人工湿地在污水处理中的应用及其展望_刘衍君

收稿日期:2003-02-24人工湿地在污水处理中的应用及其展望刘衍君(中山大学环境科学研究所,广东广州510275)摘要:作为污水处理的有效途径,人工湿地具有众多的优点。分析了人工湿地的构造及去污机理,总结了人工湿地在污水处理中应用的历史及现状,并对其未来的应用前景做出了展望。关键词:人工湿地;去污机理;污水处理中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:006-947X(2003)04-0042-04湿地及人工湿地是目前一种可行的污水处理方法。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的,是一个具有较高的生产力和较大活性,处于水陆交接相的复杂的生态系统。而人工湿地(ConstructedWetlands)则是为处理污水而人为设计建造的、工程化的湿地系统,通过人工挖掘,增加水负荷,并移栽植物形成。绝大多数自然和人工湿地由5部分组成;(1)具有各种透水性的基质,如土壤、砂、砾石;(2)适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物,如芦苇;(3)水体(在基质表面下或上流动的水);(4)无脊椎或脊椎动物;(5)好氧或厌氧微生物种群[5]。从经验观点看,在处理废水中,人工湿地比自然湿地具有更大的优势[14]。人工湿地作为一种新型的水处理工艺在许多国家被广泛应用。1人工湿地的构造特点及其去污机理1.1构造及特点人工湿地是一种人工建造和监督控制的与沼泽类似的地面,其设计和建造是通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来进行的。其构造可简述为:在一定长宽比及底面坡降的洼地中,按一定坡度填充选定级配的填料如石子,在填料表层土壤中种植一些处理性能良好,成活率高,生长周期长,美观及具有经济价值的水生植物(如芦苇),构成一个湿地生态系统。人工湿地处理污水具有高效率、低投资、低运转费、低维持技术、占地少、低能耗等优点,比较适合于管理水平不很高,水处理量及水质变化不很大的城郊或乡村。1.2去污机理人工湿地具有独特而复杂的净化机理,利用基质-微生物-植物复合生态系统的物理、化学和生物的3重协调作用,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化。同时,通过营养物质和水分的生物地球化学循环,促进绿色植物生长并使其增产,实现废水的资源化和无害化。简单地说,不溶性有机物可通过湿地的沉淀、过滤从废水中截留下来被微生物利用,可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。依靠微生物的氨化、硝化和反硝化作用可完成对氮的去除。人工湿地对磷的去除是通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等几方面共同作用完成的。此外,还可以利用微生物的分解及植物的吸收去除硫化物;依靠流动相在湿地系统流动过程中产生沉淀、过滤、络合、吸附作用而去除重金属。2人工湿地污水处理的起源、发展及现状分析2.1起源人工湿地污水处理起源于德国。1953年,德国的MaxPlanck研究所首例采用人工湿地净化污水,该研究所的Seidel博士在研究中发现芦苇能有效地去除无机和有机污染物。20世纪60年代中期,Seidel与Kickuth合作开发了“根区法”由Kickuth于1972年提出了根区理论。该理论推动了对人工湿地污水处理的试验研究,掀起了人工湿地研究与应用的“热潮”。2.2发展与现状分析(1)普及速度快在全世界范围内,虽然利用湿地处理污水还是—42—云南环境科学第22卷第4期2003年12月DOI:10.13623/j.cnki.hkdk.2003.04.014一门新兴技术,但其普及速度之快、范围之广却出乎人们所料。80年代仅丹麦就建立了30多个人工湿地废水处理场,此外美国、德国、英国等国家也广泛开展了这方面的工作[11]。Coioer和Find-kater1990年的调查显示,北美至少有300个以上的湿地系统用于处理工业、城市生活污水,而在英国和欧洲则超过500个。我国进行湿地处理系统研究较晚,在”七五”期间才开始了人工湿地研究工作。继天津市环保所在1987年建成我国第一个芦苇地工程之后,1989年于北京昌平县、1990于深圳白泥坑等地又建成了湿地处理系统示范工程,占地面积为12.6hm2,处理规模为3100m3/d,其出水达到了二级处理水平。1993年由武钢大冶铁矿承建,湖北省环保所、大冶铁矿、黄石市环境监测站3方合作在大冶铁矿炸药车间建立面积为200m2的中试性人工湿地,用以处理铁矿炸药车间排放的含氮污水。1999年,漳州市天宝造纸厂因地制宜,利用荒废的低洼地建造小型水葫芦———水草人工湿地,进行厂外废水治理,处理后出水灌溉香蕉园,实现了废水不外排,为我国乡镇造纸企业废水治理提供了有益借鉴。我国湿地处理发展较晚,仍处于起步阶段。目前人工湿地的研究和应用正方兴未艾。(2)处理对象范围广早期的人工湿地主要