人工濕地技術(shù)在生活污水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展

張雪梅　閆忠誠(chéng)　勾雅東　王飛騰　朱錦　舒友光

摘要：人工濕地是一種人工、可處理的工程濕地系統(tǒng)，它是在土壤、基質(zhì)、植物、微生物等物理、化學(xué)、生物協(xié)同作用下，以污水和污泥為原料。本文研究了“水解沉淀-接觸氧化-人工濕地”等組合工藝來(lái)處理生活污水，并對(duì)其處理效果和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：人工濕地;生活污水;處理效果

1引言

近年來(lái)，人工濕地技術(shù)日趨成熟，已成為一種低成本的污水處理方法，并在世界各地得到廣泛應(yīng)用。其通過(guò)土壤、基質(zhì)、植物和微生物等物理、化學(xué)和生物協(xié)同作用，將污水和污泥按一定的方向匹配而成。本系統(tǒng)的主要功能包括：吸附、截留、過(guò)濾、氧化-還原、沉淀、微生物分解、養(yǎng)分積累等，進(jìn)入人工濕地的污水既可以暫存在于基質(zhì)和土壤的裂縫中，也可流經(jīng)基質(zhì)的表面，能最大限度的對(duì)污水進(jìn)行處理。因此，本文將對(duì)人工濕地技術(shù)及其組合技術(shù)進(jìn)行分析探論，為后續(xù)的學(xué)術(shù)研究和工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

2人工濕地系統(tǒng)

2.1自由水面人工濕地系統(tǒng)

自由水面人工濕地系統(tǒng)是一種污水流經(jīng)水面的自然濕地系統(tǒng)。在提高出水水質(zhì)的同時(shí)，還有助于防洪和控制岸線侵蝕。自由水面人工濕地系統(tǒng)中的植物種類繁多，主要為挺水植物（香蒲、蘆葦、水曲柳）、沉水植物和漂浮植物。對(duì)鐵、銅、鉛等去除率分別為53%、45%、52%、52%，對(duì)BOD和COD的去除率為50%～60%、對(duì)TSS的去除率為70%～80%，對(duì)氮的去除率為50%～65%。

2.2水平流人工濕地系統(tǒng)（HFCW）

水平流人工濕地系統(tǒng)又稱蘆葦床系統(tǒng)，所需土地面積為5～10 m2/PE。污水在人工濕地床層中水平流動(dòng)，并會(huì)在系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)好氧和厭氧處理。HFCW可有效去除污水中的BOD、COD、氨氮、磷酸鹽、TSS等污染物，并且可應(yīng)用于不同類型的污水處理，如工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)污水、礦山污水等。HFCW比垂直流人工濕地需要的土地面積更多，但脫氮效果也會(huì)更好。

2.3垂直流人工濕地系統(tǒng)（VFCW）

垂直流人工濕地系統(tǒng)是一種污水從濕地頂部進(jìn)入，從底部排出的濕地系統(tǒng)。污水能夠垂直流過(guò)床層，提供了較好的好氧條件，實(shí)現(xiàn)了高硝化的處理效果，對(duì)BOD、COD等污染物的去除效果較好。VFCW的占地面積大約為1～3m/PE，雖然與HFCW相比較小，但比HFCW需要更多的維護(hù)管理。

2.4法國(guó)垂直流人工濕地系統(tǒng)

法國(guó)垂直流人工濕地是一種兩級(jí)垂直流形式的人工濕地，采用并聯(lián)布置，串聯(lián)運(yùn)行的模式。該系統(tǒng)的土地面積要求為2.0～2.5 m2/PE，與傳統(tǒng)垂直流人工濕地相比，具有相近的處理效果，但可以大大節(jié)約建設(shè)成本。

2.5復(fù)合人工濕地系統(tǒng)

復(fù)合人工濕地系統(tǒng)是一種具有多級(jí)處理的系統(tǒng)，采用HFCW和VFCW進(jìn)行組合。與其它類型的人工濕地系統(tǒng)相比，復(fù)合人工濕地系統(tǒng)的去除效率更高。不同類型的人工濕地系統(tǒng)在好氧或厭氧條件下的去除效率不同，因此可根據(jù)污水水質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)行復(fù)合式人工濕地單元的布置。

2.6折流式人工濕地系統(tǒng)

折流式人工濕地系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是具有一系列的垂直折流板，這些折流板主要沿濕地寬度方向進(jìn)行布置，引導(dǎo)污水向上或向下流經(jīng)濕地床層。該系統(tǒng)提供了一條較長(zhǎng)的污水流經(jīng)路徑，使得污水與介質(zhì)之間的接觸時(shí)間增長(zhǎng)，大大提高了處理效果。

2.7曝氣人工濕地系統(tǒng)

為了滿足植物及微生物的氧氣需求，可以采用曝氣人工濕地系統(tǒng)。由于氧氣利用率低，使得有機(jī)物的分解速度較低，因此可以在濕地中加入曝氣器以提高水中的溶解氧，進(jìn)而提高了濕地系統(tǒng)的處理效率。

2.8多熱帶自由流工程濕地系統(tǒng)

濕地中使用的漂浮植物主要為鳳眼蓮、檸檬等，這些漂浮植物可以有效地去除污水中的氮和磷。為使自由流工程濕地的處理效率始終保持在較高水平，需要對(duì)漂浮植物進(jìn)行定期收割，收割所得的漂浮水生植物，可進(jìn)一步用作燃料、肥料、動(dòng)物飼料添加劑等，降低了濕地的運(yùn)行成本。

3人工濕地的優(yōu)缺點(diǎn)

人工濕地是一種低成本的污水處理工藝，其運(yùn)行和維護(hù)成本約占植物成本的1%-2%。能有效處理各種污水，如農(nóng)業(yè)污水、工業(yè)乳品污水、工業(yè)制革污水、工業(yè)紡織污水、制漿造紙污水、酸性礦山污水等，人工濕地處理后的水可以用作休閑和園藝用途。人工濕地對(duì)于BOD、COD和TSS都具有較高的去除率，分別為80%～90%、80%～90%、80%～95%。人工濕地也有助于去除水中的磷、氨氮、硫酸鹽等，其中蘆葦和香蒲作為濕地植被，對(duì)氮和磷的去除率較高;LECA、大理石粉塵、鋸末、零價(jià)鐵和礫石等介質(zhì)可有效去除污水中的硫酸鹽、砷酸鹽和磷，并為濕地中的細(xì)菌提供良好的活動(dòng)場(chǎng)所。人工濕地是一種分散式污水處理技術(shù)，可以將社區(qū)污水集中處理，具有較高的去除率。

每一種污水處理技術(shù)都有其局限性，而人工濕地的缺點(diǎn)是：在濕地中的植物會(huì)導(dǎo)致生物量增加，增加了濕地的維護(hù)成本;不同物種對(duì)污染物的去除率各不相同，只有少數(shù)幾種能夠在現(xiàn)場(chǎng)種植，這也是人工濕地不可能去除所有污染物的原因，所以要結(jié)合其他技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)更好的去除效果;人工濕地處理工藝會(huì)因污水水質(zhì)的不同而有所差異，在自由水面人工濕地系統(tǒng)中，重金屬等污染物對(duì)水生植物的損害作用較大，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生蚊蟲滋生等棘手的問(wèn)題，因此，人工濕地中受污染的植物必須以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行處理。相較于其他工藝，人工濕地處理過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，且具有較強(qiáng)的季節(jié)特征，一般在夏季的去除效果比冬季高。

4人工濕地組合技術(shù)

組合工藝采用了“水解沉淀+接觸氧化法+人工濕地”的方法來(lái)對(duì)生活污水進(jìn)行處理。在水解沉淀池中，借助酸水解和厭氧期的微生物，降解了污水中的大分子和難降解的固體有機(jī)物，并使其轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，可減少后續(xù)供氧設(shè)備能耗并縮短停留時(shí)間;在生物接觸氧化法中，將生物膜以及活性污泥結(jié)合起來(lái)，使得池中的生物固體濃度為5～10 g/L，大大超過(guò)活性污泥法和生物濾池中的濃度，并具有較高的體積負(fù)荷2.0～3.0 kgBOD5/m d。同時(shí)，該工藝對(duì)水質(zhì)和水量都具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力;人工濕地采用了兩個(gè)濕地串聯(lián)，分別為HFCW和VFCW。結(jié)果表明，人工濕地組合技術(shù)對(duì)污水的處理效果較好，對(duì)COD、BOD5、TP、SS、NH-N的去除率分別為：77.8%、83.3%、87%、80%、67%。經(jīng)過(guò)人工濕地處理后的出水水質(zhì)達(dá)到城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)（DB44/56-2003）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

另一種組合工藝采用電化學(xué)氧化與人工濕地聯(lián)用，用于處理冷卻塔水，以“電化學(xué)氧化、摻硼金剛石、混合金屬氧化物和垂直流人工濕地”的組合工藝去除冷卻塔水中的有機(jī)化合物。VFCW能有效地去除特定的污染物，如苯并三唑等;有研究還對(duì)“浮式、垂直流人工濕地和水平流水煤漿混合系統(tǒng)”處理城市污水的性能進(jìn)行了評(píng)估，為提高磷的去除率，還開發(fā)了一種可移除的吸附屏障與觀賞植物混養(yǎng)，增大了景觀優(yōu)勢(shì)。其評(píng)估結(jié)果表明，該復(fù)合系統(tǒng)對(duì)污染物具有良好的去除效能，對(duì)TP、NH?N、TN、DOC、BDO5、COD及濁度的平均去除率分別為94.0%、93.8%、93.8%、80.0%、84.0%、77.0%、99.7%，整體去除效果較好。

針對(duì)紡織污水所設(shè)計(jì)的人工濕地系統(tǒng)，采用了“VFCW和HFCW”組成的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，在VFCW中使用的介質(zhì)為1.4米深的甘蔗渣，在HFCW中使用的介質(zhì)為0.65m深的種植蘆葦和沙芥，并種植了蘆葦、沙芥和無(wú)芒草。VFCW對(duì)可生物降解有機(jī)物的去除率較高，而HFCW對(duì)色度的去除效率較高。水力負(fù)荷較低（556～2 830 mm/d）的系統(tǒng)對(duì)NH-N、濁度和懸浮物的去除率較高，而水力負(fù)荷較高的系統(tǒng)對(duì)NO-N、BOD5和COD的去除率較高，水力負(fù)荷對(duì)亞硝酸鹽氮沒(méi)有影響。水力負(fù)荷較低和較高時(shí)，濁度、NH-N、NO-N、NO-N、COD、BOD和TSS的去除率分別為89.7%和80.5%、86.5%和72.1%、88.6%和95.0%、62.5%和82.7%、69.9%和86.6%、76.6%和89.3%、96.6%和37.7%。

5.結(jié)論：

通過(guò)本文的分析與評(píng)價(jià)，對(duì)人工濕地技術(shù)中植物的選擇提出了一些建議。其植物選擇主要包括以下幾個(gè)方面：（1）植物必須具郵良好的生態(tài)適應(yīng)性和生態(tài)建設(shè)功能。（2）植物必須具有強(qiáng)大的生命力和旺盛的生長(zhǎng)潛力;（3）引進(jìn)人工濕地的植物必須具有很強(qiáng)的抗污染能力，水生植物要依靠微生物的作用才能去除污水中BOD5、COD、TN、TP等污染物，為使微生物能在植物根部生長(zhǎng)或附著于植物表面，因此要選擇具有較強(qiáng)根系和抗污染的特種水生植物。（4）由于需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，且人工濕地的植物在冬季會(huì)出現(xiàn)枯萎、死亡或休眠等現(xiàn)象，故選擇常青或冬季長(zhǎng)勢(shì)較好的植物;（5）在生態(tài)安全方面，所使用的植物不得對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成隱患或威脅;（6）植物應(yīng)具有一定的經(jīng)濟(jì)、文化、景觀和綜合利用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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