关键词：人工湿地; 污水处理; 建设成本;
人工湿地是通过人为地创造水湿条件,种植相应的湿生植物形成的一种湿地。它是由人工建造和监督控制的,根据自然湿地生态系统中物理、化学、生化反应的协调作用来实现对污水的净化,是对天然湿地系统的模拟和强化]。具有投资少、建设快、效果好、生态效益突出等优点。
1人工湿地污水处理技术概述
1.1人工湿地的组成和污水处理机理
人工湿地与天然湿地一样,由具有各种透水性的基质,适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物,好氧或厌氧微生物群落和水体(各种待处理污水)组成[1]。人工湿地的基质为植物提供物理支持,为微生物提供附着场所,需要具有较强的吸附能力、强度和稳定性,是各种反应的界面。在植物的选择上,需要选择易活、易管理、耐污能力强、根系发达、富集能力强,并有一定美学价值和经济价值的湿地植物,不仅能吸收富集污染物,且植物的根区及其根系分泌物为微生物的生长提供一个良好的环境。污水在基质中流动,为植物和微生物提供营养物质。利用系统中基质-水生植物-微生物的物理、化学、生物的三重协同作用,通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。
1.2人工湿地的特点
人工湿地污水处理系统目前广泛用于污水的二级和三级处理,具有建造及运转费用低、维护简单、适用面广、对负荷变化适应能力强、污水处理效果好、综合利用价值高等优点。资料显示,人工湿地系统的建设成本和运营成本约为传统污水处理厂(如活性污泥法)相应成本的1/10~1/5[4]。从生态作用上看,人工湿地系统具有强大的生物修复能力,不仅能保护水资源,调节气候,而且能吸收二氧化硫、氮氧化物等有毒有害气体。除此以外,人工湿地植物还具有很好的观赏价值(如美人蕉)和很高的经济价值(如芦苇)。
人工湿地系统也存在以下不足:首先,人工湿地易受气候条件的影响。植物是人工湿地系统的重要组成部分,而植物的生长有一定周期,与气候条件、节气息息相关。人工湿地处理效果与植物生长是否旺盛呈正相关。其次,人工湿地易产生淤积、阻塞现象,因此需要有备用池,并定期地对基质进行去淤、更换,对植物进行收割。最后,人工湿地易堵塞,因此需要建造相应的污水预处理设施,减少堵塞的发生。所以,人工湿地需要的占地面积是传统污水处理厂的2~3倍左右。
2人工湿地污水处理技术的研究现状
2.1人工湿地污染物的去除机理
人工湿地污染物的去除机理研究仍处于起步阶段,人工湿地污水处理普遍认同的机理是硝化反硝化去除N,沉淀去除P的概括性描述,进一步研究难度很大,因为涉及到生物、物理、化学等多个学科,而且难以从微观角度定量化。
去除机理主要包括微生物、植物、土壤对污染物的去除机理。人工湿地有机物降解的基础机制是微生物的硝化和反硝化活动,丰富的微生物资源为湿地污水处理系统提供了足够的分解者。湿地植物对氮的去除主要通过以下途径:氨的挥发作用、NH4+的阳离子交换作用、吸收、硝化和反硝化作用等。湿地植物对磷化物的处理除作为营养成分吸收外,还可以通过在苗床基质中的吸附、络合和沉淀反应来去除。湿地土壤对有毒物质的“净化”机理,主要是通过沉淀作用、吸附与吸收作用、离子交换作用、氧化还原作用和代谢分解作用等途径实现的。
2.2人工湿地处理污水的效率
1)对有机物的去除效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆综合国内外有关学者对人工湿地净化城市污水的研究数据,在进水浓度较低的情况下,人工湿地对BOD5的去除率可达85%~95%,对COD的去除率可达80%,处理出水BOD5的浓度在10mg/L左右,SS小于20mg/L。
2)对氮的去除效率。废水中的氮以无机氮和有机氮两种形式存在,无机氮可以被人工湿地中的植物吸收,合成植物蛋白质,植物的收割对湿地系统除氮有直接贡献,但这一部分氮仅占总氮量的8%~16%。微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除中起着重要作用。目前人工湿地系统TN去除率不高的主要原因是硝化-反硝化途径不畅通,提高氮的去除率最重要的是提高湿地系统中的硝化作用强度。还有研究发现,人为提高湿地中BOD与NO3-N之比(如添加秸秆或甲醇),氮的去除率会大幅度提高,能从30%左右上升至80%~90%,原因是BOD∶NO3-N的比值太低时不利于反硝化作用的进行,当比值上升到2.3时,反硝化率达到最大值。
3)对磷的去除效率。在人工湿地中磷主要是通过基质的吸附、络合及与Ca,Al,Fe和土壤颗粒的沉淀反应及泥炭累积,植物的吸收,微生物去除等作用而去除。据资料显示,人工湿地对各种类型污水中的TP的去除率为47.0%~97.2%。
2.3影响人工湿地处理效率的因素
1)人工湿地的类型。人工湿地的类型不同对不同污染物的去除效率也有差异。水平潜流湿地对BOD,COD等有机物和重金属的去除效果较好,垂直流湿地对氮、磷的去除效果较好,表面流型湿地的处理效果一般。但如果将表面流型与潜流型、表面流型与垂直流型结合起来的复合湿地,去污效率会进一步提高[7]。
2)湿地植物种类。一般来说,植物的生物量较大、根系比较发达、根系的输氧能力比较强的话,其净化能力就比较强[7]。其次,不同的植物对污染物的去除速率也不相同,日本学者对不同的植物去除氮和磷的速率进行了研究。
3人工湿地处理污水存在的问题
经过20多年的研究,我国在人工湿地污水净化技术的研究方面已经取得了许多经验参数和理论数据,但是还有许多工作有待于进一步开展:
(1)农业非点源污染治理的研究和应用。目前,非点源污染已经远远超过点源污染,用传统的点源污染控制技术很难治理非点源的污染,而人工湿地在这方面具有很明显和独特的优势和潜力,国外已经开始了这方面的应用与研究,但国内在实用研究方面的报导还很少。
(2)由于氮、磷等营养元素是水体营养化的主要原因,所以它们仍然是污染物中被严格控制的主要目标。因此,在揭示去污机制的基础上,构建或调控有利于稳定地去除氮、磷等营养元素的人工湿地系统仍应是今后研究和实践的重要内容。
(3)许多外在的因素如温度、进水负荷、水力停留时间、区域差异和气候特征以及系统设计类型等都会对污水净化效果产生影响。而且,目前的研究与应用中没有一个统一的对比标准,诸多研究结果很大程度上都缺乏可比性。因此,人工湿地处理系统建设标准也将成为今后研究的一个重要方向。
(4)人工湿地生态系统在寒冷地区的运行状况及其在生态恢复中的应用。温度的降低会影响人工湿地污水净化的效率。因此,气候很可能成为设计人工湿地的一个限制性因子,针对我国北方大部分寒冷地区与生态环境较差的地区,研究如何利用人工湿地特有的功能特性来改善和恢复生态环境具有重要的现实意义。
(5)鉴于目前国内对人工湿地这项技术的研究应用尚处于起步阶段,有关工艺设计资料和应用实例还不多见,有待结合我国不同地区的具体情况,深入开展研究工作,取得适合于不同地区、不同环境气候条件及不同污水特性的实用数据,以促进其在我国适当地区的推广应用。
4结语
人工湿地系统是一个完整的人造生态系统,它形成了良好的生态循环,不仅具有较好的污水净化效果,而且具有较好的生态和经济效益。目前发达国家已用人工湿地处理各种类型的废水,发展中国家发展也应大力发展人工湿地技术,在我国该项技术将会得到越来越广的应用。
参考文献
[1]于荣丽.人工湿地污水处理技术及其发展现状J.工业安全与环保,2006. 09～013.
[2]籍国东.自由表面流人工湿地处理超稠油废水J.环境科学,2001.22(4):95～99.
[3]张翔凌.不同基质对垂直流人工湿地处理效果及堵塞影响[D].武汉:中国科学院研究生院,2007.
论文作者:王艳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/2
标签：湿地论文; 植物论文; 污水论文; 污水处理论文; 基质论文; 微生物论文; 作用论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;