人工湿地技术的应用及展望_罗勇

中国新技术新产品中国新技术新产品生态与环境工程2009NO.21ChinaNewTechnologiesandProducts人工湿地技术的应用及展望罗勇(宿松县环境监测站，安徽宿松246500)人工湿地是通过模拟自然湿地，认为设计与建造的由基质、植物、微生物和水体组成的复合体[1]，与传统的耳机处理技术相比，具有建设运行成本低、能耗少，出水水质好，运行维护方便，系统配置可塑性强，对负荷变化适应性强，有较强的有机物、营养物质去除能力以及生态环境效益显著并可美化环境，实现废水资源化等特点[2，3]。1人工湿地的发展历史人类有意识地利用湿地系统进行污水处理，始于20世纪70年代。人工湿地作为一个新发明，最早出现于1904年澳大利亚BrianMackney发表的一篇文章中。但在其发展历史中，德国是这一工程的先驱者。1953年，德国的Seidel发现芦苇能去除大量的有机物和无机物。60年代中期，Seidel与Kickuth合作并由Kickuth开发了“根区法”，该方法的出现，推动了70年代人工湿地污水处理技术的研究与发展。人工湿地污水处理技术的发展包括两个阶段：第一阶段是在20世纪70年代，这一阶段保持了天然湿地的原有结构并已泥沼的形式存在，而且常将湿地系统与氧化塘处理结合起来以提高氧化塘系统的处理效果；第二阶段是20世纪80年代以后，湿地系统发展为由人工建造的、以不同粒径的砾石和豆石为填料基质的、并种植有一定去污能力的植物处理系统。从此进入了规模性的应用阶段。美国、德国、英国、法国、丹麦、奥地利、比利时、卢森堡及荷兰等国家都建立了人工湿地污水处理系统，主要用于小城镇的污水处理。90年代以来，国外人工湿地污水处理得到极快的发展[4]，已应用于农业污水、家畜与家禽的粪水、垃圾渗滤液、城市暴雨径流或生活污水、富营养化湖水、矿区重金属污水、炼油厂废水以及其他工业活动产生的污水的处理。由此可以看出，湿地技术将会越来越受到人们的重视，并得到越来越多的应用。2人工湿地研究进展自从1903年英国约克郡Earby建造世界上第一个人工湿地处理污水之后，人们对湿地的污水净化机理展开了广泛研究，逐渐从“黑箱理论”深入到包括污染物去除机理、影响因素、工艺结构等方面的研究。2.1人工湿地污染物去除机理研究有机污染物在人工湿地系统中的去除主要通过三种途径：一是污水中的可溶性有机物可被植物根系与填料表面上的生物膜吸附、吸收和代谢作用；二是较大的不溶性有机颗粒团经沉降过滤被填料与植物截留，并可部分被微生物降解；三是通过对填料的定期更换和植物收割将新的有机体从湿地中去除[5]。2.2人工湿地去除效果影响因素研究在对人工湿地去除机制的研究基础上，人们开始对影响人工湿地的因素进行研究。主要包括基质、植物、微生物和温度等。研究表明：填料对磷的去除影响较大。袁东海等[6]研究发现，基质吸附的磷素转化为Ca-P、Fe-P和Al-P得含量同基质Ca、Fe和Al的含量呈极显著的幂函数关系，并和基质中钙、铁和铝的形态有关，表现为基质全钙、氧化钙、水溶性钙、游离氧化铁、铝和胶体氧化铁、铝的含量越高，其固定形式的磷酸钙盐、磷酸铁盐、磷酸铝盐越多，基质净化磷酸的能力越强。因此成分不同的填料，对磷吸附能力也不同[7~9]。Kadlec等[10]的研究表明，在美国，多数除磷填料湿地在运行初期磷去除率达90%以上，但运行4~5年后，由于磷在系统内的积累使磷去除率急剧下降，甚至会发生磷的解吸。通过添加化学絮凝剂、沉淀剂能显著提高基质净化磷素的能力[11,12]。另外，根据污水中污染物的种类、特征采取几种基质的组合或开发复合基质成为趋势。许多研究显示，人工湿地植物对氮磷和有机物的去除有一定的增强作用。微生物的活动是污水中有机物降解的主要机制或净化污水的“主力军”。另外，温度直接影响N的氨化、硝化和反硝化过程，从而影响人工湿地对N的去除，低温下微生物基质酶的活性将受到抑制，导致酶促反应速度很慢，进而影响到硝化和含氮有机物的降解。反之，在较高温度下植物叶面和根部的代谢活动得到了加强，局部微生物的代谢活动也增强，进而提高对氮的去除率。2.3人工湿地组合工艺研究为了深化人工湿地处理效果，扩大人工湿地技术的应用范围，人工湿地的工艺也在不断更新中。或者人工湿地与各种前处理工艺相结合，或者几种不同形式的湿地结合组成新工艺，扬长避短，使处理系统具有更好的稳定性和处理结果。表面流人工湿地与潜流人工湿地组成新的工艺后，可以结合两者的优点，使得污水处理系统具有处理效果稳定、水力负荷大的特点，Lin等和大港油田污水处理工程分别采用该工艺处理虾养殖场废水和生活污水均取得了较好的环境经济效益。籍国东等利用隔油池+气浮单元和砂滤池+厌氧塘+冬贮兼性塘+人工芦苇湿地的组合工艺处理可生化性极差的稠油采出水，出水达到二级排放标准，获得