人工湿地堵塞问题的探讨_朱洁

人工湿地堵塞问题的探讨朱洁,陈洪斌(同济大学环境科学与工程学院,上海200092)摘要:近20年发展起来的人工湿地,作为一种对传统污水处理技术的廉价替代方案,越来越受到世界各国的普遍重视。通过对人工湿地运行过程中出现的填料堵塞现象进行全面分析,归纳和总结了人工湿地堵塞的影响因素,对其堵塞机理和堵塞模型进行了探讨,提出了避免堵塞的工程化解决措施和湿地堵塞后的恢复方法。关键词:人工湿地;填料;堵塞;机理;修复中图分类号:X703文献标识码:B文章编号:1000-4602(2009)06-0024-06DiscussiononConstructedWetlandsCloggingZHUJie,CHENHong-bin(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Asalowcostalternativetotraditionalsewagepurification,thetechnologyofconstructedwetlandshasbeendevelopedinrecent20yearsandmanycountrieshavepaidmuchattentiontoit.Acomprehensiveanalysisofsoilcloggingphenomenaintheoperationofconstructedwetlandsisperformed,andthefactorsrelatedtosoilcloggingaresummarized.Thecloggingmechanismsandmodelsaredis-cussed.Somesolutionsofavoidingcloggingandmethodsforremedyingthecloggingareputforward.Keywords:constructedwetlands;carriers;clogging;mechanisms;remediation基金项目:科技部国际合作课题资助(2007DFA90280);国家科技支撑计划项目(2006BAJ08B06)人工湿地是指人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统,其设计和建造是通过对湿地生态系统中的物理、化学和生物作用等优化组合来进行污(废)水处理。它一般由人工基质和生长在其中的水生植物(如芦苇、香蒲等)组成,是一个独特的生态系统。据美国环保局对100多个运行中人工湿地的调查,有将近一半的湿地系统在投入使用后的5年内出现了堵塞问题,其水力传导系数降低,除污效果变差,运行寿命缩短[1]。人工湿地的堵塞问题越来越成为其应用的障碍,弄清人工湿地堵塞的机理,探寻相应的解决措施和预防对策十分必要而迫切。笔者从人工湿地堵塞机制和影响因素入手,总结了国内外在本领域的研究进展,提出了堵塞的解决措施和预防对策,以供借鉴和参考。1人工湿地的堵塞机制堵塞是所有高负荷污水过滤系统中常见的自然效应,其表现在两个方面:首先,堵塞层是一个很好的生物过滤器,能提高湿地系统的处理效率,适度的基质孔隙堵塞可以扩大湿地处理系统内部的非饱和流动区域,提高处理效果;其次,堵塞会使湿地的水力性能变差,从而影响水流路径,最终影响到湿地的处理效果和运行寿命[1～3]。人工湿地一般由防渗层、基质层、腐质层和湿地植物等结构单元组成,其堵塞实质上是有效孔隙率减小的过程,长时间的堵塞会导致厌氧环境的产生,加速系统的堵塞。人工湿地堵塞的形成机制可分为·24·第25卷第6期2009年3月中国给水排水CHINAWATER＆WASTEWATERVol.25No.6Mar.2009三个阶段:①渗透速率接近开始的运行水平,但呈下降趋势;②渗透速率缓慢稳定下降;③基质表面间歇渗透直到持续积水。在人工湿地的渗透初期,污水中的SS开始在湿地填料表面和孔隙中聚集,堵塞部分填料孔隙,使基质层局部的氧化还原电位下降并开始形成厌氧微环境。氧化还原电位高则反映了基质层中微生物的氧化能力强,胞外聚合物的蓄积较缓慢;反之,则还原水平高,微生物产生的胞外聚合物在填料孔隙内越聚越多,具有很高的堵塞潜能。随着污水渗透的进行,厌氧区域的基质层逐渐趋于还原状态,微生物的胞外聚合物不断积累,进一步堵塞了填料孔隙,使厌氧形成过程进一步加速。此时的堵塞称为暂时性堵塞。由于细菌胞外多聚物的高含水性,这种堵塞经一段时间的落干(即湿地不过水而干化)后可以消除。在堵塞过程的后期,基质层的结构特别是土壤的团粒结构被破坏,所形成的细微粘土粒子与许多淤积的SS共同组成致密不透水层,胞外聚合物不断凝聚和吸附不同粒径的悬浮或胶体状态的底物,进而形成大粒径絮团状的累积物,造成有机物和无机物共同积累,