人工湿地系统的除污机理_沈耀良

1997年第3期江苏环境科技人工湿地系统的除污机理沈耀良王宝贞(苏州城建环保学院苏州215011)(哈尔滨建筑大学哈尔滨15001)摘要根据人工湿地系统的基本构造、植物的作用特性及有关研究,分析了该工艺中氧的转移变化规律,对有机物及氮、磷的去除机理和湿地床系统中微生物种类、数量及主要特征。研究表明,湿地床系统中有机物的去除是通过多种微生物的协同作用实现的;氮的去除以连续地硝化和反硝化作用为主要途径;磷则是通过湿地床的截留、聚磷菌的过量吸收及与填料床中砾石的反应等过程而去除的。湿地床植物根系较高的氧化还原势为微生物的活动创造了有利的条件,微生物的数量、种类及其特征与污染物去除率之间有良好的相关性。关键词人工湿地废水处理机理前言人工湿地(CW)是一种新型废水处理工艺,具有处理效果好、氮磷去除能力强、运转维护管理方便、工程基建与运行费用低及对负荷变化适应性强等优点。近几年来,国内外对人工湿地系统的研究日益重视,并已召开过四次国际会议,总结各国人工湿地废水处理的经验,提出了一些有关的机理和参考设计规范及数据。1996年9月在奥地利维也纳召开的第四次国际研讨会,标志着人工湿地系统作为一种独具特色的新型废水处理技术已正式进入水污染控制领域。目前,国外已有数百座人工湿地处理系统,处理规模有大有小,规模最小的仅处理一家一户排放的污水,规模大的用以处理100()人口排放的污水(系统占地500时)。1985年以来,美国田纳西河流域管理局在美国东部建造了一系列人工湿地系统处理该流域内的废水。我国自“七、五”开始对人工湿地开展研究以来,已建成一些示范工程及芦苇湿地系统,但对人工湿地系统的设计、除污机理等的研究还缺乏一定的深度,尚有待开展这方面的深入研究。人工湿地是一种由人工建造和监督控制、与沼泽地类似的处理系统,它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对废水的净化。这种湿地系统是在一定长宽比及底面坡度的洼地中,由土壤和按一定坡度填充的级配填料(如砾石等)的填料床组成。废水在填料床的缝隙中或床体表面流动。在床体表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长期长、美观、且有经济价值的水生植物(如芦苇、茬芷等),形成一个独特的动植物生态系统。当床体表面种植芦苇时,常称之为芦苇湿地。人工湿地通过植物的光合作用及茎、根的输氧作用,供给湿地床除污需氧量;同时由于发达的植物根系及填料表面生长的生物膜的作用、填料床体的截留作用及植物对营养物的吸收作用,而实现对废水的净化。人工湿地按废水湿地床中的不同流动方式可分为三类,即潜流湿地(SubsurfaeeFlowWetland,SSFW)、地表流湿地(SurfaeeFlowWetland,SFW)和垂直流湿地(VertiealFlowwetafnd,vFw)。后两种湿地系统因环境条件较差、处理效果受气温影响较大及对基建要2人工湿地的基本构造及类型江苏环境科技1997年第3期求较高,目前已不多采用。在潜流湿地系统中,污水经配水系统(由卵石或砾石组成)在湿地的一端均匀地进入填料床植物的根区,并在填料床内部流动。床体表面植物生长有极为发达的根系,可以深入到表土以下0.6一0.7m的砾石层中,并交织成网而与砾石一起构成透水性良好的系统。这些植物根系具有较强的输氧能力,可使根系周围的水环境中保持较高浓度的溶解氧,供给生长在砾石和根系表面好氧微生物的生长,并在根系周围形成好氧、缺氧和厌氧环境,通过多种微生物的协同作用、床体的截留作用等实现优良的处理效果。图1所示为潜流湿地系统。的运输组织和根系的输送作用释放到湿地环境中,如图2所示。由于植物根系的输氧作用使根系周围形成一个好氧区域,同时由于好氧生物膜对氧的利用而使离根系较远的区域呈缺氧状态,而在更远的区域则呈厌氧状态。这些溶解氧含量不同的区域分别有利于废水中不同污染物的降解、转化及去除。芦根砾石吹.心,拼久户汀{_K缺之区决几泛{天`八,“é丫,é:.“lél冲拼井、卿牛女子权区标抓f应冬软{节J仗图1潜流湿地系统3人工湿地系统的除污机理人工湿地对污染物的去除过程综合了物理、化学和生物的三重协同作用。成熟的人工湿地系统中的填料表面及植物根系生长着生物相较为丰富的生物膜。废水流经湿地床时,大量的悬浮固体被填料和植物根系截留,其它污染物则通过生物膜的生物降解与植物的吸收等作用而被去除。湿地床中植物的光合作用及植物茎、根系对氧的输送和传递,使根系周围的水环境中依次呈好氧、缺氧及厌氧状态,即具有有机物、氮磷去除所需的环境。通过对湿地床中填料的定期更换或栽种植物的收割,而最终使污染物从系统中去除。3.1湿地床中氧的变化规律人工湿地中氧的来源主要是通过植物的光合作用,植物根系对氧的传递和释放,进水中挟带的氧及水面的更新作用而获得。湿地植物通过光合作用产生的氧,一部份通过植物图