人工湿地系统的除污机理及影响因素探讨

土壤(Soils),2009,41(4):520~524人工湿地系统的除污机理及影响因素探讨周金娥1，唐立峰2（1广西大学土木建筑工程学院，南宁530004；2广西桂台房地产开发有限公司，南宁530003）摘要：人工湿地作为一种新型的污水处理实用新技术，正受到人们越来越多的关注。本文详尽地介绍了人工湿地的除污机理，分别就该工艺中氧的变化特性，对有机物、N、P的去除机理及湿地中微生物的特征作了阐述，简要分析了影响人工湿地净化效果的主要因素，从而为该技术的推广提供理论参考。关键词：人工湿地；污水处理；机理；影响因素中图分类号：X703人工湿地是一种由人工建造和监督控制的，与沼泽地类似的湿地生态系统[1]，它利用基质-微生物-植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、拮抗、氧化还原、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增长，实现废水的资源化与无害化。它具有建造运行费用低、技术含量低、维护管理方便的特点，能够直接或间接提供经济效益，比较适合管理水平不高、水处理量或水质变化不很大的城郊或乡村。人工湿地最早用于污水处理是1974年西德的第一处湿地系统，并发现其具有良好的优越性能，因而在污水处理方面获得较快的发展。近几年来，国内外对人工湿地系统的研究日益重视，已召开过4次国际会议，总结出各国人工湿地废水处理的经验，提出了一些有关的机理和参考设计规范及数据。现今在欧美、澳洲等地区和国家已有一些成功应用人工湿地污水处理的工程实例及相应的大量研究工作[2-3]。我国也先后在北京、天津、深圳等地建造了不同规模的人工湿地处理示范工程，并已有不少学者和单位展开了对人工湿地处理系统的机理、设计及应用的研究工作。1人工湿地的净化机理人工湿地对污水的处理有十分复杂的净化机理，但一般认为，净化过程综合了物理、化学和生物的三重协同作用。物理作用，主要是对可沉固体、BOD5、N、P、难溶有机物等的沉淀作用，填料和植物根系对污染物的过滤和吸附作用；化学作用是指人工湿地系统中由于植物、填料、微生物及酶的多样性而发生的各种化学反应过程，包括化学沉淀、吸附、离子交换、氧化还原等；生物作用则主要是依靠微生物的代谢（包括同化、异化作用）、细菌的硝化与反硝化、植物的代谢与吸收等作用，达到对污染物的去除。最后通过对湿地基质的定期更换或对栽种植物的收割，而使污染物质最终从系统中去除。下面分别对人工湿地系统中氧的变化特性、有机物的去除、N的去除、P的去除及微生物的特征加以阐述。1.1湿地中氧的变化特性人工湿地中各种物质传递和转化因含氧差异而有所不同。湿地中氧的来源主要是植物根毛的释放、来水及水面更新溶氧。湿地植物通过光合作用产生的氧气，一部分通过输运组织和根毛输送释放到湿地环境中，并在根毛周围形成了一个好氧区域，而离根毛较远的区域呈现缺氧状态，更远的区域则完全处于厌氧状态[4]，这样就形成了连续的好氧、缺氧及厌氧环境。这些溶解氧（DO）含量不同的区域分别有利于废水中不同污染物的降解、转化及去除。李科德和胡正嘉[5]对芦苇床系统内污水处理的氧化还原动态的测定表明，在芦苇湿地处理污水前，随光照强度的增加及光照时间的延长，芦苇根区的氧化还原势（Eh）逐渐升高，夜间，由于缺乏光照，Eh逐渐降低。这说明芦苇叶片通过光合作用产生的O2是通过芦苇的茎和根输送到了根区，同时不断向水体扩散，使得水体中的溶解氧增加。DO在水体中具有累积效应，到天黑时累积量达到最大值。夜间，由于芦苇根作者简介：周金娥（1981—），女，湖北监利人，讲师，主要从事水污染控制与防治方面研究。E-mail:zhouje123@163.com第4期周金娥等：人工湿地系统的除污机理及影响因素探讨521系的呼吸作用和床内微生物的代谢作用使得水中的DO浓度下降。根据一天内湿地床中DO的累积量可以计算出芦苇向水体的供氧能力。一般水生植物根区水DO浓度常保持在1.53~1.95mg/L之间。1.2人工湿地对有机物的去除人工湿地的显著特点之一就是对有机物有较强的降解能力。污水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留而被微生物利用，而污水出水中的可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。因此湿地床对有机物的去除作用是物理的截留沉淀和生物的吸收降解共同作用的结果。废水中大部分有机物最终是被异氧微生物转化为微生物体及CO2和H2O，通过对填料床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。对生活污水处理的实例表明[6]，人工湿地对COD、BOD5及SS的去除率均达到了85%以上，达到了国家生活杂用水水质标准。人工湿地虽对有机物具有较高的去除能力，但是随着处理的运行会出