人工濕地如何應用于我國分散污水的處理
發(fā)布日期：2018-08-24 點擊：945
人工濕地(CWs)處理技術(shù)起源于20世紀70年代，是一種處理污水的綜合生態(tài)系統(tǒng)。CWs主要依靠介質(zhì)填料、植物和微生物的物理、化學及生物協(xié)同作用來去除水中的污染物。隨著近年來我國對污水處理要求的提高，CWs在小城鎮(zhèn)及農(nóng)村分散污水處理方面引起了較大的關(guān)注。本文對CWs在我國分散污水處理中的現(xiàn)狀進行綜述，旨在為今后CWs的研究及設計運行提供參考。
一、CWs的類型
CWs為人工修葺的洼地，在底面設置由土壤及填料組成的床體，并種植易于成活、生長速度快、具有吸收污染物能力的水生植物，待處理污水既能夠在填料中流動，也可在濾床上部流動。CWs的凈水是依靠填料、水生植物及水中微生物三者的生態(tài)復合作用完成的。這種生態(tài)系統(tǒng)可發(fā)揮過濾、沉淀、吸附、離子交換、植物吸收和微生物分解作用去除污染物。一些溶解性有機物可被植物根部吸收，通過收割植物而去除。微生物對可生化有機物作用后的最終產(chǎn)物是CO2和H2O。沉淀與過濾作用可以去除不溶性有機物。
CWs可分為表面流人工濕地(SFCWs)、潛流人工濕地(SSFCWs)。SFCWs易滋生蚊蟲、且溫度低時處理效果較差。SSFCWs包括水平潛流(HSFCWs)和垂直潛流(VSFCWs)兩種水流途徑。HSFCWs中水的流向為水平流，水流經(jīng)介質(zhì)填料的過程中污染物得以去除。HSFCWs能夠比SFCWs承受更高的負荷，對有機物及重金屬去除效果較好，且保溫效果好，無惡臭和蚊蠅滋生，但是建造費用及維護和管理費高于SFCWs。VSFCWs中污水在濕地中呈豎流，使濾床常處于一種不飽和的狀態(tài)，污染物去除效果好，尤其對氮及磷的去除效果更好。
二、CWs的組成
1.土壤基質(zhì)
CWs的濾床是由人工配比的基質(zhì)填料構(gòu)成的，它能為植物和微生物的生長提供合適的環(huán)境。常用于CWs基質(zhì)的有土壤、砂子和礫石等。基質(zhì)的化學成分和物理性能，如粒徑分布、介質(zhì)的孔隙空間、不均勻性系數(shù)和滲透率等對處理效果有很大的影響。污染物處理效果的提高有賴于適合的基質(zhì)材料。目前學者們也研究了一些替代的材料，如磷灰石、鋁土礦、白云石、沸石、紅土、石灰石、蛋白土和頁巖等天然材料，還有工業(yè)副產(chǎn)品，如燃燒石油頁巖、粉煤灰、儲石、紅泥等，以及人造產(chǎn)品類的明礬石、過濾輕質(zhì)骨料與牡蝸殼。這些基質(zhì)材料可通過沉淀、過濾、吸附和離子交換去除水中的污染物質(zhì)。
2.植物
植物在CWs中發(fā)揮重要的作用，一方面能夠吸收污染物，另一方面可以為野生生物提供重要的棲息地，美化環(huán)境。植物物種應盡可能是本土的、高增長率的、高生物量的、生態(tài)適應性強的并有高積累污染物的能力。用于CWs的植物主要有蘆葦、鳳眼蓮、香蒲、營蒲、美人蕉、旱傘草、花葉蘆竹、蓮水芹、水蔥和菱白等。植物對污水的凈化可分為直接凈化和間接凈化，直接凈化是指植物生長過程中吸收和富集了氮磷及重金屬等污染物，間接凈化是指植物能為微生物等提供有利的生長環(huán)境。
3.微生物
作為一種濕地生態(tài)系統(tǒng)，CWs中也生長繁殖著多種微生物，根據(jù)氧氣條件的不同，存活有好氧、厭氧及兼氧微生物。CWs中的微生物數(shù)量也與濕地的植物有關(guān)系。各種微生物主要存在的環(huán)境是介質(zhì)中或植物根部。在不同的微環(huán)境下，微生物可通過一系列生物化學作用將有機物降解。微生物在自身凈水的同時，還能給予動物或植物營養(yǎng)成分。
4.藻類
CWs中藻類也是重要的組成部分。濕地中的藻類能夠起到貯藏和轉(zhuǎn)移養(yǎng)分的作用。藻類參與營養(yǎng)成分的吸收固定與釋放的循環(huán)。且藻類能控制CWs水體的DO、CO2及水體pH值的晝夜變化，這種變化直接影響植物的生長。
三、CWs在我國分散污水處理中的研究與應用
1.實驗室研究
在實驗室研究方面，CWs著重在于基質(zhì)填料與植物的選擇及新型CWs工藝及復合CWs工藝的研發(fā)。目前主要研究的工藝有潮汐流CWs、自動增氧型CWs、復合CWs。復合CWs一般以水平潛流與豎流復合，或采用厭氧及好氧工藝與CWs復合。輔以的厭氧工藝有厭氧折流板(ABR)，好氧工藝有曝氣生物濾池(BAF)。
實驗室研究中濕地容積一般在1m3左右，水力負荷在0.1m3/(m2˙d)左右。基質(zhì)有礫石、粉煤灰、河砂、沸石、竹碳及自制復合填料。植物有蘆葦、香蒲、鶯尾、美人蕉和再力花。待處理水的COD為40-800mg/L，TN為5-80mg/L，總磷為0.7-6mg/L，NH4+-N為4-64mg/L，SS為72-160mg/L。COD去除率可以達到69%-93%，TN去除率35%-50%，TP去除率49%-53%，部分實驗結(jié)果可以達到GB18918-2002的一級B和一級A標準。
2.工程應用
單獨的CWs處理技術(shù)在處理生活污水方面還不易達到水質(zhì)標準，在實際應用中常常將不同工藝與CWs進行串聯(lián)，充分發(fā)揮各種工藝的優(yōu)勢，以達到更好的污水處理效果。通常是將生物處理技術(shù)與人工濕地生態(tài)處理技術(shù)進行組合，充分的發(fā)揮兩種工藝的優(yōu)點，這也是當前分散生活污水的主流處理技術(shù)。如果污水中的懸浮物含量較大，則可利用格柵或沉淀池等物理設施來去除部分懸浮物。目前有采用的組合工藝有單獨厭氧與CWs組合，還有厭氧及好氧與CWs的組合。
（1）CWs與厭氧工藝復合
厭氧工藝一般放在CWs之前作為預處理工藝。與CWs復合的厭氧工藝有水解酸化、厭氧發(fā)酵、厭氧折流板(ABR)等，通常配以SSFCWs。用于工程的填料有碎石，卵石、碳酸鈣、高爐渣和粉煤灰。植物包括蘆葦、美人蕉、再力花、香蒲、燈心草、大花金雞菊、黃花鶯尾、營蒲、梭魚草水蔥和菱白等。濕地容積在50-700m3左右。進水水質(zhì)為分散的廚房及衛(wèi)生間等洗菜、洗浴及沖廁等典型的分散污水水質(zhì)。經(jīng)復合工藝流程處理后一般均能達到GB18918-2002一級B標準。
（2）CWs與厭氧及好氧工藝復合
采用厭氧及好氧復合工藝時，厭氧工藝通常在CWs前作為預處理，好氧工藝可在CWs之前或之后。好氧工藝以生物接觸氧化、氧化塘、MBR和A2O的O段為主。填料為碎石、卵石和混凝土砌塊，植物有美人蕉、香蒲、營蒲、蘆葦、水蔥、水芹和芭蕉芋等。濕地處理水量最高可達500m3/d。CWs與厭氧及好氧工藝復合后工藝運行穩(wěn)定、能達到很高的氮、磷去除率，通常出水水質(zhì)可達到GB18918-2002一級A標準。
四、CWs用于分散污水處理存在的問題
CWs用于分散廢水的處理是一項切實可行的方法，但運行過程中仍存在一定的問題，需要不斷研究與改進。濕地的水力負荷、有機負荷、濕地面積的設計等還需進一步尋求設計依據(jù)；CWs截留氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，會出現(xiàn)截留飽和的情況，要對負荷進行合理調(diào)控，并選取吸收性能好的植物來改善這一狀況，避免營養(yǎng)過剩，處理效果變差。對于北方低溫地區(qū)，應用CWs還要考慮如何保溫的問題，低溫會降低CWs中微生物的活性，影響濕地植物的繁殖和生長，使CWs的處理效果變差。還需進一步完善分散地區(qū)的排水系統(tǒng)與收集系統(tǒng)，在設計CWs時考慮污水收集率，還有超負荷時的處理措施，以及防止?jié)竦卮搀w污染地下水。
五、CWs用于分散污水處理的發(fā)展前景
基于CWs建設費用低、較低能耗及對氮磷去除能力較高，其在分散污水的處理方面具有極大的發(fā)展?jié)摿�。隨著實驗室研究的深入及工程實踐的不斷累積，今后CWs將有如下發(fā)展方向：（1）對CWs污水處理機理的不斷深入探討，對設計運行參數(shù)建立動力學模型，進行小試及中試實驗，為工程實踐提供參考。（2）進一步對植物的適用性及新型基質(zhì)進行研究，并研究基地微生物的微觀機理與作用。（3）不斷積累CWs設計運行方面的經(jīng)驗，為CWs處理分散廢水提供技術(shù)保障。
