人工湿地污水处理系统的应用及其展望_曾桂华

人工湿地污水处理系统的应用及其展望长沙环境保护职业技术学院曾桂华[摘要]人工湿地作为一种新型的污水处理系统,具有众多的优点。分析了人工湿地的特点及运行机理,总结了人工湿地系统在污水处理中应用的发展历史,结合有关工程实例对该工艺的经济实用性作了分析,对人工湿地污水处理系统在我国的应用及前景做了展望。[关键词]人工湿地污水处理前景水是人类生存和发展的命脉。随着现代化工业和城市的发展,大量生活污水和工业废水的排放,造成许多地区的水资源严重紧张和水环境污染。因此防治水体污染、促进水资源的合理开发利用、维护生态平衡,已成为我国经济和社会发展的一项紧迫的战略性任务。据统计,全国污水排放量已达365亿m3,城市污水处理率仅7%,90%以上的污水未经处理即行排放,我国人工湿地示范工程,大有取代部分传统二级生化处理及深度处理的趋势。根据我国大部分企业难以承担废水二级生化处理运行费用的国情,推广应用此项新工艺对于节省能源,减少投资和运行费用,保护生态环境,治理废水污染等具有一定的现实意义。然而湿地科学作为目前国际众多学者关注的前沿研究领域,却还没有形成完整的科学体系。本文就人工湿地污水处理系统的特点、净化机理、发展历史等方面的研究进展作深入的介绍,并结合有关工程实例对该工艺的经济实用性及其应用前景作了一定的分析。由于水污染每年造成的经济损失约434亿元[1](贾宏宇.2001)。国际上,即使经济发达国家也由于兴建污水处理厂耗资巨大而难以承受,故迫切需要寻找经济有效的污水处理新手段。被誉为“污水处理的革命”[2](Gersberg,R.M.1984)——人工湿地(ArtificialWetlandorConstructedWetland)污水处理系统正是在这种形势下应运而生的。目前,许多先进国家如美、日、德、英、法等国都建有人工湿地示范工程。1、人工湿地污水处理系统的特点据胡康萍[3](胡康萍.1991)对白泥坑人工湿地处理系统工程与二级生化污水处理厂的比较研究表明,人工湿地系统工程具有投资低、运行费用低、耗能及维护技术低和处理效率高等“三低一高”的特点,但其与传统的二级处理比较,占地面积较大,虽然占用土地仅为欧洲同类工程的1/3,但与传统的生化法或化学絮凝法比较,占地面积仍相对较大,约为鼓风曝气占地面积的1～3倍。然而黄时达等[4]研究指出人工湿地所占用的土地,不是变成水泥厂房或建筑物,经过精心设计可变成可以种植绿色植物和养殖鱼类及两栖动物的良性生态系统,利用充分可将它建设成一个草木常青、花香飘逸、鱼儿欢跃的具有自然美感的园林,可成为多种动、植物及微生物的栖息地,因而它具有独特的环境效益。再者,人工湿地种植的植物可作为编织、造纸等原材料,同时也可开发为展示人工湿地系统处理污水新工艺的以水为主题的环境科普公园,因而具有一定的生态和经济效益[5](雷淑容.1998)。人工湿地污水处理系统作为20世纪70年代兴起的一项新工艺,在治理污染,保护生态环境方面具有以下特点:(1)费用低。据欧洲和美国已投入运行的湿地系统分析[6](Steiner,G.R.1988),尽管各个具体的系统因地而异,差异较大,但平均地看,湿地系统的投资和运行费用仅为传统的二级污水厂的1/10～1/2。(2)效果好。在欧洲和美国,凡是投入运行并达到成熟阶段的人工湿地,处理一般市政污水出水时,指标可达到BOD5<10、SS<20ppm。这基本上都能达到规定的污水排放标准。(3)适用广。据现有资料分析,湿地处理系统不仅可处理以耗氧有机物和氮、磷等营养物质为主的生活污水,尤其是对重金属和酸性的有机及无机矿物质污染有良好的去除效果。(4)对负荷变化的适应能力强。据现有研究,人工湿地系统无论对于有机污染物负荷还是水力负荷在一定范围内的波动都有很好的适应性。而且,其本身具有很好的可扩充性,因此容易适应未来不确定的负荷增长。(5)能全年运转,管理维护方便,但北方地区冬季易结冰。人工湿地系统还有一些其它特点,包括操作和维护简便,无需清除污泥,可为各种野生动物提供栖息场所等。但是,人工湿地也有一些缺点或值得深入研究的地方。表1粗略归纳了这些优缺点。表2列出了人工湿地系统与其它小型污水处理系统的比较。2、人工湿地污水处理系统的净化机理人工湿地系统可以通过沉降、过滤、化学沉淀和吸附、微生物反应和植物吸收等反应过程除去BOD、COD、SS、N、P、痕量金属、痕量有机物和病原体等污染物,即综合了物理、化学、生物—83—科技信息高校理科研究的三种作用[7](吴晓磊.1994)。物理作用中首先是沉降,通过重力作用对可沉淀固体、胶质固体、BOD、氮、磷、重金属、难溶有机物、细菌及病毒发生作用;其次是过滤作用,当污水通过湿地的填充介质、植物根系或鱼类时得到过滤;最后是吸附作用,通过粒子间的相互作用力对胶质固体发生作用