表面流人工濕地的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

張 欣

(山西省林業(yè)和草原科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

人工濕地是根據(jù)人類利用需要，通過模擬自然濕地的結(jié)構(gòu)與功能，在適宜的地理位置，人為設(shè)計(jì)和建造的濕地。人工濕地具有近自然、成本低、便于運(yùn)行管理、凈化效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，近年來在國內(nèi)外污水處理工程中被廣泛應(yīng)用。人工濕地污水處理系統(tǒng)分為表面流人工濕地、潛流人工濕地、垂直流人工濕地3 種類型，筆者對表面流人工濕地的組成、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，可為其未來的發(fā)展提供參考。

1 表面流人工濕地的組成

1.1 水生植物

水生植物是人工濕地的重要組成部分，是濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者。植物生長需要吸收氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，因此，在其生長過程中，根系的吸收作用可凈化水體中的污染物質(zhì)。另一方面，植物可以通過根系向基質(zhì)輸送氧氣，營建好氧環(huán)境，有利于微生物降解功能的發(fā)揮。此外，植物根系還可吸附重金屬離子，固著基質(zhì)。表面流人工濕地中常用的水生植物包括挺水植物、浮水植物和沉水植物3種。

1.1.1 挺水植物

挺水植物指根、根莖生長在水的底泥之中，莖、葉挺出水面的植物。表面流人工濕地中常用的挺水植物有蘆葦、香蒲、水菖蒲、荷花、千屈菜等。

1.1.2 浮水植物

浮水植物又稱漂浮植物，指植株懸浮于水面上的植物。表面流人工濕地中常用的浮水植物有睡蓮、浮萍、眼子菜等。

1.1.3 沉水植物

沉水植物指植物體全部位于水層下的大型水生植物。表面流人工濕地中常用的沉水植物有苦草、金魚藻、狐尾藻、黑藻等。

1.2 基質(zhì)

基質(zhì)是提供水生植物生長、蓄納污水和凈化轉(zhuǎn)化污染物的場所。常用的人工濕地基質(zhì)包括礫石、砂子、土壤、有機(jī)質(zhì)等。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)待處理污水的類型，地理因素和經(jīng)濟(jì)因素，基質(zhì)的質(zhì)地、pH、電導(dǎo)率等選擇適宜的基質(zhì)。為避免地下水污染或滲透到人工濕地中，應(yīng)在基質(zhì)下方鋪設(shè)下墊面。

1.3 水體

受污染的水體是表面流人工濕地系統(tǒng)凈化的對象，但其也為濕地系統(tǒng)中的水生植物和微生物提供了生存環(huán)境和營養(yǎng)物質(zhì)。表面流人工濕地中應(yīng)有簡單且易于調(diào)節(jié)流量的控制裝置，以便于適應(yīng)系統(tǒng)的變化。應(yīng)布置適量的進(jìn)水口，以確保水流分配，表面流人工濕地的入水裝置較簡單，利用水管、通道或者帶閥門的管道將水引入濕地。水位由出水裝置控制，如，堰、泄洪道、可調(diào)節(jié)管等。

1.4 微生物

微生物及其代謝活動(dòng)對表面流人工濕地具有調(diào)節(jié)作用。人工濕地運(yùn)行過程中存在多種微生物，如，細(xì)菌、酵母菌、真菌等。微生物具有凈化污水的作用，還能改變基質(zhì)的氧化還原條件，參與濕地的養(yǎng)分循環(huán)和碳循環(huán)。在表面流人工濕地的運(yùn)行過程中，要注意控制影響微生物活性的污染物濃度，如，重金屬、殺蟲劑等。

2 表面流人工濕地的優(yōu)缺點(diǎn)

表面流人工濕地是最接近自然濕地的人工濕地類型，濕地表面經(jīng)常保持均勻的薄水層，其水位較淺(一般為0.1 m～0.6 m)，污水依靠自然坡度(處理單元具有0.4%～0.5%的坡度)以水平流的方式流經(jīng)各個(gè)處理單元。

2.1 優(yōu)點(diǎn)

表面流人工濕地中，污水以較慢速度流經(jīng)濕地表面，在水面與空氣之間可發(fā)生快速的氣體交換。濕地中的O2來源于水面擴(kuò)散與根系傳輸，具有投資少、操作簡單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 缺點(diǎn)

表面流人工濕地占地面積較大，水力負(fù)荷小，凈化能力有限，且受氣候影響較大。北方地區(qū)冬季寒冷，表面流人工濕地會(huì)結(jié)冰，影響其運(yùn)行效果和使用壽命，夏季易孳生蚊子、蒼蠅，有惡臭氣味。

3 表面流人工濕地的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 在處理工業(yè)廢水中的應(yīng)用

表面流人工濕地能夠處理多種類型的工業(yè)廢水。張華等2015年的研究結(jié)果表明，利用表面流人工濕地處理吉林糖醛廠廢水、西安皂河有機(jī)廢水和江蘇新沂河近工業(yè)廢水，當(dāng)COD進(jìn)水濃度在2.79 mg/L～6 600.00 mg/L之間時(shí)，去除率達(dá)40.6%～94.2%；當(dāng)BOD5進(jìn)水濃度在26.0 mg/L～225.6 mg/L之間時(shí)，去除率達(dá)44.83%～94.31%。此外，表面流人工濕地對石油、農(nóng)藥、殺蟲劑等也有一定的去除效果，其去除機(jī)理一般是通過物理、化學(xué)和生物因素的綜合作用。如，對重金屬的去除主要是依靠基質(zhì)吸附與水生植物的吸收積累，對藻類的去除主要是通過機(jī)械過濾。

3.2 在處理生活污水中的應(yīng)用

有研究表明，表面流人工濕地的特點(diǎn)決定了其主要適用于防治農(nóng)業(yè)面源污染和天然水體富營養(yǎng)化等。生活污水中氮、磷含量較高，表面流人工濕地對其去除效果較差，因此，多采用多級(jí)串聯(lián)的表面流人工濕地系統(tǒng)處理生活污水。萬玉文等在廣西桂林市臨桂縣臨桂鎮(zhèn)回龍村的研究結(jié)果表明，表面流人工濕地系統(tǒng)對TN、NH4+-N和TP的平均去除率分別達(dá)到了76.3%、70.8%和60.5%，可有效緩減生活污水排放對外界水體的危害。

3.3 在城市景觀水體中的應(yīng)用

近年來，人工水體景觀在城市園林建設(shè)中的應(yīng)用越來越多。但由于結(jié)構(gòu)不合理等原因，其水體容易富營養(yǎng)化，氮、磷濃度較高，水體發(fā)臭情況嚴(yán)重。利用表面流人工濕地技術(shù)處理公園景觀水體，可達(dá)到凈化水質(zhì)和增強(qiáng)景觀效果的作用。魏東等研究發(fā)現(xiàn)，多級(jí)表面流人工濕地系統(tǒng)能有效凈化公園景觀水體，其對COD、TN、TP的去除率分別為43.64%、25.00%和28.80%，能明顯降低水體的濁度。

4 表面流人工濕地的發(fā)展前景

1)在農(nóng)村非點(diǎn)源污染治理中應(yīng)用前景廣闊。表面流人工濕地具有成本低、操作簡便、節(jié)能高效等優(yōu)點(diǎn)，適合處理水量不大、分布較分散、水質(zhì)變化較小的農(nóng)村地區(qū)污水，可有效解決這些地區(qū)缺少污水處理設(shè)施的問題。

2)需要提高人工濕地系統(tǒng)應(yīng)對氣候變化的能力。表面流人工濕地的運(yùn)行效果和凈化效率受氣候條件影響較大。尤其在北方寒冷地區(qū)和生態(tài)環(huán)境較差的地區(qū)，采取有效措施，發(fā)揮人工濕地在不同氣候條件下的特有功能十分重要。

3)需要完善人工濕地系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。氣候特征、水力條件、區(qū)域差異和系統(tǒng)設(shè)計(jì)類型等都會(huì)影響表面流人工濕地的污水凈化效果，但目前并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使大量研究結(jié)果缺乏可比性。因此，要盡快建立和完善科學(xué)的人工濕地系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。