人工濕地處理污水的效率與研究展望

時間：2007-07-16 來源： 作者：

3.2 濕地植物種類

　　不同種類的濕地植物對污染物的去除效率也有一些差異。.植物的凈化能力主要與植物的生物量、根系的發達程度、根系的輸氧能力等因素有關。一般來說，植物的生物量較大、根系比較發達、根系的輸氧能力比較強的話，其凈化能力就比較強。Adcock等[8]研究了水麥冬和蘆葦兩種人工濕地植物的地上、地下和總的生物量、生長情況和組織中營養成分的含量，結果表明水麥冬具有明顯發達的根系和較高的地下生物量，對氮、磷的去除效果是蘆葦的5倍。黃時達等研究了蘆葦、燈心草和菖蒲等三種植物的污染物凈化能力，結果發現燈心草的凈化能力最強，CODcr的去除率達到42%～46%。高吉喜等研究比較了7種濕地植物，結果發現，慈菇和茭白的綜合凈化能力最高。彭江燕等研究了蘆葦、水蔥、黃菖蒲、美人蕉和風車草等5種植物的凈化效果，結果表明，氮和磷的吸收比例順序均為風車草> 美人蕉 > 蘆葦 >黃菖蒲> 水蔥，風車草有較高的氮磷去除能力。靖元孝的研究表明，種植風車草的潛流型人工濕地對TN、TP、COD和BOD的去除效率分別為64%、47%、74%和74%。崔理華等[7]的研究表明，種植風車草可提高NH4-N、TN和TP的去除率，與無植物系統相比分別提高2%～3%、4%～6%、10%～14%，說明風車草是一種很好的濕地植物。此外，長苞香蒲和水燭等大型水生植物種類具有粗壯的根系和許多發達的不定根，是較佳的凈水植物。吳振斌等認為須根系比根狀莖、匍匐莖等具有較好的污水凈化效果。其次，不同的植物對污染物的去除速率也不相同，日本學者對不同的植物去除氮和磷的速率進行了研究，結果見表4。

　　每種濕地植物都有它自己的特點，如果選擇幾種濕地植物進行合理的搭配，不僅會使濕地的凈化效率提高，而且凈化效果也變得更穩定，還很有可能解決NO3-N的凈化問題[6]。

表4　不同的植物對氮和磷的去除速率

3.3 基質類型

　　不同的基質對人工濕地的處理效果影響較大。人工濕地的基質又稱填料，一般由土壤、細砂、粗砂、礫石、灰渣及石灰石、沸石等組成，不同的基質對人工濕地的處理效果影響較大，并且某些基質的組合要優于單一基質的處理能力。因此，根據污水中的污染物種類、特征可以選取不同的基質或采用幾種基質的組合。一般來說，含有機質豐富的基質有助于吸附各種污染物；土壤基質的去污能力不如礫石基質[6]；含CaCO3較多的石灰石基質可以有效地去除磷，沸石-石灰石組合的基質可以有效地去除TN、TP [9]；煤渣-草炭基質對磷具有較強的吸附能力，在不種植濕地植物的情況下對TP的去除率可達到77.6%～85.0%，可以作為垂直流人工濕地系統的特殊基質[1]；花崗巖-粘性土壤基質能高效地去除污水中的磷，對TP的去除能力可達90%。

3.4 濕地中微生物種類和數量

　　廢水中各類污染物的去除與濕地系統中生長的微生物種類和數量有關。表5[10]列出了蘆葦濕地系統中不同微生物與廢水中不同污染物去除率之間的相關系數（r）值。相關系數的大小可以反映某一類微生物對某一類污染物的去除能力。由表5可知，不同微生物與BOD和COD的去除率之間均有明顯的相關性，說明人工濕地系統對BOD和COD有良好的去除率；廢水中NH4-N的去除與硝化細菌和反硝化細菌都有明顯的相關性，說明硝化和反硝化作用是人工濕地系統去除氮的主要方式；廢水中磷的去除與濕地中的各類微生物均不具有明顯的相關性，這說明微生物不是人工濕地系統中去除的磷主要因素；廢水中總大腸桿菌的去除與放線菌和原生動物的數量有明顯的相關性，這說明人工濕地系統中的放線菌和原生動物是去除大腸桿菌的主要作用者。

3.5 環境因子的影響與管理措施

　　溫度、水力停留時間、水力負荷、濕地的運行管理等均會對人工濕地的去污效果產生影響。水溫在20～25℃時生物去污的效果最好，低于10℃時，處理效果會明顯下降，因此，夏天的處理效果會好于冬天[2、6]。陳博謙等的研究表明，細菌的反硝化作用受溫度影響，在10～30℃范圍內，高溫有利于反硝化。但溫度高于30℃，則會對硝化反硝化過程產生抑制作用[6]。Yang等也發現，當濕地運作一段時間（如3年）后，去污效果基本不再受環境因子（如溫度、污水流量等）影響。

表5　蘆葦濕地系統中不同微生物與污染物去除率之間的相關性（r）

　　廖新俤等[2]的研究表明，在一定進水濃度范圍內，香根草和風車草人工濕地對豬場廢水主要污染指標的去除率受廢水停留時間的影響，停留時間延長，去除率提高，但停留時間太長，濕地占地面積很大，從去除效果和實際需要出發，秋季和春季香根草和風車草人工濕地的水力停留時間可以選擇3d或5d，但與3d比較，5d情況下雖然處理效果改進，但濕地占地面積大。此外污水負荷也會影響污染物的去除率，在冬季，進水濃度對濕地去除SS影響較大，從總趨勢來看，SS的去除率隨進水濃度的增大而下降；在夏季，進水濃度影響COD、BOD、和SS的去除率，其影響程度因不同范圍的進水濃度而異。例如，在夏季，香根草和風車草人工濕地在進水濃度高達1000～1400mg/L情況下，COD去除率接近90%，即出水COD在100～150mg/L以下，當進水COD在400mg/L以下時，出水COD均在100mg/L以下，當進水COD在250mg/L以下時，出水COD可控制在50mg/L以下；在冬季，在進水濃度高達1003mg/L情況下，COD去除率在70%以上，即出水COD在300mg/L以下，當進水COD在345.68mg/L時，出水COD均在100mg/L以下。丁延華的研究表明，蘆葦濕地的水力負荷應在6cm/d以下，有機負荷應在80kg/hm2·d以下，最佳停留時間為4～6d。表6～表9給出了濕地系統各環境因子與去除率的比較。

表6　濕地系統夏季與冬季去除率的比較

表7　污水滯留時間與去除率的關系

表8　單位水面積污染物負荷與去除率的關系

表9　污染物負荷速度與去除率的關系

　　濕地在運行過程中，采取一些措施可以提高處理效果。例如，往水中加入一定量的明礬[Al2(SO4)3]會使磷的凈化效率顯著升高，主要原因是由于Al3+與PO43-結合生成AlPO4沉淀[6]。最近發現FeCl3固化磷酸根的效果比明礬好[3]。

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