人工湿地的除污机理及提高氮磷去除率的方法_何玉海

人工湿地的除污机理及提高氮磷去除率的方法何玉海(新疆八一钢铁集团有限责任公司计划部)摘要:人工湿地作为一种新型的生态型污水处理新工艺,在实践中得到了成功的应用,人工湿地对氮、磷的去除率虽然比传统的生物技术要高的多,但氮的去除效果不很高,一般的人工湿地对氮的去除率60%左右。介绍了人工湿地的除污机理,及进一步提高氮、磷的去除率的几种方法。关键词:人工湿地;脱氮除磷;水平流;垂直流;潜流随着经济建设的飞速发展,随着化肥、洗涤剂、农药和其它化学物质的普遍使用,城市污水中氮、磷的含量越来越多。目前,对城市污水主要采取二级处理,而活性污泥法以其工艺相对成熟、运行稳定、处理效果好而成为污水二级处理的主流工艺。传统的活性污泥法基建投资大、运行费用高,而且它主要以去除碳源污染物为目的,对氮、磷等营养物质的去除则微乎其微,经该法处理后的出水排入水体仍将造成富营养化问题。对出水进行三级处理虽然可以解决此为难题,但其投资和运行费用更高。我国作为一个发展中国家,要应用三级处理来解决污水中氮、磷等营养物质的问题,还不太现实。20世纪70年代末兴起的人工湿地污水处理法为处理水中的氮、磷提供了一种新的选择[1]。1人工湿地湿地是由水、永久性或间歇性处于饱和状态下的基质以及水生生物所组成,具有较高的生产力和较大活性的系统。人工湿地则是人工建造和监督控制的工程化的污水处理系统。人工湿地因水流方式的差异可分为三种[2,3]:(1)表面流湿地。它与自然湿地极为类似,废水从湿地表面漫流,绝大部分有机物的去除是由生长在水下的植物茎、杆上的生物膜来完成的。湿地中氧的来源主要靠水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用,但传输能力十分有限。这种湿地的运行受气候影响较大,寒冷地区不宜采用,且夏季有滋生蚊蝇的现象,故设计中一般不宜采用。(2)地下潜流湿地。污水在湿地床底下流动,一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截流等作用,提高处理效果和处理能力。另一方面由于水流在地表下流动,保温性好,处理效果受气候影响较小,且卫生条件好,很少有恶臭和滋生蚊蝇的现象。目前已在美国、日本、澳大利亚、德国、瑞典、英国、荷兰、挪威等国家广泛使用。但此系统的投资要比表面流湿地系统高。(3)垂直流湿地。污水从湿地表面纵向流向填料床底部,床体处于不饱和状态,氧气可通过大气扩散和植物传输进入湿地系统,垂直流湿地的硝化能力高于地下潜流湿地,但其建造要求高,夏季易滋生蚊蝇,需采取相应的措施。2人工湿地净化废水的机理人工湿地对废水的净化综合了物理、化学和生物三种作用[2]。湿地系统成熟后,填料表面和植物根系中生长大量微生物形成生物膜,废水流经时,SS被填料及植物根系阻挡截留,有机质通过生物膜的吸附、同化及异化作用而得以去除。湿地床中因植物根系对氧的释放,使其周围的微环境中依次呈现好氧、缺氧、厌氧状态,保证了废水中氮、磷等被植物、微生物作为营养成分直接吸收外,还可以通过硝化、反硝化作用从废水中去除,最终通过基质的定期更换或以收割植物的形式从系统中去除。2.1对有机物的去除人工湿地的显著特点之一是对有机物有较强的处理能力[3]。不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤等作用可以很快被截留而被微生物利用。可溶性有机物则通过植物根系的生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。一般人工湿地对BOD的联系人:何玉海,男,33岁,本科,工程师,乌鲁木齐(830022)新疆八一钢铁有限责任公司计划部422004年第2期新疆钢铁总90期去除率在85%～90%,对COD的去除率可达80%以上[3]。废水中大部分有机物最终被微生物转化为微生物体内细胞物质及CO2和H2O,新生的有机体最终通过基质的定期更换而从人工湿地系统去除。2.2对氮的去除人工湿地对氮的去除主要依靠微生物的氨化、硝化、反硝化等作用完成。湿地植物虽然亦吸收一部分无机氮作为自身的营养成分,用于合成植物蛋白等有机氮,进而通过植物的收割而去除。但这一部分仅占总氮量的8%～16%[4],因而不是脱氮的主要过程。由于湿地植物根毛的输氧作用及传递特性,使系统呈现连续的好氧、缺氧、厌氧状态,相当于许多串联或并联的A/A/O处理单元,使得硝化作用和反硝化作用可以在湿地系统中同时进行。资料表明:人工湿地的总氮去除率可大于60%[3]。2.3对磷的去除湿地对磷亦有很好的去除效果,理论上人工湿地对磷的去除是植物吸收、基质的吸附过滤和微生物转化三者的共同作用,但最主要的是基质对磷的吸附和沉淀作用。部分研究发现:人工湿地植物根区磷酸酶活性与TP的去除率相关性不是十分显著[5]。也有研究表明湿地生态系统中的磷主要被截留在土壤中,而在植物体内和落叶中很少,而且仅有少数的水生植物可以吸收磷[6],如棒灯心草(Schoenoplec-tusvalidus)、凤眼莲(