对氟的去除率也可高达50%～60%[8]。膨润土对Cu、Zn、Ni、Cr、Cd和Pb的去除效率可分别达55.6%～99.3%,69%～99%,48.0%～98%,48%～100%,60.4%和>99%[9]。还有研究表明,膨润土