人工湿地(3)

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mg/L。

P（磷）：自由表面流湿地主要用于除磷(出水ＴＰ<1 mg/L),而潜流系统则主要用于除去BOD5和SS。人工湿地除磷主要是由于吸附、络合及与Ca、Al、Fe和土壤颗粒的沉淀反应及泥炭累积,其中泥炭累积是最可持续的工艺。当系统中填料的吸附容量达到饱和、进水浓度较低时,会发生P的释放,使得出水P的浓度高于进水。

N（氮）：人工湿地的脱氮机理主要是硝化、反硝化。在没有水藻、停留时间较长(>3d)、根系较深的湿地系统可以产生较好的氨氮去除效果。但在某些系统中,由于被填料截留的含氮有机物在湿地床底的厌氧环境下发生分解,也可能使出水的氨氮浓度不降反增。

1.3.2 国内人工湿地的研究进展

我国湿地处理废水发展较晚，现仍处于起步阶段。1987年天津市环保所建成我国第一个占地6 hm2,处理规模为1400 ｍ3/ｄ的芦苇湿地工程。国家环保局华南环保所1990年在深圳建立了白泥坑人工湿地示范工程，占地面积为126 hm2,处理规模为3100 ｍ3/ｄ。随后用人工湿地处理生活污水、食品加工和矿山工业废水成为研究热点,将其用于以矿物油、氮、磷等为特征污染指标的炼油和化工含油废水的研究也已经进行多年。[18]

我国研究直到七五期间才有了一定的规模，但主要还是机理性的研究，落后发达国家十余年，应用上也相对迟缓， 1990年1月，国家环保总局华南环保所在深圳建造的白泥坑人工湿地工程 (日处理污水3100吨)可以看作是首次实践效果良好，BOD去除率90%, COD去除率80%；1997年山东胶南市在建一日处理6万吨人工湿地系统，占地1000亩；2000年日处理污水50000吨的人工湿地污水处理厂在江苏泗洪县竣工。深圳市、沈阳市、上海市也在开展积极的设计规划工作,显著的生态环境效益和较强的观赏性,可与大都市风景园林建设相结合,建设集观赏、娱乐和污水处理于一体的旅游景点。[18]

李科德等

[18]

采用人工模拟芦苇床进行处理生活污水试验研究，结果发现:芦

苇根际具有较高的氧化还原电势，为好氧微生物的活动创造了有利条件。芦苇床内根系微生物数量与污染物去除率之间有明显相关性。

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成水平等[19]从人工湿地水生植物根系实际生长深度、微生物及酶的空间分布以及不同深度人工湿地对污水的净化效果。研究表明，植物根系主要分布在湿地基质上层25cm区域，微生物的数量随深度的增加而递减，人工湿地在净化污水的过程中，其上层存在一个较佳的净化空间。

阳承胜等利用PFU(漂浮块)原生动物群落监测铅锌尾矿人工湿地废水净化 效能，对该人工湿地系统的进出水口、土壤剖面及四种优势植物体各部分器官中的Pb. Zn. Cu和Cd含量进行分析，结果表明:四种植物都具有较强的吸收和富集重金属的能力，且各重金属元素在植物体内的分布呈现一致性，即根>凋落物>地下茎>地上茎>叶，主要富集在植物的地下部分。[21]

付贵萍等[21]人采用一种新型的复合垂直流湿地系统(IVCW)，对其反应动力学和系统的流态进行了研究。经过中试试验，运用串联反应器模型和离散流模型两种模型模拟IVCW的水流状态，经过比较发现离散流模型模拟的效果较好。 1.3.3人工湿地在我国的应用

除了对机理进行研究外，有关研究和工程技术人员还建设了许多人工湿地工程直接应用于废水处理，表2列出了部分人工湿地工程在我国的应用情况。

[22-30]

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表1.2 潜流型人工湿地处理系统实例

废水类型

时 间

湿地类型

BOD5

食品加工废水 酿酒废水 生活污水

19921994 1995-1997 1997-1999

潜流 潜流

98

38－66

63.3

－

潜流

89

COD 92

污染物去除效果 NH3-N 86

TN

TP 96

70－93 38－66 42－

70

污泥渗出液 1997-1999 灌溉径流 河水

1999-2001 1999-2000

垂直流 潜流 潜流 垂直流 潜流 潜流

74-81 80-89 87

96 67-80 60-71

58-82 71-83

92 >84 75-81 97 50-61

65 77 55-66

油田采出水 1991-1993 暴雨径流 农业废水

2000-2001 2001

在我国的南方和北方均有一定数量的人工湿地被投入研究和应用。在这些系统除了用于处理耗氧有机物和N、 P等营养物为主的生活污水外，逐渐扩大到各种各样的以有机物、重金属、油类为主要污染物的工业废水，如处理矿山废水

[32]

、油田采出水[33 34]、造纸废水[35]、乳制品废水[36]、 炸药废水[37]、炼油废水[38]、

畜牧废水[39]。除了用于集中点源治理外，还被用于以N和P等营养物为主的农业非点源的治理。其处理对象除了BOD5、CODcr、 N、P、重金属和油类外，还包括藻类、藻毒素、非离子表面活性剂等。这些人工湿地都取得了良好的处理效果，实践表明人工湿地污水处理技术适合我国国情。随着社会、经济的发展，我国对整治环境污染问题,尤其对水环境污染的治理越来越重视。但受经济条件的制约，许多中小城镇和农村没有足够的资金去建设传统污水处理厂，因此大力开发人工湿地污水处理技术对我国水环境污染的治理具有重大的意义。[40]

1.4人工湿地的优势与不足 [42，43]

1.4.1优势

（1）投资少、运营成本低

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国内外研究实践表明，人工湿地处理污水的建设和运营成本低廉，并且易于维护， 以我国部分系统为例处理费约为传统污水处理厂的1/10~1/5左右，从而能够节省大量的资金，经济效益显著。 （2） 处理污水的高效性

应用实践的研究数据表明，人工湿地处理污水的效果优于传统的污水处理工艺，在进水浓度较低的情况下一般对污水中BOD的去除率在85%~95%之间。COD去除率可达80%以上，处理污水中的BOD浓度在10mg/L以下，SS浓度小于20mg/l对N的去除率可达60%，对P的去除率可达90%以上，对农药类、细菌总数等去除率在90%以上，对重金属如Fe、Cu、Zn等的去除率在80%以上。由于湿地类型、基质和植物的选取、气候、污染物的浓度等方面的差异，污染物的去除率具有一定的波动范围。1993年bastian等总结了北美人工湿地污染物去除率的波动范围，如有机物去除率在50~90%之间波动，悬浮物去除率在40~94%之间波动，氮的去除率在30~90%波动。[41] （3） 独特的绿化环境功能

成规模的人工湿地不但迅速增加了绿地面积，消除城市热岛效应还能为人们提供一个优美的新型的城市生态景观。 1.4.2 不足

（1）受气候条件限制较大

人工湿地栽种的植物类型恰当与否直接关系着系统处理污水的效率和经济效益, 而植物类型的选取受到了气候条件的限制。 （2） 占地面积相对较大

人工湿地净污的效果与污水在湿地中流动的时间和空间充足与否有着很大的相关性。当系统中的填料和植物达到饱和程度时需要用备用池来交替运行,另外为防止淤积往往建造预处理池对污水进行先期处理, 一般认为大约是传统污水处理厂的2~3 倍左右。 （3） 容易产生淤积饱和现象

人工湿地能有效地去除污水中的有机物、悬浮物、重金属、病原体等污染物质。但是随着时间的推移部分营养物质会逐渐地积累。湿地中的微生物相应地繁殖,如果维护不当,便很容易产生淤积、阻塞现象使水力传导性、湿地处理效果和

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运行寿命降低。此外人工湿地中栽培的植物还易受到病虫害、火灾的威胁以及自身生长周期的影响也是应该加以重视的问题。

（4）气味控制不良气味 实际上几乎所有的湿地,不论是自然的还是人工的，一般都会有一定的气味，而且气味随溶解氧量或流入的水质不同而不同，其中在厌氧条件下最易产生不良气味 。不良气味主要来自逸出的NH3，H2S以及N和S的各种挥发性有机合物等。有研究表明，降低BOD水平可减低难闻气体的产生，但如何有效控制目前似乎还无良策。

1.5 人工湿地污水处理系统采用的植物

植物的作用有美观、气味控制、提高处理效果、预防滋长蚊虫, 主要是提高污水处理效果，其原理为：污水中部分有机、无机和含氮、磷污染物作为植物生长所需的养料而被吸收， 某些有毒物质被富集、转化、分解成无毒物质；植物根系生长改善填料的通透性，创造利于微生物降解有机污染物的良好环境，有利于污水均匀地分布在人工湿地过水断面上。

根据各地具体情况寻找有潜力的物种，然后进行系统观测研究，才是选择理想物种的有效途径。一般为灯心草(能处理氯化烃、氰化物、酚，去除病原体)、鸢尾、芦苇(分解酚)、香蒲(宽叶香蒲能去除污水中的有机与无机污染物，吸收铜、钴、镍、锰及氯化烃,根部能分泌天然抗生物质，降低污水中的细菌浓度,去除病原体)、捕蝇草(其叶边缘有消化腺,为食虫草本植物)、水葱(能在含酚量600mg/L的污水中迅速生长)、猪笼草(食虫草本植物)和大米草(可吸收污水中氮、磷)。芦苇和香蒲能絮凝胶体，消除病原体，其空心茎有利于将空气输送到根部，为微生物提供额外的氧。[44]

至于水生植物的类型也是多种多样，一般以挺水植物为主(表1.2)，目前研究运用较多的水生植物有芦苇、灯心草、宽叶香蒲、茭白、浮萍、美人蕉、红枫、凤眼莲、茳芏等类型。研究表明，不同的植物类型对不同的污染物质也具有一定的针对性，如茭白、芦苇对N、P污染物有较好的去除作用，宽叶香蒲对Pb、Zn等重金属有较好的去除作用。目前最常用的芦苇的根系较为发达,是具有巨大比表面积的活性物质,其生长可深入到地下0.6-0.7ｍ,具有良好的输氧能力。种植芦苇时，一般应尽量选用当地芦苇进行移栽，其具体方法是将有芽苞的芦苇根分剪成10ｃｍ长左右，将其埋入4ｃｍ深的土中并使其端部露出地面。插植的最佳

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