人工濕地技術的應用及展望

摘要:本文在閱讀大量文獻的基礎上，就人工濕地污水處理系統的發(fā)展歷史、研究進展和去污機理等進行了綜述，并對該技術在我國的應用和發(fā)展進行了展望，為該技術的應用和發(fā)展打下基礎。

關鍵詞:人工濕地;研究進展;去污機理

人工濕地是通過模擬自然濕地，認為設計與建造的由基質、植物、微生物和水體組成的復合體[1]，與傳統的耳機處理技術相比，具有建設運行成本低、能耗少，出水水質好，運行維護方便，系統配置可塑性強，對負荷變化適應性強，有較強的有機物、營養(yǎng)物質去除能力以及生態(tài)環(huán)境效益顯著并可美化環(huán)境，實現廢水資源化等特點[2，3]。

1 人工濕地的發(fā)展歷史

人類有意識地利用濕地系統進行污水處理，始于20世紀70年代。人工濕地作為一個新發(fā)明，最早出現于1904年澳大利亞Brian Mackney發(fā)表的一篇文章中。但在其發(fā)展歷史中，德國是這一工程的先驅者。1953年，德國的Seidel發(fā)現蘆葦能去除大量的有機物和無機物。60年代中期，Seidel與Kickuth合作并由Kickuth開發(fā)了“根區(qū)法”，該方法的出現，推動了70年代人工濕地污水處理技術的研究與發(fā)展。人工濕地污水處理技術的發(fā)展包括兩個階段:第一階段是在20世紀70年代，這一階段保持了天然濕地的原有結構并已泥沼的形式存在，而且常將濕地系統與氧化塘處理結合起來以提高氧化塘系統的處理效果;第二階段是20世紀80年代以后，濕地系統發(fā)展為由人工建造的、以不同粒徑的礫石和豆石為填料基質的、并種植有一定去污能力的植物處理系統。從此進入了規(guī)模性的應用階段。美國、德國、英國、法國、丹麥、奧地利、比利時、盧森堡及荷蘭等國家都建立了人工濕地污水處理系統，主要用于小城鎮(zhèn)的污水處理。90年代以來，國外人工濕地污水處理得到極快的發(fā)展[4]，已應用于農業(yè)污水、家畜與家禽的糞水、垃圾滲濾液、城市暴雨徑流或生活污水、富營養(yǎng)化湖水、礦區(qū)重金屬污水、煉油廠廢水以及其他工業(yè)活動產生的污水的處理。由此可以看出，濕地技術將會越來越受到人們的重視，并得到越來越多的應用。

2 人工濕地研究進展

自從1903年英國約克郡Earby建造世界上第一個人工濕地處理污水之后，人們對濕地的污水凈化機理展開了廣泛研究，逐漸從“黑箱理論”深入到包括污染物去除機理、影響因素、工藝結構等方面的研究。

2.1 人工濕地污染物去除機理研究

有機污染物在人工濕地系統中的去除主要通過三種途徑:一是污水中的可溶性有機物可被植物根系與填料表面上的生物膜吸附、吸收和代謝作用;二是較大的不溶性有機顆粒團經沉降過濾被填料與植物截留，并可部分被微生物降解;三是通過對填料的定期更換和植物收割將新的有機體從濕地中去除[5]。

2.2 人工濕地去除效果影響因素研究

在對人工濕地去除機制的研究基礎上，人們開始對影響人工濕地的因素進行研究。主要包括基質、植物、微生物和溫度等。

研究表明:填料對磷的去除影響較大。袁東海等[6]研究發(fā)現，基質吸附的磷素轉化為Ca-P、Fe-P和Al-P得含量同基質Ca、Fe和Al的含量呈極顯著的冪函數關系，并和基質中鈣、鐵和鋁的形態(tài)有關，表現為基質全鈣、氧化鈣、水溶性鈣、游離氧化鐵、鋁和膠體氧化鐵、鋁的含量越高，其固定形式的磷酸鈣鹽、磷酸鐵鹽、磷酸鋁鹽越多，基質凈化磷酸的能力越強。因此成分不同的填料，對磷吸附能力也不同[7~9]。

Kadlec等[10]的研究表明，在美國，多數除磷填料濕地在運行初期磷去除率達90%以上，但運行4~5年后，由于磷在系統內的積累使磷去除率急劇下降，甚至會發(fā)生磷的解吸。通過添加化學絮凝劑、沉淀劑能顯著提高基質凈化磷素的能力[11，12]。另外，根據污水中污染物的種類、特征采取幾種基質的組合或開發(fā)復合基質成為趨勢。

許多研究顯示，人工濕地植物對氮磷和有機物的去除有一定的增強作用。微生物的活動是污水中有機物降解的主要機制或凈化污水的“主力軍”。另外，溫度直接影響N的氨化、硝化和反硝化過程，從而影響人工濕地對N的去除，低溫下微生物基質酶的活性將受到抑制，導致酶促反應速度很慢，進而影響到硝化和含氮有機物的降解。反之，在較高溫度下植物葉面和根部的代謝活動得到了加強，局部微生物的代謝活動也增強，進而提高對氮的去除率。

2.3人工濕地組合工藝研究

為了深化人工濕地處理效果，擴大人工濕地技術的應用范圍，人工濕地的工藝也在不斷更新中。或者人工濕地與各種前處理工藝相結合，或者幾種不同形式的濕地結合組成新工藝，揚長避短，使處理系統具有更好的穩(wěn)定性和處理結果。

表面流人工濕地與潛流人工濕地組成新的工藝后，可以結合兩者的優(yōu)點，使得污水處理系統具有處理效果穩(wěn)定、水力負荷大的特點，Lin等和大港油田污水處理工程分別采用該工藝處理蝦養(yǎng)殖場廢水和生活污水均取得了較好的環(huán)境經濟效益。

籍國東等利用隔油池+氣浮單元和砂濾池+厭氧塘+冬貯兼性塘+人工蘆葦濕地的組合工藝處理可生化性極差的稠油采出水，出水達到二級排放標準，獲得了可觀的經濟效益和環(huán)境效益。

3 問題與展望

人工濕地污水處理系統是一種集環(huán)境效益、經濟效益和社會效益于一體的污水處理方式，具有建造成本低、運行成本低、出水水質好、操作簡單等優(yōu)點，同時如果選擇合適的植物品種還有美好環(huán)境的作用，是一種適合我國國情的一項污水處理新興工藝，尤其適用于解決廣大農村地區(qū)、中小城鎮(zhèn)地區(qū)的水質問題，因而有著廣闊的應用前景。但是，濕地處理污水技術并非十分完善，還有很多問題尚未完全弄清或有待進一步研究。為了更好地利用人工濕地處理技術，今后需要開展以下工作:

(1)對污染物去除的影響因素作更深入的分析，如酶、氧化還原點位、電子受體、光照、氣流、水位、溫度等因素。

(2)對人工濕地機理進行更加深入研究，特別是基質磷素吸附后的磷素形態(tài)轉換和釋放特征的研究較少，缺乏其使用安全性能的評價。

(3)研發(fā)、利用新型的填料使氮磷得到更持久、更有效去除;培養(yǎng)、選擇合適的耐受植物在干旱、嚴寒、高鹽、有毒環(huán)境下的利用，進一步開發(fā)其他組合工藝，提高人工濕地系統的綜合效益，擴大運用范圍。

參考文獻

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