利用人工湿地去除污染物机理探讨_许衡

上海水务vol.22No.120061简介“人工湿地”是人为创造的一个适宜于水生植物或湿生植物生长的,用于处理污水的一种工艺。第一个完整的人工湿地的实验始于1974年,由前西德的Othfrensen进行。1985年,美国田纳西河流域管理局在美国东南部建造了一系列的人工湿地以处理流域内污水。我国也于1990年在深圳建成我国第一个人工湿地污水处理工程———白泥坑人工湿地污水处理系统。与别的污水处理工艺相比,人工湿地具有明显的优点:建造及运行费用低(仅为传统二级污水处理厂的1/10至1/2)、维护简单、效果好、适用面广、对负荷变化的适应能力强等。人工湿地系统不仅可处理以耗氧有机物和N、P等营养物质为主的生活污水,而且对含重金属、酸性有机及无机矿物质等工业废水也具有良好的去除效果。此外,人工湿地还可为众多野生动物提供栖息地。本文将对人工湿地构造及污染物质去除机理进行讨论。2人工湿地的构造及分类2.1构造建造人工湿地时,通常视当地的自然地理条件和土地利用情况,设计成池塘形、沟渠形和坡形等形式。人下湿地的基质通常是碎石、沸石、沙、粘土等,厚度通常为0.5～1m,主要是使之保持良好的水渗透性和使植物根系充分伸展。在湿地底部,可铺设一层塑料以防止污水渗入地下而污染地下水质。引入人工湿地的植物应选用在当地气候条件下生长期较长的植物,在中国一般选用芦苇、香蒲属植物,灯芯草等,植物的覆盖率约为75%左右。污水排入人工湿地前,一般需先作预处理,包括格栅、沉砂池、沉淀池、厌氧塘、兼性塘、化粪池等预处理。实际设计中,往往将湿地床体多级串联或并联,为保证水以推流方式流经湿地,湿地长宽比应大于3,且长不小于20m,池底坡降一般为l%～8%。2.2分类人工湿地中因水流形态的差异,可分为表面流湿地(FreeWaterSurfaceWetlands,缩写FWS)及潜流式湿地(SubsurfaceFlowWetlands,缩写SSF)两大类。(1)表面流湿地:污水在填料表面漫流,形式接近于天然湿地,因而不能充分利用填料及植物根系,卫生条件较差。FWS型人工湿地多见于气候温和地区的大型城市污水处理系统。构造见图1。图1FWS型人工湿地剖面图(2)潜流式湿地:废水在填料表面以下渗流,可充分利用填料表面及植物根系上的生物膜。在填料中由于水流连续呈厌氧态,但由于水生植物可传输较多的氧进入根系,根区附近呈好氧态。SSF型人工湿地的突出优点是很少产生恶臭及蚊蝇孳生等问题。目前应用较广泛,本文将以此为主讨论。构造见图2。利用人工湿地去除污染物机理探讨许衡上海自来水建设公司摘要对人工湿地污水净化系统的构造、类型作了较为详尽的阐述,对湿地中有机物、SS、N、P、微量元素等污染物质的去除机理作了扼要的说明。研究表明,人工湿地作为一种费用低、效果好的处理工艺,在应用于农业非点源污染控制时,有一定的优越性。关键词人工湿地污染物去除机理芦苇水面溢流出口集水沟穿孔布水管坡度i填料层隔水层28--上海水务vol.22No.12006图2SSF型人工湿地剖面图3污染物质去除机理人工湿地净化污水系统的物理、化学以及生物过程除具有土地处理的基础反应和相互作用的一般功能外,该系统以生长水生植物提供微生物栖息场所,从而发挥微生物代谢、吸收作用为主要特征,茂盛的水生植物也具有直接吸收和分解污染物的作用。维管束植物向根茎周围充氧,同时又有均匀水流、衰减风速、抑制底泥卷起和避免光照、抑制藻类生长等多种作用。根据近年发表的文献,湿地系统去除污染物的机理,大致可归纳为以下几种过程:①有机物去除:需氧过程、兼气性分解和缺氧作用;②脱氮:植物吸收和生物转化过程;③除磷:沉淀、微生物固化作用:④重金属去除:沉淀和吸附作用。3.1有机物去除在人工湿地系统中,污水中部分有机物吸附在可沉降颗粒上,这部分有机物主要通过沉降作用或过滤来去除。可溶性有机物则可通过生物膜的吸附及微生物的代谢过程被去除。反应过程中的主要氧源来自于水面复氧和植物向根区的过量氧传导。根据研究资料,约有50%的BOD5在前几米内被去除,湿地系统对BOD5的去除可达80%以上。3.2悬浮固体物质去除污水中可沉降的SS在FWS型系统中的去除,主要依靠在湿地系统中的物理沉降作用。由于湿地中水的流动缓慢、水浅,加之植物茎杆的阻挡作用,SS在进水口几米内能有效地被去除。胶体状的SS主要依靠微生物的作用和土壤渗滤作用去除。研究表明:几乎所有的固体物在系统最初到20%面积处得到去除。3.3脱氮人工湿地去除氮的机理主要包括水生植物的吸收、微生物的硝化/反硝化脱氮和氮的挥发。污水中无机氮作为植物生长过程中不可缺少的物质可以直接被植物摄取,合成植物蛋白质等有机氮,通过植物的收割从而从污水和湿地系统中去除。但这部分仅占总氮量的8～16%,因而不是主要的脱氮过程。人工湿地除氮的主要