人工湿地技术的概述及应用实例_杨佩瑾

112科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald2009NO.31ScienceandTechnologyInnovationHerald环境科学科技创新导报1人工湿地系统的概述1.1人工湿地的概念湿地是水和陆地的过渡地区,它包括沼泽,泥塘,涝滩,潮湿的低洼地以及河流沿岸潮湿的土壤,范围很广。人工湿地是一种由人工建造和监督控制的,与沼泽地类似的地面,是一个由植物,动物,微生物和周围环境所组成的复杂的集成系统。所有的湿地,无论是自然形成的或是人工的,淡水的或是咸水的,都有一个共同的特征,就是表面水或近表面水的存在。在生长的季节里,许多湿地的底面足够长时间的浸在水中可以提供缺氧条件,从而能够促进那些可以适应低氧环境的植物生长。湿地具有许多功能和价值。污水净化是湿地很重要的一个功能,它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用,通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水高效净化。在适当的条件和环境下,人工湿地还可以发挥诸如贮存洪水,循环营养物质和其他物质,为鱼类和野生动物提供栖息地等用途。1.2人工湿地的组成人工湿地系统是由设计合理的洼地组成,它包括(1)水体,(2)基质,(3)维管束植物(大多数情况下),这三种组分是人工操作完成。其他重要组分,比如(4)微生物群和(5)水生无脊椎动物,则是自然生长。1.2.1水体在可以导流入地表水的低洼地带或是渗透性相对较差的地下层,湿地往往很容易形成。这样的条件是建设湿地的基础。水文条件是设计人工湿地最重要的设计因素,因为它联系着湿地中的所有功能,是决定人工湿地成败的基本条件。人工湿地的水文学条件与其他地表水和近地表水没有特别大的不同,但它们在以下几个重要方面还是存在差异:①水文条件的轻微变化能够给湿地及其处理性能带来较大的影响;②由于水体表面面积较大,深度较浅,湿地系统通过降水和蒸腾(包括水表面蒸发和植物蒸腾作用)与大气相互作用;③植物密度对于湿地的水文具有很大影响。第一,植物的根、茎、叶组成的网络可以延长水流流程；第二,可以避免水体暴露在风和阳光中。1.2.2基质,沉淀物和填料基质用来构建湿地,它包括土壤,砾石和诸如混合肥料等的一些有机成分。然后,沉淀物和填料由于缓慢的水流速度和湿地的高生产率而在湿地中堆积。基质,沉淀物和填料具有以下几个重要的作用:①支持湿地中有机生物的生长;②基质的渗透性能影响水在湿地中的运动;③许多化学和生物变化,尤其是微生物转化,都在基质中发生;④基质为许多污染物提供贮存空间;⑤废料的堆积增加了湿地中有机物的数量。有机物为物质交换和生物附着提供了场所。同时有机物也是丰富的碳源,为湿地中重要的生化反应提供能量来源。在被水淹没后,土壤和其他基质的物理和化学特征将会改变。由于水占据了原来氧气在基质中的位置,微生物新陈代谢耗氧速率加快,基质逐渐呈现缺氧状态,这对于去除氮和金属元素等污染物是非常重要的。1.2.3植物维管束植物和非维管束植物(例如藻类)对于人工湿地系统都非常重要。藻类的光合作用能够增加水中的溶解氧含量,从而影响营养物和金属元素的反应。维管束植物对于废水处理和径流的影响主要有以下几种方式:①稳固基质,限制水流;②减慢水的流速,使悬浮物质停留;③吸收碳,营养物和微量元素并使之成为植物组织的一部分;④在大气和沉淀物之间交换气体;⑤从植物表面产生的氧气为微生物在基质中创造栖息的场所;⑥根茎系统增加微生物附着的面积;⑦死亡和腐烂后变为填料成分。1.2.4微生物湿地的基本特点是其功能大部分取决于微生物及其新陈代谢的调节。这些微生物包括细菌,酵母菌,真菌,原生动物以及藻类(rindalgae)。微生物的活动可以将大量的有机物或无机物转变为无毒或不可溶解的物质,可以改变基质的氧化还原条件从而影响湿地的处理能力,还能够参与营养物质的再循环。这些微生物可分为好氧型,厌氧性以及兼性厌氧型。1.2.5动物人工湿地为大量无脊椎动物和脊椎动物提供了良好的栖息环境。无脊椎动物,例如昆虫和蠕虫,能够粉碎沙砾,消耗有机物。许多昆虫的幼虫为水生动物,因此在它们成长过程中可以消耗大量的物质,这个过程可能会持续好几年。无脊椎动物与脊椎动物构成食物链,在生态方面也起到了一定的作用。无脊椎动物在水质改善中起到了关键的作用,因此它作为湿地最重要的动物种类受到广泛关注。同时,人工湿地也吸引大批不同种类的两栖动物,龟类,鸟类以及哺乳动物。1.3人工湿地污水处理系统1.3.1湿地的净水原理在人工湿地处理系统中,水由一端导入,水流在表面上或在基质中流过,而后通过出流堰或其它构筑物从另一端泻出。人工湿地的净水机制包括:①沉淀悬浮的颗粒物质;②过滤和化学沉淀流经基质和填料的水;③进行化学转化;④在植物,基质,沉淀物和填料表面进行吸附和离子交换;⑤利