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：

采用人工濕地技術凈化污水始于1953年德國的Max Planck研究所，該研究所的Seidel博士在研究中發現蘆葦能去除大量有機物和無機物。到20世紀70年代末期逐漸發展成為一種獨具特色的新型污水處理技術。人工濕地污水處理技術具有處理效果好、出水水質穩定、氮、磷去除能力強、運轉維護管理方便、工程基建和運轉費用低、對負荷變化適應能力強、適于處理間歇排放的污水等主要特點。同時，人工濕地對保護野生動物和提高局部地區景觀的美學價值也有益處。因此，大力開發人工濕地污水處理技術，對我國水環境污染的治理具有重大的意義，在我國具有廣泛的發展前景。

　　多年的研究表明，人工濕地能夠利用基質-微生物-植物這個復合生態系統的物理、化學和生物的三重協調作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現對廢水的高效凈化，同時，通過營養物質和水分的生物地球化學循環，促進綠色植物生長并使其增產，實現廢水的資源化與無害化。

1 人工濕地處理污水的效率

1.1 對有機物的去除效率

　　人工濕地對有機物有較強的凈化能力，污水中的不溶有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快被截留下來而被微生物利用；污水中的可溶性有機物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝過程而被分解去除。國內有關學者對人工濕地凈化城市污水的研究表明，在進水濃度較低的情況下，人工濕地對BOD5的去除率可達85%～95%，對COD的去除率可達80%，處理出水BOD5的濃度在10mg/L左右，SS小于20mg/L[1-3]（表1）。

表1　人工濕地對有機物去除率比較

1.2 對氮的去除效率

　　在人工濕地中氮主要是通過微生物的硝化和反硝化作用、植物的吸收、氨的揮發以及基質的吸附和過濾等過程而去除。廢水中的氮以無機氮和有機氮兩種形式存在，無機氮可以被人工濕地中的植物吸收，合成植物蛋白質，最后通過植物的收割形式從濕地系統中去除。但這一部分氮僅占總氮量的8%～16%。有機氮按圖1的方式去除，微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除中起著重要作用。吳振斌等[4]研究發現，濕地土壤的脲酶活性與TN的去除率有較明顯的正相關性，所以認為可以把人工濕地根區土壤中脲酶的活性作為人工濕地去除污水中含氮污染物效果的一個評價指標。國內外學者的研究表明，利用人工濕地治理各種類型的污水，其TN的去除率達64%～98%[1、3、5]，見表2。

圖1 人工濕地中氮的變化規律

　　人工濕地系統中氮去除效率取決于濕地植物根區附近土壤的氧化還原狀況，因為硝化作用要求在好氧的條件下進行，而反硝化作用要求在厭氧的條件下進行。目前人工濕地系統TN去除率不高的主要原因是硝化-反硝化途徑不暢通，由于系統缺氧，不能提供良好的硝化作用環境條件，因而不能產生大量的反硝化作用底物——硝酸鹽，為反硝化作用打下基礎。要使硝化-反硝化途徑暢通，提高氮的去除率最重要的是提高濕地系統中的硝化作用強度。其措施包括：對進入濕地的污水進行暴氣，以增加水中的DO；或使污水中的氮素物質在進入人工濕地前作預處理，使之轉化成NO3-N；也可以增加濕地植物的密度，或采用間歇進水方法，提高系統中的氧濃度。還有研究發現，人為提高濕地中BOD:NO3-N之比（如添加秸稈或甲醇），氮的去除率會大幅度提高，能從30%左右上升至80%～90%，原因是BOD:NO3-N比值太低時不利于反硝化作用的進行，當比值上升到2.3時，反硝化率達到最大值。也有人提出可直接用C:N比來表示NO3-N的去除率，當C:N> 5:1時，反硝化效率最高[6]。

表2　人工濕地對氮的去除率比較

2.3 對磷的去除效率

　　在人工濕地中磷主要是通過基質的吸附、絡合及與Ca、Al、Fe和土壤顆粒的沉淀反應及泥炭累積，植物的吸收，微生物去除等作用而去除。據資料顯示，人工濕地對各種類型污水中的TP的去除率為47.0%～97.2%[1、3]（表3）。

表3　人工濕地對磷的去除率比較

3 影響人工濕地處理效率的因素

3.1 人工濕地的類型

　　人工濕地的水流類型不同，其對不同污染物的去除效率也有差異。水平潛流濕地對BOD、COD等有機物和重金屬的去除效果較好，垂直流濕地對氮、磷的去除效果較好，表面流型濕地的處理效果一般。但如果將表面流型與潛流型、表面流型與垂直流型結合起來，去污效率會進一步提高[6]。根據對104座潛流型濕地系統和70 座表面流濕地系統的處理效果數據統計[7]，有如下結果。

　�。�1）SS表面流濕地系統用于三級處理時出水SS< 20mg/L；用于二級處理時稍高，但通常也低于20mg/L。水平潛流濕地系統進水SS平均為140 mg/L，出水平均為12.4 mg/L。

　�。�2）BOD5一般來說，當潛流濕地系統進水BOD5平均為114 mg/L時，則出水平均為17 mg/L；表面流濕地系統進水BOD5平均為41 mg/L時，出水平均為11 mg/L。

　　有的學者認為較高的長寬比可確保污水在濕地內流經較長距離，從而提高處理效果；但也有人認為正方形的處理效果好于狹窄的長方形，原因是當每天的灌入水量相同時，長方形的水流速度比正方形的要快，這樣不利于污染物的沉淀。不過目前北美動物糞水處理濕地的長寬比值平均為6.5:1，成典型長方形，而并非1:1的正方形[6]。

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