人工濕地對(duì)不同廢水的凈化效果研究

李雨桓 周沁宇 黃英才 申泰銘

摘 要：近年來，由于人工濕地的建造成本低、操作方便且廢水凈化效果好，利用人工濕地修復(fù)技術(shù)對(duì)廢水進(jìn)行治理的方法引起了廣泛關(guān)注。本文通過文獻(xiàn)和資料調(diào)研，對(duì)人工濕地凈化不同類型廢水的效果進(jìn)行了對(duì)比分析，概述了人工濕地修復(fù)技術(shù)的修復(fù)機(jī)理及其處理不同類型廢水的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：人工濕地;廢水處理;凈化效果

中圖分類號(hào)：X52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）08-0146-03

Research on the Purification Effect of Constructed Wetland

on Different Wastewater

LI Yuhuan ZHOU Qinyu HUANG Yingcai SHEN Taiming

（College of Environmental Science and Engineering， Guilin University of Technology，Guilin Guangxi 541004）

Abstract： In recent years， due to the low construction cost， convenient operation and good wastewater purification effect of constructed wetland， the method of wastewater treatment by using constructed wetland remediation technology has attracted wide attention. In this paper， through literature and data research， the effects of different types of wastewater purification by constructed wetland were compared and analyzed， and the remediation mechanism of constructed wetland remediation technology and the application status of different types of wastewater treatment were summarized.

Keywords： constructed wetlands;wastewater treatment;purification effect

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，水環(huán)境污染問題逐漸凸顯。水環(huán)境質(zhì)量在人類生產(chǎn)生活中起著重要作用。傳統(tǒng)的廢水處理方式存在技術(shù)粗放、價(jià)格昂貴以及凈化效率不高的弊端。面對(duì)不斷升級(jí)的水環(huán)境要求，要不斷創(chuàng)新治理廢水的手段。人工濕地作為一項(xiàng)新型的污水生態(tài)修復(fù)技術(shù)，不僅建設(shè)簡(jiǎn)單、易操作、維護(hù)成本低，而且具備物理法、化學(xué)法、生物法的效能，為廢水處理提供了一種新的選擇。1953年，德國(guó)人Kathe Seldel進(jìn)行了人工濕地污水處理實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了Krefeld濕地系統(tǒng)，并對(duì)其加以應(yīng)用[1]。隨后，國(guó)內(nèi)外越來越多的學(xué)者對(duì)人工濕地修復(fù)技術(shù)如何更好地應(yīng)用到廢水處理中進(jìn)行了系統(tǒng)研究。1987年，天津環(huán)境保護(hù)研究所建成首例蘆葦濕地工程[2]，人工濕地被引入中國(guó)。人工濕地除了具有廢水凈化的作用外，還具備建設(shè)特色景觀的功能，其成為中國(guó)生態(tài)修復(fù)行業(yè)的重要發(fā)展方向。

1 人工濕地的運(yùn)行機(jī)理

1.1 人工濕地的定義

人工濕地是由人工構(gòu)筑及控制運(yùn)行的與自然濕地類似且具有可控性和工程化特點(diǎn)的生態(tài)系統(tǒng)，其主要利用植物、基質(zhì)和土壤微生物等的聯(lián)合作用處理廢水[3-5]。人工濕地作為一種新興的污水處理系統(tǒng)，具有凈化效率高、投資和運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

1.2 人工濕地的凈化機(jī)理

人工濕地的凈化機(jī)理如表1所示。人工濕地充分利用濕地系統(tǒng)凈化污水能力的特點(diǎn)，利用生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過吸附、過濾、沉淀、生物降解等方式有效去除水體中的污染物質(zhì)[6-7]。

1.3 人工濕地的運(yùn)行方式

人工濕地污水凈化系統(tǒng)一般由消化池、人工濕地、凈化水再利用池三個(gè)基本部分構(gòu)成。在消化池中進(jìn)行預(yù)處理，主要由厭氧細(xì)菌對(duì)污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行分解，污水經(jīng)分解后產(chǎn)生的比重較大的顆粒物會(huì)沉積在池底，形成污泥層，而比重較小的油脂類物質(zhì)則會(huì)浮于水層表面，形成浮渣層;人工濕地主要處理的是中間相對(duì)澄清的水，這部分水經(jīng)人工濕地處理后將進(jìn)入凈化水再利用池，凈化后的水在一定程度上可以替代常規(guī)水資源，作為中水回用，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益[7]。

2 人工濕地在不同類型廢水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 處理生活污水

利用人工濕地處理生活污水，具有良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。WU等人以位于中國(guó)臺(tái)灣仙桃的一個(gè)溢洪道人工濕地為例，檢測(cè)了生活污水處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)[8]。結(jié)果表明，2012—2018年，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，其降解效率不斷下降，生活污水中的化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮含量指標(biāo)（NH3-N）、總氮（Total Nitrogen，TN）和總磷（Total Phosphorus，TP）的降解效率分別下降了10%、18%、15%和28%。有人利用水生植物長(zhǎng)苞香蒲的人工漂浮濕地處理污水，經(jīng)過12個(gè)月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)COD、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD5）和總懸浮物（Total SusPended Solid，TSS）去除率分別為55%、56%和78%[3]。綜上所述，人工濕地對(duì)生活污水COD、BOD5、TN、TP等的去除均有顯著效果，但實(shí)際去除效果與濕地的運(yùn)行時(shí)間、相關(guān)基質(zhì)及植物的選擇等因素有關(guān)。

2.2 人工濕地脫氮機(jī)理

人工濕地脫氮是一個(gè)復(fù)雜的過程，通常包括硝化和反硝化、植物吸收、底物吸附、NO2的排放和揮發(fā)等。TN的去除率主要取決于硝化作用和反硝化碳源的可利用性，人工濕地獨(dú)特的注水方式使其系統(tǒng)中的溶解氧水平較低，無法滿足微生物自身的耗氧需求和有機(jī)物分解的需求，從而限制了系統(tǒng)的脫氮效果[9]，因此有必要在原有基礎(chǔ)上增加溶解氧含量。此外，溫度、pH、植物等環(huán)境因素，碳氮比、進(jìn)出水方式、水力停留時(shí)間、濕地類型、進(jìn)水負(fù)荷和出水循環(huán)等因素對(duì)脫氮效果的影響也較大[10]。在人工濕地中，通過間歇曝氣創(chuàng)造好氧-缺氧交替環(huán)境的研究越來越受到重視。表2總結(jié)了一些人工濕地采用間歇式曝氣的案例[11-14]。

2.3 處理抗生素廢水

LIU等人研究了人工濕地土壤（紅壤）層在不同水力負(fù)荷下去除獸用抗生素及相應(yīng)的抗性基因，結(jié)果表明，土壤層對(duì)土霉素和環(huán)丙沙星有良好的去除效果，但對(duì)磺胺二甲基嘧啶的去除效果不理想，其中，土壤層模擬系統(tǒng)出水中土霉素、環(huán)丙沙星和磺胺二甲嘧啶的檢出率分別為8.33～36.36%、8.33～47.83%和100%[15]。楊月琴等人研究了垂直流人工濕地中植物、水力停留時(shí)間、進(jìn)水方式對(duì)布洛芬和羅紅霉素的去除效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提高布洛芬和羅紅霉素的降解效率的主要因素是植物的存在和增加水力停留時(shí)間[16]。綜上所述，人工濕地對(duì)污水中抗生素的高效去除，得益于該工藝所具有的多途徑污染物降解轉(zhuǎn)化特征及其與其他廢水處理工藝的優(yōu)勢(shì)組合，通過基質(zhì)吸附、植物吸收和增強(qiáng)水力停留時(shí)間等方法可有效提升廢水中抗生素成分的降解效率。

3 結(jié)語

人工濕地作為一種生態(tài)友好型廢水處理工藝，對(duì)COD、BOD5、TN、TP和NH3-N等均有較高的去除率，其在降低建造成本的同時(shí)，還有助于構(gòu)建景觀和改善環(huán)境。研究者們?cè)谌斯竦仡I(lǐng)域進(jìn)行了大量研究。為了更好地發(fā)揮人工濕地凈化廢水的優(yōu)勢(shì)，目前主要研究方向的有優(yōu)化設(shè)計(jì)以節(jié)約土地面積;篩選更具優(yōu)勢(shì)的基質(zhì)或植物種類;實(shí)現(xiàn)處理單元的自動(dòng)化等。

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