人工濕地污水處理技術(shù)在高寒缺氧地區(qū)的應(yīng)用綜述

杜甫義+阿瓊+白瑪旺堆+杜道林+解清杰

摘要：人工濕地作為高效、低能耗新型生態(tài)污水處理工藝，在我國西藏等高寒缺氧地區(qū)的應(yīng)用逐漸得到重視。受當(dāng)?shù)丶竟?jié)、溫度等因素的影響，人工濕地的運(yùn)行效果下降，特別是氮、磷污染物去除率偏低，限制了其在該地區(qū)的推廣應(yīng)用。結(jié)合目前人工濕地在國內(nèi)外季節(jié)性低溫地區(qū)的應(yīng)用情況，系統(tǒng)地分析了影響人工濕地在西藏等高寒缺氧地區(qū)運(yùn)行效果的因素，對提高人工濕地在該地區(qū)運(yùn)行效率的各種強(qiáng)化措施進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：高寒缺氧地區(qū)；人工濕地；污水處理技術(shù)；去除率；運(yùn)行效果；生態(tài)處理；溫室保溫

中圖分類號： X171.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）17-0016-04

通信作者：解清杰，博士，教授，主要從事污水處理技術(shù)研究。E-mail：xieqingjie73@163.com。人工濕地是一種經(jīng)人工設(shè)計(jì)、建造的工程化的新型污水處理工藝，它利用基質(zhì)、植物及微生物形成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)來模擬強(qiáng)化自然濕地自凈能力[1-3]，使水質(zhì)得到凈化。人工濕地處理污水具有出水水質(zhì)好、建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用低以及操作簡單[2]等優(yōu)點(diǎn)，在國際上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在歐洲有超過 50 000 座的人工濕地污水處理工程，在北美也超過10 000座[4-5]。我國西藏等高寒缺氧地區(qū)由于地域廣闊、人口分散、經(jīng)濟(jì)技術(shù)相對落后以及自然環(huán)境較脆弱等原因，使得人工濕地生態(tài)污水處理技術(shù)成為該地區(qū)應(yīng)對日益嚴(yán)重的水污染問題的首選措施。自1987年第1座人工濕地工程建設(shè)運(yùn)行以來，人工濕地在我國的應(yīng)用研究也日趨成熟，但在設(shè)計(jì)、建設(shè)以及操作運(yùn)行上仍然存在諸多問題[6]，在北方等季節(jié)性低溫地區(qū)表現(xiàn)最為突出的就是冬季低溫問題，而在西藏等高寒缺氧地區(qū)除低溫外還有缺氧問題。在我國西藏等高寒缺氧地區(qū)，由于常年平均氣溫、含氧量較低及晝夜溫差大的氣候特征，使得人工濕地系統(tǒng)在該地區(qū)應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)濕地植物長勢較弱甚至休眠、根系微生物代謝減緩甚至停止等現(xiàn)象，進(jìn)而影響系統(tǒng)的運(yùn)行除污效率。現(xiàn)有研究結(jié)果表明[7-9]，在高寒缺氧地區(qū)人工濕地去除污水中有機(jī)物[化氧需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）]和懸浮物（SS）含量受低溫的影響較小，主要受濕地床體垂直含氧量分布的影響；而銨態(tài)氮（NH4+-N）、總氮（TN）、總磷（TP）的去除率分別比氣溫適宜地區(qū)平均低120%～40.0%、12.3%～27.0%、6.1%～34.0%，可見低溫、缺氧對氮、磷的去除效果影響較大。在我國北方及全球中高緯度等季節(jié)性低溫地區(qū)，通過改進(jìn)人工濕地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和采用薄膜、樹葉、稻草以及冰雪等覆蓋保溫措施[10-14]，可以保證人工濕地在冬季低溫時(shí)期具有較高的去污能力，但在我國西藏等常年低溫地區(qū)采用上述措施則不能達(dá)到人工濕地正常運(yùn)行的目的。針對這些問題，西藏等高寒缺氧地區(qū)對于人工濕地的結(jié)構(gòu)類型設(shè)計(jì)、建設(shè)、操作運(yùn)行以及保溫措施等均有特殊的要求。

1人工濕地在高寒缺氧地區(qū)運(yùn)行出現(xiàn)的問題

人工濕地是由水體、基質(zhì)、植物以及微生物組成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[1]，通過三者之間的物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用達(dá)到對污染物去除的目的[2-3]。一般認(rèn)為，COD、BOD5、SS等污染物主要通過濕地填料、植物的截留吸附及其附著微生物的消耗降解等機(jī)制得到去除[2-4]；NH4+-N主要通過揮發(fā)、人工濕地基質(zhì)和植物的吸收、硝化細(xì)菌的硝化作用得到去除；TN則主要通過硝化-反硝化細(xì)菌的硝化-反硝化反應(yīng)得到去除[8]；TP則通過富含Ca、Mg等金屬元素的基質(zhì)經(jīng)吸附、沉淀反應(yīng)以及植物、聚磷菌的過量吸收而得到去除[15]。然而在高寒缺氧及晝夜溫差大的氣候條件下，人工濕地的植物、基質(zhì)、微生物及其對污染物的處理效率都會受到不同程度的影響。

1.1高寒缺氧氣候?qū)竦刂参锏挠绊?/p>

植物是人工濕地作為生態(tài)污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)標(biāo)志，其主要通過根莖截留吸附、吸收富集等作用去除污水中的污染物[1-2]。濕地植物除直接起到去污作用外，還具有固定人工濕地基質(zhì)床體、提高基質(zhì)的滲濾性、為微生物附著生存提供良好的根區(qū)微環(huán)境、向床體內(nèi)部輸氧以及有效抗沖擊負(fù)荷等作用[4-8]。研究表明，在冬季低溫收割濕地植物植株后，濕地對COD、NH4+-N的去除效果仍然比未種植植物的濕地好[16-17]，植物在低溫和休眠期間，雖然其根部生長停滯但仍然具有呼吸輸氧的能力并保持一定活性，進(jìn)而促進(jìn)微生物的生存繁衍及對污染物的去除反應(yīng)。人工濕地植物大都為草本挺水植物，在我國西藏等高寒缺氧地區(qū)，高寒缺氧及晝夜溫差大的氣候條件使得植物出現(xiàn)植株矮小、長勢緩慢、根系纖細(xì)、分株能力差及生長周期短等問題，到了寒冷的冬季都會進(jìn)入休眠狀態(tài)或者枯萎甚至死亡，使得濕地植物在生態(tài)、形態(tài)上都發(fā)生了變化，從而使人工濕地總體的凈水效果大幅下降。另外，枯萎死亡的植物如果不及時(shí)收割處理，其植株殘?bào)w會腐壞、分解出大量有機(jī)及氮磷污染物，進(jìn)而增加濕地的污染負(fù)荷影響濕地去污效率。

1.2高寒缺氧氣候?qū)|(zhì)的影響

填料基質(zhì)是人工濕地生態(tài)處理系統(tǒng)的“骨架”，在人工濕地中主要起到為植物和微生物的生長提供載體及穩(wěn)定的依附表面、為污水在人工濕地中的滲流提供良好的水力條件、加強(qiáng)對懸浮固體的截留沉降等的作用[2-4]。高寒缺氧的氣候條件下，填料基質(zhì)及其內(nèi)部污水保持較低的溫度，使得污水的黏性增大、沖刷作用增強(qiáng)、擴(kuò)散速率降低，從而導(dǎo)致根系溶解氧傳遞效率、附著微生物量及其生長代謝、反應(yīng)速率下降[16-17]，最終致使附著生物膜脫落、有機(jī)物顆粒生物降解效率減小并被大量吸附截留在填料基質(zhì)中而引起基質(zhì)堵塞[18]，影響人工濕地的運(yùn)行效率。

1.3高寒缺氧氣候?qū)ξ⑸锏挠绊?/p>

人工濕地去除污染物的凈化作用與微生物的數(shù)量、活性密切相關(guān)[2]。人工濕地植物的根系和填料基質(zhì)表面都富集了大量的微生物[1-3]，其中包括好氧菌、兼性厭氧菌和厭氧菌，如放線菌、聚磷菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌以及反硝化細(xì)菌等。人工濕地污水處理系統(tǒng)中微生物的生存繁殖能力及其活性與床體基質(zhì)的內(nèi)部溫度、含氧量有關(guān)，隨著溫度的降低微生物活性下降，特別當(dāng)溫度低于4 ℃時(shí)[1]，微生物的生理活動(dòng)幾乎停止，其最適宜生長溫度在25 ℃以上[11]。我國西藏等高寒缺氧地區(qū)常年平均溫度為2～9 ℃，冬季最低可達(dá)-15 ℃左右，且晝夜溫差較大，對系統(tǒng)微生物的生長活性及其去污能力造成很大影響。研究表明，硝化和反硝化作用脫氮是人工濕地除氮的主要途徑之一[8]，而硝化速率在10 ℃以下將會受抑制，在6 ℃以下急劇下降，在4 ℃以下趨于停止[10]，反硝化速率在15 ℃以下急劇下降[10-11]。低溫環(huán)境下，磷素的去除機(jī)理較為復(fù)雜，Helmer等在研究聚磷菌的“厭氧釋磷-好氧吸磷”過程時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行溫度從20 ℃降至10 ℃時(shí)，聚磷菌的過量吸磷能力下降，但降至5 ℃時(shí)卻會迅速提高，溫度繼續(xù)下降時(shí)，其吸磷能力下降[19]。

2人工濕地在高寒缺氧地區(qū)運(yùn)行解決措施

針對人工濕地在高寒缺氧地區(qū)基質(zhì)、植物、微生物受氣候影響致使運(yùn)行效率較低的問題，并結(jié)合我國北方及全球中高緯度季節(jié)性低溫地區(qū)人工濕地設(shè)計(jì)、構(gòu)建及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，目前國內(nèi)外學(xué)者主要關(guān)注人工濕地的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行操作以及輔助強(qiáng)化措施等方面的研究，以期提高人工濕地在高寒缺氧地區(qū)的去污能力，特別是對氮、磷污染物的去除能力。

2.1高寒缺氧地區(qū)人工濕地設(shè)計(jì)

2.1.1結(jié)構(gòu)選型人工濕地分為表面流和潛流2種基本形式，不同類型的人工濕地特性見表1。表面流人工濕地一般由土壤為基質(zhì)，種植挺水、浮水植物組成的生態(tài)系統(tǒng)，附著微生物量較少，且由于水流在濕地床體表層流動(dòng)，易受外部天氣等因素影響，保溫性能較差；在西藏等高寒缺氧地區(qū)，常年低溫、缺氧的氣候條件更加使得微生物活性及水體大氣復(fù)氧能力下降，加上濕地植物長勢弱、生命周期短，致使?jié)竦叵到y(tǒng)運(yùn)行效果不佳，不適合在該地區(qū)應(yīng)用。潛流式人工濕地根據(jù)進(jìn)水方式，又可以分為水平潛流和垂直潛流人工濕地；潛流式人工濕地是由一定深度的礦物基質(zhì)為床體，表層種植挺水植物組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著微生物量較大，水流在池體內(nèi)部基質(zhì)中通過，保溫性能較表面流人工濕地好[11]。采用潛流進(jìn)水方式使得污水處理充分利用了人工濕地的填料基質(zhì)和植物根系[14]，增加了微生物的附著表面、改善水力條件、便于提高和維持床體內(nèi)部污水的溫度和溶氧量[1-2]，以提高其去除污染物的能力。針對人工濕地在高寒缺氧地區(qū)所面臨的問題，為保證人工濕地在該地區(qū)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，潛流人工濕地更具優(yōu)勢，設(shè)計(jì)、建造時(shí)應(yīng)為首選。表1不同類型人工濕地特性

效果表面流表面漫流低一般強(qiáng)弱弱簡單大低大差好水平潛流水平潛流較高強(qiáng)較強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)一般一般較高一般好好上行垂直流上行垂直流較小強(qiáng)一般較強(qiáng)較強(qiáng)復(fù)雜較小高一般一般較好下行垂直流下行垂直流較小強(qiáng)強(qiáng)一般較強(qiáng)復(fù)雜較小高一般一般較好

2.1.2基質(zhì)選擇及裝填人工濕地中的基質(zhì)別稱填料，是人工濕地構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的“骨架”。人工濕地基質(zhì)的選擇應(yīng)遵循比表面積大、透氣性好、便于取材、經(jīng)濟(jì)適用的原則，在構(gòu)建水平潛流和垂直潛流人工濕地時(shí)，基質(zhì)的選擇及裝填方式因污水特征污染物和地域的差異而有所不同。疏松多孔、通氣性好、比表面積大的填料基質(zhì)一方面有利于空氣中的氧氣進(jìn)入濕地，促進(jìn)硝化作用；另一方面填料基質(zhì)含水率高，有助于形成厭氧環(huán)境，促進(jìn)反硝化作用脫氮[10]。富含Ca、Mg、Fe、Al等金屬氧化物的礦物基質(zhì)能有效地固定磷；酸性條件下，含F(xiàn)e、Al豐富的填料基質(zhì)對磷的去除效果較好；堿性條件下，含Ca、Mg豐富的填料基質(zhì)能有效沉淀除磷[14]。

一般來說，采用潛流人工濕地處理以有機(jī)物、懸浮物為特征污染物的污水時(shí)，可以選用粗沙、礫石或灰渣中的一種或幾種為基質(zhì)；以去除氮、磷為目的的人工濕地最好選擇多孔、透氣性能好、比表面積大的西藏等高寒缺氧地區(qū)的當(dāng)?shù)夭牧?，如多孔透氣磚、鐵礦渣、石灰石或頁巖等，不同基質(zhì)特性見表2。劉佳等認(rèn)為，潛流人工濕地內(nèi)填料基質(zhì)應(yīng)按級配形式逐層裝填，使?jié)竦卮搀w內(nèi)部具有良好的水力傳導(dǎo)及大氣復(fù)氧能力，為濕地能較好地去除污染物提供保證；其研究的沈陽渾南人工濕地示范工程進(jìn)水TP含量為3.48～7.21 mg/L，在冬季低溫（低于 0 ℃）條件下TP去除率達(dá)到87.75%～92.05%[20]。研究表明，基質(zhì)通過吸附、沉淀反應(yīng)除磷屬于物化反應(yīng)過程，與植物、微生物的作用相比，受氣溫影響較小[21]，因此濕地基質(zhì)在高寒缺氧地區(qū)對污水的凈化作用顯得尤為重要。適合西藏等高寒缺氧地區(qū)建造人工濕地的基質(zhì)填料如表2所示。

2.1.3濕地植物的選擇配置濕地植物是人工濕地作為生態(tài)處理技術(shù)的基礎(chǔ)，不同的植物種類和生長形態(tài)影響其對污染物的吸收、富集能力和附著其生長的微生物量及活性，進(jìn)而影響有機(jī)物、氮、磷的去除效果[1-4]。鑒于西藏等高寒缺氧地區(qū)的高原氣候，為保證人工濕地植物的生長狀態(tài)，應(yīng)種植耐寒表2西藏當(dāng)?shù)氐幕|(zhì)填料種類和特性

種類特性礫石人工濕地最常用的填料，吸附容量不高，銨態(tài)磷去除能力一般多孔透氣磚內(nèi)部充滿細(xì)微的孔穴和通道，具有很好的吸附性，廣泛用作吸附劑，銨態(tài)氮吸附能力強(qiáng)石灰石具有較強(qiáng)的除磷能力，但會提高出水堿度，必須充分考慮植物耐受性，控制石灰石在填料中的比例礦渣分酸性礦渣和堿性礦渣。堿性礦渣孔隙率大，有利于有機(jī)物去除，但會提高出水堿度，必須充分考慮植物耐受性，控制礦渣在填料中的比例碎石人工開采的石料經(jīng)粉碎而成，來源豐富，價(jià)格較低，含硅酸鹽較多，有利于磷的吸附粗沙粒徑為0.5～1.0 mm的天然粒料，吸附能力一般

性強(qiáng)、輸氧能力好、繁殖性能好、根區(qū)豐富及生物附著量多的當(dāng)?shù)刂参?。在濕地植物種類選擇方面張春艷等認(rèn)為，為增大人工濕地植物附著微生物的種群數(shù)及生物量，并提高濕地床體內(nèi)部的溶氧量，以形成利于去除污染物的根區(qū)微環(huán)境，應(yīng)按植株根系垂直長度的不同選擇配置不同的植物[22]。在濕地植物種植方式方面，一般認(rèn)為不同種類的植物進(jìn)行混合復(fù)配、輪作可延長植被覆蓋時(shí)間、增加附著微生物量、促進(jìn)植物吸收富集[1-3]，提高污染物的去除效率，但也有學(xué)者認(rèn)為不同植物混合配置的人工濕地抗季節(jié)變化能力差[23]。通過對比研究西藏地區(qū)幾種常見的地方濕地植物的生長狀態(tài)及去污性能發(fā)現(xiàn)，黑三棱、水蔥、蘆葦、菖蒲等對COD、TP、TN的去除效果明顯好于其他植物，且根系發(fā)達(dá)、抗逆性強(qiáng)、具有一定的經(jīng)濟(jì)與景觀效應(yīng)，適合在高寒缺氧地區(qū)的人工濕地種植。不同種類植物的建議種植密度見表3。

表3適宜西藏等高寒缺氧地區(qū)種植的濕地植物種類和密度

植物種類適宜種植密度

（叢/m2）備注黑三棱（Sparganium stoloniferum）9～162～3株或芽/叢水蔥（Scirpus validus）10～252～3株或芽/叢蘆葦（Phragmites communis）10～252～3株或芽/叢菖蒲（Acorus calamus）9～162～3株或芽/叢藨草（Scirpus triqueter Linn.）10～252～3株或芽/叢杉葉藻（Hippuris vulgaris）9～252～3株或芽/叢

2.1.4負(fù)荷最優(yōu)化在西藏等高寒缺氧地區(qū)設(shè)計(jì)人工濕地時(shí)，應(yīng)考慮過高的水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷都會對其在常年低溫缺氧條件下運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。其中，水力負(fù)荷過大會導(dǎo)致污水停留時(shí)間過短、沖刷作用增大，無法滿足微生物世代生長及降解有機(jī)物、氮、磷所需的時(shí)間，且可能導(dǎo)致部分微生物、未被充分降解的污染物隨水流流出系統(tǒng)，最終影響系統(tǒng)對污染物的去除能力[16]。此外，較大的有機(jī)負(fù)荷會導(dǎo)致系統(tǒng)凈化效率降低、基質(zhì)堵塞程度增強(qiáng)；低溫、缺氧條件下人工濕地表層微生物的活性較低，降低有機(jī)負(fù)荷可以在滿足微生物生長所需營養(yǎng)的前提下最大限度地使系統(tǒng)達(dá)到理想處理效果[2]。張建等在冬季低溫條件下研究了潛流式人工濕地處理污染河水時(shí)不同水力負(fù)荷對污染物去除效果的影響，結(jié)果表明，水力負(fù)荷由0.30 m/d降低到0.15 m/d后，NH4+-N去除率增加了25%，COD的平均去除率增加了11%[24]。

2.2運(yùn)行操作

在西藏等高寒缺氧地區(qū)的氣候條件下，人工濕地采用周期間歇式的運(yùn)行方式可以提高濕地內(nèi)部溶解氧的傳遞能力，進(jìn)而提高系統(tǒng)污染物的去除能力。周期間歇式運(yùn)行，即間隔一定時(shí)間向人工濕地周期式地進(jìn)水、排水；當(dāng)污水排出人工濕地時(shí)，空氣進(jìn)入床體基質(zhì)中，當(dāng)污水排空后重新向人工濕地進(jìn)水時(shí)，空氣被迫從床體基質(zhì)中排出，通過周期性的氣、水運(yùn)動(dòng)，提高了系統(tǒng)的富氧能力，提高了對污染物的凈化能力；另外，還可以在人工濕地中交替形成好氧-厭氧環(huán)境、促進(jìn)硝化-反硝化細(xì)菌的脫氮作用[1-2]。周健等研究了人工濕地在低溫（5～10 ℃）下采用周期間歇式運(yùn)行的微生物脫氮性能，結(jié)果表明，NH4+-N、TN的去除率分別達(dá)到85.9%、48.4%[25]。崔玉波等在研究低溫（低于11 ℃）下人工濕地周期間歇式（周期停留時(shí)間3 d、進(jìn)出水間隔6 h）運(yùn)行效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，脫氮效果增加了11.4%[26]。

2.3輔助強(qiáng)化措施

2.3.1人工曝氣強(qiáng)化根據(jù)眾多學(xué)者對于人工濕地中污染物去除及溶解氧的分布、傳遞機(jī)理的研究表明，人工濕地床體內(nèi)部基質(zhì)中溶氧量是去除各類污染物的關(guān)鍵性限制因素[10]。在西藏等高寒缺氧地區(qū)，人工濕地增加底部曝氣可以提高池體基質(zhì)內(nèi)溶氧量、增強(qiáng)附著微生物活性、提高低溫和植物枯萎期間根區(qū)溶解氧的利用率，且可以減輕污水在濕地內(nèi)部的流態(tài)基質(zhì)堵塞程度，進(jìn)而提高對污染物的去除能力[1-2]。在人工濕地床體底部增設(shè)曝氣管，使?jié)竦卮搀w具有呼吸功能，可提高人工濕地微生物降解有機(jī)物的能力；但底部曝氣作用破壞了濕地床體垂直方向上的好氧-缺氧環(huán)境，抑制了反硝化細(xì)菌的反硝化脫氮作用[10-14]。

進(jìn)水預(yù)曝氣和濕地前、中、后部局部充氧曝氣是現(xiàn)階段人工濕地主要采用的4種充氧措施。任擁政等研究局部曝氣對人工濕地去除污染物的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水預(yù)曝氣對提高濕地床體內(nèi)溶氧量作用甚微；但在濕地床體的前部和后部進(jìn)行曝氣，對COD、NH4+-N的平均去除率分別達(dá)62.12%、58.09% 和93.5%、96.6%，且系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷的能力較強(qiáng)[27]。鄢璐等在研究濕地床體中部充氧曝氣對人工濕地去除污染物的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物去除率提高約10%，NH4+-N、TN去除率提高60%左右，TP去除效果無明顯提高[28]。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，人工曝氣措施對改善人工濕地內(nèi)部溶解氧分布及污水處理效果的作用很明顯，且對濕地前部、后部采取曝氣措施的處理效果優(yōu)于中部曝氣措施。

2.3.2溫室保溫隔離措施在西藏等高寒缺氧地區(qū)，人工濕地對污染物的去除受溫度影響較大，因此，對其采用保溫措施是必須的。目前在國內(nèi)外季節(jié)性低溫地區(qū)主要采用隔離保溫措施，即在濕地床體上覆蓋不同的保溫材料起到保溫作用；國內(nèi)外學(xué)者研究了冰雪、稻草、PVC透氣薄膜、收割濕地植物、炭化后的蘆葦屑、有機(jī)填料等覆蓋材料的保溫效果[11]。劉學(xué)燕等在冬季低溫（-30～-20 ℃）條件下采用空氣和冰雪隔離層保護(hù)研究了潛流式人工濕地對河北省張家口官廳水庫微污染水的凈化效果，結(jié)果表明，NH4+-N、TN的去除率分別達(dá)到 42.9%、48.4%[14]。申歡等在低溫（-2.5～6 ℃）條件下采用收割的濕地植物覆蓋潛流式人工濕地進(jìn)行保溫，對 NH4+-N、TN、TP的平均去除率分別達(dá)到26.5%、9.6%、314%，和未進(jìn)行保溫的人工濕地相比分別提高9.7%、50%、15.9%[12]?？梢姡斯竦馗綦x保溫措施能有效提高污染物的去除效果。但在我國西藏等常年氣溫、平均含氧量較低且晝夜溫差大的地區(qū)采用上述措施則不能像季節(jié)性低溫地區(qū)一樣達(dá)到人工濕地正常運(yùn)行的目的?；谌斯竦厣鷳B(tài)技術(shù)在西藏等高寒缺氧地區(qū)應(yīng)用須解決高寒、缺氧問題的考慮，西藏地區(qū)是低緯度、高海拔高原，空氣潔凈、太陽輻射強(qiáng)烈（年輻射量高達(dá)7 000 MJ/m2），可以充分利用此部分自然能源作為熱源，配合采用農(nóng)業(yè)種植中的溫室保溫技術(shù)，人為形成一個(gè)半封閉的生態(tài)平衡小環(huán)境，以維持和提高污水處理以及濕地植物生長所需的溫度和溶氧量。馬津偉等在致力于青藏鐵路沿線站區(qū)生活污水處理研究時(shí)提出了在生態(tài)大棚污水處理系統(tǒng)中將污水處理和大棚保溫技術(shù)有機(jī)結(jié)合的觀點(diǎn)，充分利用太陽能，結(jié)果表明，在西藏冬季最冷月，棚內(nèi)溫度白天仍能保持25 ℃以上，清晨最低棚內(nèi)溫度也能達(dá)到4 ℃以上，完全可以滿足污水處理系統(tǒng)及植物生長的溫度要求；土地處理系統(tǒng)出水水質(zhì)達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)，可回收用于沖廁[29]。

2.3.3預(yù)處理措施西藏等高寒缺氧地區(qū)的氣候條件導(dǎo)致人工濕地植物、微生物活性降低，許多研究者在人工濕地處理系統(tǒng)前增加預(yù)處理措施，以保證該地區(qū)人工濕地各季節(jié)的運(yùn)行效果較為穩(wěn)定[14]。目前預(yù)處理措施主要是為了在污水進(jìn)入人工濕地前進(jìn)行增溫、充氧、增加抗沖擊負(fù)荷能力、沉淀懸浮固體防止濾料堵塞、優(yōu)化污水可生化性及促進(jìn)微生物的增殖，提高人工濕地的去污能力[3-4]；具體措施主要是增設(shè)太陽能調(diào)節(jié)池[29-30]、沉淀池、厭氧消化池、接觸氧化池[30]等預(yù)處理構(gòu)筑物。翟俊等在西藏昌都地區(qū)研究太陽能預(yù)熱和接觸氧化作為預(yù)處理設(shè)施對人工濕地運(yùn)行的影響，結(jié)果表明，在冬季最寒冷季節(jié)，出水水質(zhì)可達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級B標(biāo)準(zhǔn)；春、夏、秋季可達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)[30]。

2.3.4強(qiáng)化深度處理在西藏等高寒缺氧地區(qū)的氣候條件下人工濕地處理后的污水仍然存在污染物濃度較高的可能，若直接排入受納水體，將增加自然水體的自凈負(fù)荷。國內(nèi)外學(xué)者將人工濕地與穩(wěn)定塘、土地滲濾系統(tǒng)等串聯(lián)起來，人工濕地作為主體，穩(wěn)定塘、土地滲濾系統(tǒng)作為人工濕地的深度處理，對提高污染物去除率起很大作用。Ham等在冬季低溫（平均溫度-0.2 ℃，最低溫度-12.0 ℃）條件下，應(yīng)用人工濕地、穩(wěn)定塘組合系統(tǒng)對分散式農(nóng)村污水進(jìn)行處理，研究表明，穩(wěn)定塘對TN、TP的平均去除率分別為25%、28%，使整個(gè)系統(tǒng)對TN、TP的平均去除率分別提高到51%、46%，大大提高了系統(tǒng)對N、P的去除能力[31]。馬津偉等利用生態(tài)大棚污水處理系統(tǒng)處理青藏鐵路沿線站區(qū)生活污水，利用土地滲濾系統(tǒng)作為深度處理設(shè)施，結(jié)果表明，土地滲濾系統(tǒng)將銨態(tài)氮出水濃度由4.2～6.3 mg/L降低至1.4～2.2 mg/L，總磷出水濃度由0.4～0.8 mg/L降低至0.2～0.5 mg/L[29]。

3結(jié)語

人工濕地的植物、基質(zhì)、微生物3個(gè)主要組成部分均易受西藏等高寒缺氧地區(qū)的氣候條件影響，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效果較差，特別是對氮、磷污染物去除率降低。但可以通過選擇人工濕地的類型、優(yōu)化配置濕地植物、篩選填充基質(zhì)、采取溫室保溫措施、優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)、增設(shè)預(yù)處理及深度處理設(shè)施等方法來緩解和改善低溫、缺氧帶來的不利影響，解決人工濕地在西藏等高寒缺氧地區(qū)運(yùn)行難的問題，從而為人工濕地在高寒缺氧地區(qū)的推廣使用奠定技術(shù)基礎(chǔ)，具有很好的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]Werker A G，Dougherty J M，Mchenry J L，et al. Treatment variability for wetland wastewater treatment design in cold climates[J]. Ecological Engineering，2002，19（1）：1-11.

[2]Yan Y J，Xu J C. Improving winter performance of constructed wetlands for wastewater treatment in northern China：a review[J]. Wetlands，2014，34（2）：243-253.

[3]Cui L H，Ouyang Y，Lou Q，et al. Removal of nutrients from wastewater with Canna indica L. under different vertical-flow constructed wetland conditions[J]. Ecological Engineering，2010，36（8）：1083-1088.

[4]Vymazal J. Horizontal sub-surface flow and hybrid constructed wetlands systems for wastewater treatment[J]. Ecological Engineering，2005，25（5）：478-490.

[5]Vymazal J. Constructed wetlands for wastewater treatment：five decades of experience[J]. Environmental Science and Technology，2011，45（1）：61-69.

[6]Liu D，Ge Y，Chang J，et al. Constructed wetlands in China：recent developments and future challenges[J]. Frontiers in Ecology and the Environment，2009，7（5）：261-268.

[7]黃翔峰，謝良林，陸麗君，等. 人工濕地在冬季低溫地區(qū)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境污染與防治，2009，130（11）：84-89.

[8]Saeed T，Sun G Z. A review on Nitrogen and organics removal mechanisms in subsurface flow constructed wetlands：dependency on environmental parameters，operating conditions and supporting media[J]. Journal of Environmental Management，2012，112：429-448.

[9]張顯龍，周力. 人工濕地處理城市污水在北方的應(yīng)用[J]. 環(huán)境工程，2005，23（4）：23-24.

[10]黃翔峰，謝良林，陸麗君，等. 人工濕地在冬季低溫地區(qū)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境污染與防治，2008，30（11）：84-89.

[11]華萊士，帕金，考思. 寒冷地區(qū)污水處理的人工濕地設(shè)計(jì)與運(yùn)行[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2003（6）：40-42.

[12]申歡，胡洪營，潘永寶. 潛流式人工濕地冬季運(yùn)行的強(qiáng)化措施研究[J]. 中國給水排水，2007，23（5）：44-46.

[13]陳曉東，常文越，王磊，等. 北方人工濕地污水處理技術(shù)應(yīng)用研究與示范工程[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2007，33（2）：25-28，61.

[14]劉學(xué)燕，代明利，劉培斌. 人工濕地在我國北方地區(qū)冬季應(yīng)用的研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23（6）：1077-1081.

[15]劉亞瓊，劉志強(qiáng)，苗群，等. 人工濕地處理污水機(jī)理及效率比較[J]. 水科學(xué)與工程技術(shù)，2007（6）：40-43.