人工湿地_一种新型生态污水处理系统_崔程颖

人工湿地—一种新型生态污水处理系统`崔程颖`马利民赵建夫`(同济大学环境科学与工程学院,上海2。。c92)摘要湿地是地球生态的重要组成部分,天然和人工湿地可用来处理各种工业废水和生活污水.人工湿地作为一种低能耗并与环境相和谐的污水处理工艺,正得到人们越来越多的关注与应用.文章阐述了人工湿地处理污水系统中人工基质、水生植物、微生物对废水污染物的去除机理以及湿地污水处理系统在国内外的应用现状。关键词人工湿地污水处理机理应用湿地是自然界最富生物多样性和生态功能最高的生态系统。湿地为人类的生产、生活与休闲提供多种资源,是人类最重要的生存环境。湿地在抵御与调节洪水、控制污染和降解污染物等方面具有不可替代的作用,被喻为“地球之肾”;然而,由于人口的急剧增加以及人类对湿地认识的片面性,导致对湿地的破坏和不合理的开发利用,湿地面积减少,生物多样性丧失、功能和效益衰退,严重危及湿地生物的生存,制约人类社会经济的发展。近年来,湿地降解污染物的能力逐渐被人们所认识到,作为一项新兴的污水处理技术,湿地在全世界范围内被广泛地研究和利用。1人工湿地的净化机理人工基质、水生植物和微生物是人工湿地的主要组成部分。人工基质为微生物的生长提供稳定的依附表面,为水生植物提供载体和营养物质,并通过一些物理和化学途径净化污水;水生植物除直接吸收利用污水中的营养物质及吸附、富集一些有毒有害物质外,还有输送氧气到根区和维持水力传输的作用;微生物的代谢作用是污水中有机污染物降解的主要机制。同时他们相互联系,互为因果,形成一个系统。废水可以在人工基质缝隙中流动或在床体的表面流动,并在床的表面种植具有污水处理机能好、成活率高、抗水性能强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物。当废水流经时,固体物被人工基质及植物根系阻拦截留,有机质通过生物膜的吸附,同化及异化作用而得以去除。因湿地植物根系对氧的传递释放,湿地床层及其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态,有利于硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用,达到除氮磷的效果,最后通过湿地基质的定期更换或植物收割使污染物质最终从系统中去除。一般地污水中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;污水中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被分解去除。1.1人工基质目前广泛应用的人工湿地主要以沙粒、沙土、土壤、石块为基质,这些基质一方面为微生物的生长提供稳定依附表面.同时也为水生植物提供了载体和营养物质。当污水流经人工湿地时,基质通过一些物理的和化学的途径(如吸收、吸附、过滤、离子交换、络合反应等)来净化去除污水中的N、P等营养物质。研究发现加人人工湿地系统中的磷70%一80%通过沉淀或吸附作用存留在土壤中,留存于植物体和调落叶中的很少,基质对无机磷的去除作用因填料不同而存在差异,若土壤中含有较多的铁、铝氧化物,有利于生成溶解度很低的磷酸铁或磷酸铝,使土壤固磷作用大大增加;若以砾石为填料的湿地,砾石中的钙可以生成不溶性磷酸钙而在废水中沉淀。花岗石和粘性土壤为主要介质的人工湿地对污水中磷的去除率达90%以上。如何选择合适的基质类型对去除污水中的磷显得十分重要。值得注意的是磷的这种吸附沉淀反应不是’本课题得到国家“十五”攻关重大项目(ZoO3BASOSI))245永久地沉积在土壤中.至少部分是可逆的。当污水中磷的浓度较低时,有部分磷又可重新释放到水中。人工基质的作用在某种程度上是在作为一个`“磷缓冲器”来调节水中磷的浓度,那些吸附磷最少的土壤最容易释放磷。1.2水生植物水生植物在人工湿地系统中的作用十分重要。一方面水生植物能直接吸收利用污水中的营养物质供其生长发育,同时还能吸附、富集一些有毒有害物质,如重金属Pb、(二d、Hg、As、Ca、Cr等,其吸收积累能力为沉水植物>飘浮植物>挺水植物。不同部位,浓缩倍数不同一般根>茎>叶。研究认为植物对有毒有害物质的吸收以被动吸收为主,增加植物和废水的接触时间,可增强植物对其的去除率;另一方面水生植物通气性能好.根系发达并交织成网,能将氧气输送到根区,如芦苇根系释放氧的量高达28.89/mZd.为微生物的生存和降解有机污染物提供了必要的场所和好氧厌氧条件。1.3微生物图1人工湿地处理污水时,有机物的降解和转化主要由植物根区微生物活动来完成。湿生植物通过通气组织的运输,将氧气输送到根区,在植物根须周围微环境中依次出现好氧区、兼氧区和厌氧区(如图1所示),为好氧微生物和厌氧微生物大量存在提供了条件,废水中大部分有机物在好氧区内被好氧微生物氧化分解,而在还原区域内则经厌氧细菌的发酵作用将有机物分解。细菌能使含氮化合物转化为可供植物和微生物利用的含氮无机化合物,真菌具有强大的酶系统,能引起纤维素、木质素、果胶等的分解,能分解蛋白质化合物释放氨;放