人工湿地在水污染处理中的应用_江小林

科技信息水是生命之源，是基础性的自然资源和战略性的经济资源，但世界上可供人类利用的水资源很少。地球上水的总量约为13.6亿km3，在地球表面的覆盖率为70.8％。然而，其中近97.5％的水是咸水，无法直接饮用。在余下的2.5％的淡水中，有89％是极地和高山上的冰川和冰雪，人类难以利用。因此，人类能够直接利用的水仅仅占地球总水量的0.26％[1]。我国是世界上13个贫水国家之一，水的供给和需求矛盾十分突出。我国的水资源危机不仅表现在总量的匮乏，还表现为水质的恶化、水体功能的下降、水生生态系统结构的破坏和功能的衰退，水污染问题十分严峻。目前常用的废水净化处理技术主要有三类，即物理处理法，化学处理法和生物处理法(在实际应用中这几种方法往往综合起来采用)。它们都是通过一系列工艺流程以及各种物理作用、化学作用和生物作用将废水中的有毒有害物质分离出去，或将其转化为无害而稳定的物质，从而实现对水体的净化。然而，这几种常规水处理方法虽然具有净化效率高，周期较短等优点，但也有投资大，成本高，工艺复杂等缺点，对于人口众多，经济水平相对落后，用地紧张，尤其是城镇建设用地紧张，而且许多地区缺乏具有一定操作、管理和技术水平的系统管理操作人员，要大面积推广普及这些废水处理技术还尚待时日，且一般难以进行深度的脱氮除磷。因此，开发高效节能、清洁、符合我国国情的可持续发展的污水处理新方法以解决我国日益严重的水污染问题，是目前乃至今后很长一段时间城市污水处理技术研究的重点和必然趋势。1.生态修复技术随着对水体富营养化问题的日益重视，加之“生态文明”建设已经提上日程，人们逐步认识到水体富营养化控制是一个典型的生态问题，生态问题必须用生态学方法解决。生态修复有些是以土壤为基础，有些是水生植物处理系统。这些自然生态系统主要是通过慢速处理、快速渗滤、表面径流、人工湿地等对污水进行净化处理。人工湿地是近年来迅速发展起来的一项生态治污技术，作为一种新兴的生态废水处理工艺，与别的废水处理工艺相比，人工湿地具有其明显的优点：出水稳定、建造及运转费用低、维护简单、效果好，适用面广、对负荷变化的适用能力强。湿地处理系统不仅可处理耗氧有机物和氮、磷等营养物为主的生活污水[2-3]，而且对含重金属、酸性有机与无机物质等工业废水也有良好的去除效果[4-5]。另外建造的人工湿地还可为众多野生动物提供栖息地和具有美学价值等优点[6]，这使得20世纪80、90年代，人工湿地在发达国家和发展中国家的城市生活污水处理中得到了广泛的应用。人工湿地的原理：人工湿地对废水的处理综合了物理、化学和生物的三种作用。湿地系统成熟后，填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时，大量的SS被填料和植物根系阻挡截留，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被除去。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境中依次出现好氧、缺氧、厌氧状态，保证了废水中的氮磷不仅能通过植物和微生物作为营养吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用将其除去，通过对湿地床填料的定期更换及对湿地植物的收割而将新生的有机体从系统中去除。2.人工湿地的类型人工湿地根据废水在湿地中的不同流动方式[7]，可以分为三类，即潜流型人工湿地(Sub—surfaceFlowWetland，SSFW)、表面流人工湿地(SurfaceFlowWetland，SFW)和垂直流人工湿地(VerticalFlowWetland，VFW)。潜流型湿地是污水在填料表面下渗流，因而可充分利用填料及植物根系的生物膜来处理污水，尤其对有机物的去除能力突出。表面流湿地是污水在填料表面漫流，通过水面以下植物茎杆上的生物膜来完成对绝大部分有机物的净化。垂直流湿地的污水从垂直流入人工湿地表面纵向流向填料的底部。不同类型的人工湿地对特征污染物的去除效果不同，并具有各自的优缺点。人工湿地根据湿地中的主要植物形式可分为[7]：浮水植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统。目前沉水植物系统还处于试验阶段，浮水植物系统主要用于生物氧化塘，一般所指的人工湿地是挺水植物系统。2.1人工湿地的构成人工湿地主要由5部分组成：(1)具有透水性的基质，如土壤、砂、砾石；(2)好氧和厌氧微生物；(3)适应在经常处于水饱和状态的基质中生长的水生植物，如芦苇等；(4)无脊椎或脊椎动物；(5)水体[8]。2.2人工湿地的应用人工湿地可以接受大规模的生活污水和低浓度的工业废水混合进水，具有高效低耗简单实用的特点，所以可以应用在小城镇污水处理中。并且，在控制有毒有机物和重金属的基础上，对来水进行初步和二级处理，出水可以用于行道树喷洒、林木农田灌溉以及生活用水等。这样人工湿地工程还可作为地区的一个旅游景观。人工湿地处理系统又一大特点是可以有效地去除N、P等营养物质，通过植物和微生物的吸收同