人工濕地基質(zhì)堵塞成因及防控解除研究進(jìn)展

宋奇

摘 要：人工濕地作為一種生態(tài)污水處理系統(tǒng)，具有投資低，運(yùn)行管理費(fèi)用少，脫氮除磷的效果好等特點(diǎn)，但人工濕地運(yùn)行一段時(shí)間之后會(huì)造成輕微至嚴(yán)重性的堵塞，由于堵塞會(huì)導(dǎo)致人工濕地處理出水水質(zhì)惡化、水生態(tài)環(huán)境等關(guān)鍵性問(wèn)題，因此，解決目前人工濕地堵塞問(wèn)題迫在眉睫。本文在對(duì)濕地填料堵塞成因總結(jié)梳理的基礎(chǔ)上，綜合闡述現(xiàn)有堵塞解除技術(shù)，為人工濕地填料堵塞的防控和解除挺高借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：人工濕地;堵塞成因;防控解除

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）06-0123-02

人工濕地技術(shù)由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、運(yùn)行費(fèi)用低廉、處理效果好等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于生活、工業(yè)等污水處理和水體環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域。但在人工濕地運(yùn)行過(guò)程中，填料層見(jiàn)會(huì)因截留、吸附、微生物增長(zhǎng)等原因造成填料層堵塞，進(jìn)而影響人工濕地系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定和處理效率。目前人工濕地的堵塞，已成為制約人工濕地技術(shù)應(yīng)用推廣的主因之一。

1 人工濕地基質(zhì)堵塞成因分析研究

1.1 填料層顆粒積累

目前研究認(rèn)為，濕地填料層內(nèi)部有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)固體顆粒的積累是導(dǎo)致人工濕地填料堵塞的主要成因之一。當(dāng)填料基質(zhì)表面形成生物膜后，濕地進(jìn)水中所含的懸浮物和膠體物質(zhì)被吸附于生物膜表面，進(jìn)而形成大顆粒絮團(tuán)狀累積物，加速填料堵塞狀況的發(fā)生。

1.2 填料種類對(duì)堵塞影響

目前潛流人工濕地填料多以礫石為主，采用正級(jí)配填料鋪設(shè)方案，但礫石填料正級(jí)配鋪設(shè)對(duì)污染物的去除效率低于沸石、火山巖等自然或人工新型填料，且其抗堵塞性能較差，表層填料極易形成堵塞。因此在控制建設(shè)投資的情況下，宜盡量選用新型填料，以提高人工濕地系統(tǒng)對(duì)污水的處理效果和抗堵塞性能。

1.3 濕地植物對(duì)堵塞影響

潛流人工濕地系統(tǒng)種植的濕地植物，其底部根系不僅為微生物生長(zhǎng)提供了場(chǎng)所，同時(shí)通過(guò)其根系作用提高了填料表層的孔隙度和氧濃度，為抑制填料層生物性堵塞創(chuàng)造了有利條件。故應(yīng)合理控制濕地系統(tǒng)的種植密度，以改善人工濕地表層的堵塞狀況。

2 人工濕地基質(zhì)堵塞的解決對(duì)策

2.1 濕地植物種類的合理選取

研究表明合理的植物搭配有利于緩解濕地內(nèi)部堵塞狀況，我國(guó)北方地區(qū)常用的濕地植物有水蔥、蘆葦、鳶尾、香蒲、菖蒲等，其中以蘆葦和菖蒲為主。耿琦鵬等研究發(fā)現(xiàn)，蘆葦具有較好的傳氧能力，可緩解濕地內(nèi)部溶解氧（DO）不足狀況、提高人工濕地處理效果。為保障濕地系統(tǒng)處理效果的穩(wěn)定，延緩堵塞的發(fā)生，需定期對(duì)濕地植物進(jìn)行收割、補(bǔ)種，有效的濕地植物養(yǎng)護(hù)可有效延緩濕地堵塞[4]。

2.2 新型基質(zhì)填料種類及填料級(jí)配的研究

人工濕地基質(zhì)填料的種類及規(guī)格，對(duì)影響人工濕地系統(tǒng)的堵塞發(fā)育起到?jīng)Q定性影響。王國(guó)強(qiáng)等[5]通過(guò)采用煤矸石對(duì)沸石改性組建了復(fù)合基質(zhì)反級(jí)配人工濕地系統(tǒng)，用以研究人工濕地的運(yùn)行效果和抗堵塞性能;試驗(yàn)結(jié)果表明，在污染物的處理效果、基質(zhì)有效孔隙率、不同深度處水頭損失和系統(tǒng)堵塞時(shí)間等方面，新型復(fù)合基質(zhì)人工濕地方案均優(yōu)于傳統(tǒng)單一基質(zhì)的方案;且在煤矸石+沸石這一復(fù)合基質(zhì)組配條件下濕地的處理效果最佳，處理效果最佳區(qū)域發(fā)生在0-30cm范圍內(nèi)。楊萌堯[6]等對(duì)垂直潛流人工濕地內(nèi)部堵塞效應(yīng)研究表明當(dāng)基質(zhì)粒徑小于5mm的人工濕地系統(tǒng)，其滲透系數(shù)隨時(shí)間的增加而減小。Platzer[7]等研究發(fā)現(xiàn)，定期更換人工濕地表層基質(zhì)可以防止人工濕地堵塞現(xiàn)象發(fā)生。張翔凌[8]認(rèn)為，更換高孔隙率的填料及合理的粒徑搭配可以增長(zhǎng)人工濕地運(yùn)行時(shí)間，使人工濕地能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對(duì)人工濕地表層基質(zhì)進(jìn)行更換可以使人工濕地堵塞狀況得到恢復(fù)，但成本較高，工程量較大，且易破壞人工濕地表層植物根系正常生長(zhǎng)。

2.3 濕地系統(tǒng)進(jìn)水的預(yù)處理方案

通過(guò)降低進(jìn)水中懸浮物濃度，可減緩濕地系統(tǒng)物理性堵塞的發(fā)生;通過(guò)對(duì)進(jìn)水的生化處理可有效延緩濕地系統(tǒng)生物性堵塞的發(fā)育。故對(duì)于人工濕地工程項(xiàng)目，多于濕地系統(tǒng)前增設(shè)接觸氧化、活性污泥法等生化處理段，而對(duì)懸浮物濃度較高的農(nóng)村污水、河水，在進(jìn)入濕地系統(tǒng)前多增設(shè)沉淀池、氧化塘等方式，去除水體中的大顆粒無(wú)機(jī)顆粒。

2.4 化學(xué)法濕地堵塞恢復(fù)技術(shù)

針對(duì)濕地填料層由于胞外聚合物增長(zhǎng)導(dǎo)致的生物性堵塞問(wèn)題，部分研究人員通過(guò)向濕地系統(tǒng)內(nèi)投加化學(xué)藥劑對(duì)胞外聚合物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)堵塞區(qū)域的孔隙度恢復(fù)。如Hua[9]等選用HCl、NaOH、NaClO藥劑用于垂直流濕地堵塞的恢復(fù)，投加藥劑后可分別恢復(fù)15%、18%和23%的基質(zhì)有效孔隙率。邵長(zhǎng)飛[10]等將5%濃度的NaClO3投入濕地系統(tǒng)，經(jīng)檢測(cè)原有堵塞的填料層水體傳導(dǎo)性恢復(fù)至堵塞前狀況。朱偉[11]等人分別選取酸類、堿類、洗滌劑、強(qiáng)化劑作為濕地填料堵塞恢復(fù)藥劑開(kāi)展研究，其結(jié)果顯示次氯酸鈉對(duì)濕地系統(tǒng)的堵塞恢復(fù)效果最佳，可恢復(fù)至堵塞前的69%。但化學(xué)藥劑法對(duì)濕地系統(tǒng)原有中微生物抑制作用較大，影響濕地系統(tǒng)對(duì)污水的處理效果。

2.5 濕地系統(tǒng)停床輪休

通過(guò)濕地停床輪休，可提高表層空氣進(jìn)入填料層的氧濃度，加速填料基質(zhì)內(nèi)原有微生物內(nèi)源呼吸對(duì)胞外聚合物的消耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)填料層生物性堵塞的恢復(fù)。經(jīng)過(guò)停床輪休后的濕地系統(tǒng)，其各類不可濾物質(zhì)總量均出現(xiàn)下降。通常，停床輪休期根據(jù)氣候溫度而調(diào)整，相關(guān)研究顯示夏季、冬季的停床輪休期分別為10d和20d[12]。

2.6 基于生物防控的堵塞恢復(fù)技術(shù)

部分研究人員利用蚯蚓可吞食有機(jī)質(zhì)顆粒的習(xí)性，利用蚯蚓解決填料層生物性堵塞問(wèn)題。如L.Davisonh[13]、Pratt.K.A.等人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)蚯蚓的吞食作用，可清除填料基質(zhì)間及填料表面的有機(jī)顆粒雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)填料層有效孔隙度的恢復(fù)。但該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受蚯蚓生長(zhǎng)習(xí)性和人工濕地系統(tǒng)長(zhǎng)期充水等因素影響，實(shí)際工程案例尚鮮見(jiàn)報(bào)道。

2.7 人工濕地曝氣增氧技術(shù)

大量研究表明，人工濕地系統(tǒng)內(nèi)氧的缺乏，是加速濕地填料堵塞的成因之一。故通過(guò)強(qiáng)化增氧手段，提高濕地系統(tǒng)內(nèi)氧濃度，成為緩解濕地堵塞的重要途徑之一。目前多采用跌水自然復(fù)氧和機(jī)械曝氣增氧方式來(lái)提高濕地系統(tǒng)內(nèi)氧濃度。但跌水強(qiáng)化復(fù)氧受項(xiàng)目地形影響，在使用過(guò)程中存在一定的局限性，而機(jī)械增氧效率高，可保證濕地系統(tǒng)內(nèi)氧濃度穩(wěn)定提升，但機(jī)械曝氣需要一定能耗。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著污水處理技術(shù)的發(fā)展，采用經(jīng)濟(jì)適用，而且效果顯著的生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)-人工濕地是一個(gè)必然趨勢(shì)。但是人工濕地在運(yùn)行一段時(shí)間后，往往會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，因此解決基質(zhì)堵塞是當(dāng)前研究人工濕地的關(guān)鍵和意義所在。

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