基于增氧的潜流人工湿地强化措施研究进展

2014年l2月第12期基于增氧的潜流人工湿地强化措施研究进展周佚芳，甄葆崇，李怀正，陈珂莉(1．同济大学环境科学与工程学院，上海200092；2．闵行区污水运营有限公司，上海201199)摘要：指出了人工湿地是一种行之有效的农村污水分散式处理措施，但氧的缺乏在一定程度上制约了人工湿地的处理效率以及应用范围。在研究大量文献的基础上，归纳了人工湿地的氧来源及各来源的贡献水平，并综述了近年来国内外为改善湿地内部氧环境，对湿地结构上及运行模式上进行的改良，并从复氧原理、复氧能力、存在的问题等角度对各强化措施进行了介绍：主要强化措施有跌水复氧、通气管复氧、人工曝气、变浸润线运行与间歇进水方式。目前结构上的改良存在复氧能力有限、增加管理运行费用、增加施工难度等问题；运行模式的改变能在不过分增加额外投入的前提下得到良好的复氧效果并提升湿地处理效率，也可与结构上的改良共同使用。但是间歇进水的脉冲频率对于不同污染物的去除的影响还缺乏深入的定量研究。关键词：潜流人工湿地；复氧；强化措施中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：16749944(2014)12—0128—051引言国家“十二五”规划中指出，目前我国城市污水处理率已提高到72％，然而农村水环境状况却愈加恶劣。其主要原因之一就是城市污水厂常用的技术基建投资及运行费用大，农村经济实力与技术力量难以满足。而人工湿地这种能耗小、人工费用低的水处理措施为小城镇与农村的水处理提供了更合适的选择]。通过湿地处理的污水可以通过农业灌溉等方式得到回用。但是，人工湿地在实际运行中还是存在占地面积较大、处理负荷无法提高的问题。人工湿地作为一种生态处理方式，氧气充足与否对于硝化与有机物生物降解具有决定性的作用]。微生物的生存以及其对有机物、氮、磷等的去除效果与氧有着直接的关系。同时，氧的分布规律也受各类污染物降解过程的影响]。为了改善湿地内部氧环境，国内外通过改变湿地结构、改变运行模式等方式对湿地进行了强化。2氧的来源及其传递根据以往国内外的研究，目前认为潜流湿地内部氧气主要有三个来源：大气复氧、植物根系泌氧以及进水中的溶解氧’]。进水中的溶解氧以2o℃、一个标准大气压计算，纯水中溶解氧约为9mg／I，远低于市政污水中有机物含量，所以进水溶解氧远不足以提供市政污水处理需要的氧气量。植物在湿地复氧中的作用大小一直以来都是一个备受争论的话题。1977年，德国学者Kickuth提出“根区理论”，为湿地中污染物降解与溶解氧状况的研究奠定了理论基础]。根区理论的内容是：湿地通过光合作用产生的氧能够通过植物的运输组织和根系的输送作用向根圈释放。一部分氧气扩散到周围基质中形成好氧区域和缺氧区域，远离根区的地方则处于厌氧状态]。A．I．Stefanakis等进行了植物对于湿地处理效果的实验。结果表明，植物的存在对有机物、氮、磷的去除效果有不同程度的提高]。鄢璐测定了芦苇潜流型水平流湿地一天内上午8时至下午l8时床层上、中、下三部分溶解氧平均浓度的变化规律与芦苇光合作用强度的日变化曲线。结果显示湿地内氧浓度的变化规律与芦苇光合作用日变化曲线具有一定相似性。这表明植物产氧是湿地最重要的氧来源之一l7]。然而HansBrix等人在对侧流式潜流湿地的研究中发现进入湿地内部的氧通量为5．86g／(rfl·d)，其中2．o8g／(m·d)是通过芦苇中空的茎传递的。但是通过茎输送的氧通量几乎都被植物根系的呼吸作用消耗，仅剩0．02g／(ITI。·d)能释放到周围土壤中。由此得出以湿地植物为中介的复氧对于BOD的降解及生物硝化不具太大重要性l_gJ。目前普遍结论是，植物根系泌氧量不足以满足市政污水的需求。王晟等通过对生活污水处理生产试验湿地基质微生物监测发现，仅靠植物根系泌氧与进水溶解氧基质内表现为典型的厌氧／缺氧环境。在进水溶解氧与植物根系泌氧供氧能力都很有限的情况下，通过大气对流扩散作用的复氧在湿地系统中扮演着主要角色。研究表明，对于处理市政污水的垂直流湿地来说，大气复氧是其主要氧来源，贡献率可以达到99．9。然而，在潜流湿地中，大气扩散到水面之前要先经过不饱和的基质和土壤落叶层，这对大气扩散无疑是一种阻碍，而且氧气在水中的扩散比在空气中扩散要慢得多，所以影收稿日期：201411O3基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(编号：2013ZX07312—001—005)资助作者简介：周佚芳(I991一)，女，江西吉安人，同济大学环境科学与工程学院硕士研究生。通讯作者：李怀正(1962)，男，上海人．教授，主要从事环境污染控制技术研究工作。128md技一科～色绦一m周佚芳，等：基于增氧的潜流人工湿地强化措施研究进展环境及保护响大气扩散复氧的因素有环境因素(如空气温度与水温)、湿地床体的饱和度以及是否采取其他复氧措施[5。杜晓丽通过