人工湿地污水处理研究与进展_李向心

第25卷第4期Vol.25No.42004青岛建筑工程学院学报JournalofQingdaoInstituteofArchitectureandEngineering人工湿地污水处理研究与进展李向心,武周虎,孔德玉,孔德刚,伊冬梅(青岛理工大学环境与市政工程学院,青岛266033)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.湿地处理系统综合了物理、化学、生物三种作用,能够去除污水或废水中的有机物、氮、磷和重金属.人工湿地的设计主要有两个方面的计算,一是水力学计算;二是反应动力学计算.湿地污水处理是一种不成熟的方法,还需进一步研究.研究内容有各种污染物的去除效果跟各种影响因素的关系、污染物的去除机理等.研究方法有模拟湿地试验和实际湿地试验.关键词:湿地,污染物,去除机理,降解,水力学中图分类号:X703湿地是地球生态的重要组成部分,具有巨大的环境功能.然而,迄今为止国际上还没有统一的定义和分类,为数不多的国家的科学家和政府对湿地有各自的理解和定义.[1,2]作为一种水处理方式,可以把湿地理解为:湿地为水位接近或高于地面的,或有足够长时间能促成湿土形成或水化过程的,土壤水饱和的,以水成土和各类适应水环境的生物为特征的土地.湿地作为介于干地和水域之间的一种生态环境,具有许多不同于干地和水域特征,特征有:①光合作用产品的生产力高;②湿地类型和生物多样性显著;③水文情势、土壤条件和生态群落的过渡性;④易受自然及人为活动的干扰,生态平衡极易受到破坏,受到破坏后很难得到恢复的脆弱性;⑤它既具有成熟生态系统的特点,又具有不成熟生态系统的特点,即两重性.[3]正是因为这些特点,天然或人工湿地才可用来处理各种污水,其中芦苇湿地是一种常用的湿地,处理方法具有低成本、易操作和高效率的特点,可用于生活污水和部分工业废水的处理,如造纸工业废水的处理.基建投资、运转费用和能耗均为常规二级处理方法的1/3～1/5,并有较好的经济效益和生态效益.1湿地处理污水的原理1.1物理、化学、生物作用湿地土壤是固相和液相组成的疏松多孔体系.土壤是岩石风化形成大小不同的颗粒组成的,它的物理化学性与生成土壤的岩石有关,与风化生成的颗粒大小有关.土壤中除矿物质外,还含有部分有机质(约1%～10%).土壤中含有大量的胶体颗粒,这些胶体有有机胶体、无机胶体、有机—无机复合胶体,它们具有很大的表面积和表面能,对去除有机物和重金属具有重要作用.当然不同的胶体比表面积、表面电荷密度、交换容量是不同的,且pH影响胶体的性质.在湿地处理系统中物理作用主要是沉淀、过滤和吸附,可去除固体悬浮颗粒.北京市环境保护科学研究院丁廷华的试验表明:[4]不溶性BOD5(约占总BOD5的50%左右)和SS在进水5m的距离内可迅速地被去除;约90%的SS在进水10m以内得以去除.在垂直流和潜流型湿地中,水流过土壤,土壤就成了天然的滤床,使得SS得以去除.在表面流湿地中,水曲折的在稠密的植物间流动,稠密的植物使水的紊动性减小、稳定性增强,有利于固体颗粒的沉淀.化学作用主要是对重金属的去除,在潜流型或垂直流湿地中,重金属与填料发生化学反应,留在填料中,最后被植物吸收,或以更换填料的方式被去除.化学作用与土壤胶体的2002年山东省环保重点科技项目资助收稿日期:2003-03-05性质极为密切,无机胶体通常吸附有一定的阳离子,它们易被重金属阳离子取代.pH值会影响无机胶体的交换吸附.有机胶体可与重金属形成络合物.生物作用比较复杂,主要是水生植物和各种微生物的协同作用.湿地中水生植物一般有一种或两种占优势,其它的则处于次要地位,如芦苇长势好的湿地中杂草很难生长.植物的作用有:①水生植物的根系为细菌提供了多样性生境,根区的细菌可降解多种污染物质;②光合作用产生氧气,输送至根区,有利于微生物的好氧呼吸;③水生植物直接吸收利用废水中的营养物质及吸附、富集一些有毒有害物质;④能固定土壤中的水分,固定污染区,防止污染源的进一步扩散;⑤维持介质的水力传输,由于植物的根和根系对介质的穿透作用,在介质中形成了许多微小的气室或间隙,减小了介质的封闭性,增强了介质的疏松度,从而介质的水力传输得到加强和维持.相对于清水中,污水中的微生物数量多但种类较少.这是因为污水中营养丰富,能“供养”更多的微生物,但由于有些微生物不能适应污水环境被淘汰,适应环境的微生物则被强化.微生物有细菌、放线菌、真菌.污水中的有机物降解、氮磷的去除,主要是通过各种微生物的联合作用进行的.[5]通过分析各种微生物数量与有机物、氮、磷等污染物去除率的相关关系可得到各种微生物在处理污水过程中的作用,除微生物外湿地中还有大量的后生生物和高等动物,如鱼、两栖类、鸟类,这些生物形成复杂的食物网对维持湿地生态平衡起着重要的作用.1.2氧