人工潜流湿地堵塞成因及解决措施_黄炳彬

环境工程2011年第29卷增刊人工潜流湿地堵塞成因及解决措施＊黄炳彬孟庆义何春利(北京市水利科学研究所,北京100048)摘要:堵塞是制约人工湿地长效运行的关键影响因素,是湿地设计的最关键环节。结合作者在人工湿地方面多年的研究和实践经验,对湿地堵塞成因进行了详细分析,提出了有效解决措施,并列举了成功工程案例,为潜流人工湿地设计提供了有益的借鉴。关键词:人工湿地;潜流;堵塞;解决措施。THECAUSATIONANDSOLUTIONFORTHECLOGGINGOFSUBSURFACEFLOWWETLANDHuangBingbinMengQingyiHeChunli(BeijingHydraulicResearchInstitute,Beijing100048,China)Abstract:Cloggingisthekeyrestraintonlong-termoperationofconstructedwetlands,anditwouldbethemostcriticalparameterindesign.Combiningwithwriter'slong-termexperienceinthewetlandresearchandpractice,thispapermakesadetailedanalysisofblockingmechanismofawetland,andbringsforwardaneffec-tivesolution.Also,somesuccessfulcasesarecited.Itwoundbeasalutarylessonfortheconstructedwetlanddesign.Keywords:constructedwetland;subsurfaceflow;clogging;solution＊国家重大科技专项(2009ZX07209)。0引言堵塞主要针对潜流型人工湿地而言,是湿地运行的自然过程,也是设计和管理所要重点考虑的难题。据美国环保局对100多个运行中人工湿地的调查表明,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[1]。过度的堵塞会导致湿地水力负荷降低、运行寿命缩短,对湿地长效运行造成严重影响。湿地堵塞影响的严重性是相对的,当表面水力负荷小于0.05m3/(m2·d)时,堵塞问题一般并不突出,因为淤堵物本身的透水能力通常不会低于这一水平,而湿地植物、原生动物及微生物等生命活动还可起到自然恢复作用。本文所述湿地淤堵主要针对大水力负荷而言(大于0.1m3/(m2·d),水力负荷大小与湿地占地面积直接相关),在未采取适当防范措施条件下,在一个月内,河沙介质垂直流湿地的透水能力可由20～8m3/(m2·d)迅速降至0.2～0.8m3/(m2·d)[2-3],且将继续下降。因此,采取技术措施以维持湿地的长效稳定运行是非常必要的。1堵塞成因分析堵塞是潜流渗滤型系统的一种常见现象,即使在饮用水水厂的砂滤池或活性炭滤池中也难以避免。堵塞的过程实质上是过流断面上有效孔隙的减少过程,其原因大致可归结为物理、化学和生物三个方面:1.1物理堵塞潜流型湿地物理堵塞按性质可分为有机类物质堵塞和无机类物质堵塞,前者通过促使有机质降解可恢复部分透水能力,而后者则是不可恢复的。有机类堵塞物质来源包含进水中的易降解或难降解有机质悬浮物、藻类等浮游生物体、以及湿地床内的植物残体、微生物残体等。无机类堵塞物质来源包含进水中的无机类悬浮物、湿地床填料所含的微颗粒、填料颗粒不稳定崩解产生细颗粒、以及部分大气降尘等。同时,有机及无机类物质还可以以络合物、絮团[4]等形式出现。进水中的有机和无机悬浮物在湿地的首部或表面的一定区域内被截留,形成首部(或表面[5])堵塞层。另外,湿地系统内的植物残体(包括枝叶及根茎)也是湿地淤堵的一个重要根源;以湿地植物香蒲为例,其地下肉质根在每年冬季死亡后将腐烂形成淤泥质而堵塞填料孔隙;难降解有机物的积累,也能在一定程度上影响垂直流湿地的入渗速率,特别是其容易吸附进水悬浮物而形成淤堵层,但它也在一定程度上避免了致密淤堵层的形成;芦苇等纤维质根系则有所不同,在冰冻期仅毛细根死亡,对淤堵影响较小,其根茎形成的孔洞378DOI:10.13205/j.hjgc.2011.s1.107环境工程2011年第29卷增刊甚至在一定程度上缓解了淤堵。众多研究及实践表明,上述截留、吸附等物理淤堵是湿地堵塞的主要原因,一般在垂直流湿地表层20cm或水平潜流湿地前端15m就可造成湿地渗透能力显著下降。因填料颗粒结构崩解风化、填料中含较多粉细颗粒、以及冬末春初填料表面微生物残体脱落等原因,也存在细颗粒物在渗流作用下迁移堆积形成致密阻水层的可能。该类淤堵多发生于填料粒径偏小的垂直流湿地床内,而不同粒径分层回填(下小上大