人工濕地污水生態(tài)處理工藝強化應(yīng)用進展

      今天，我們將根據(jù)不同類型人工濕地的污水凈化處理性能和存在的不足，總結(jié)當前人工濕地的常見問題，從優(yōu)化濕地填料、創(chuàng)新濕地結(jié)構(gòu)、調(diào)整運行策略等角度講解人工濕地強化措施。人工濕地主要由填料、植物和微生物組成，其中填料介質(zhì)是濕地最關(guān)鍵的組成部分。作為污染物去除功能的載體，它不僅為植物和微生物的生長提供了基本環(huán)境，而且通過直接和間接的作用去除了污染物。因此，合理選擇填料介質(zhì)，優(yōu)化當?shù)赝寥李愋偷牟季?，是加強人工濕地污水處理性能的重要途徑。此外，人工濕地的性能也受到溫度、進水負荷、濕地結(jié)構(gòu)、運行模式等因素的影響，這些關(guān)鍵因素的調(diào)整及其對濕地處理性能的影響也引起了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。

人工濕地分類。

人工濕地系統(tǒng)一般分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直流人工濕地。然而，這些傳統(tǒng)的人工濕地通常不能考慮好氧和厭氧環(huán)境。因此，為了達到更好的污染物去除效果，特別是氮磷的去除，出現(xiàn)了由不同類型濕地組成的復合流人工濕地。在生產(chǎn)實踐中，應(yīng)充分考慮污水處理系統(tǒng)的處理對象、處理目標、處理成本、可用土地面積等。

#1

人工濕地表面流動。

人工濕地的表面流動類似于沼澤，在整個濕地表面形成自由水，水流向一定方向前進，在流動過程中與填料介質(zhì)、植物根系和附著生長的生物膜接觸，實現(xiàn)污水凈化，從終端流出。表面流人工濕地投資運營成本低，操作管理簡單，但占地面積大，水負荷小。冬天容易結(jié)冰。夏天容易滋生蚊蠅，凈化能力受自由水深度影響很大，遠不如其他類型的濕地。因此，表面流人工濕地僅適用于低污染污水處理。

#2

人工濕地水平潛流。

水平潛流人工濕地由填料基質(zhì)、植物和微生物組成，床底有隔水層，縱向有坡度。污水從布水溝進入填料床，通過填料吸附、過濾、植物吸收和微生物降解去除污染物。水平潛流濕地可由多個填料床組成，因此水力負荷和污染負荷較大，對TSS.BOD5.COD等有很好的去除效果。但由于填料床缺氧，氨氮去除效果有限。在各類人工濕地中，水平潛流人工濕地的氧化還原條件相對穩(wěn)定，有助于去除污水中的磷。

#3

垂直流人工濕地。

垂直流人工濕地作為滲濾土地處理系統(tǒng)的強化形式，通過地表和地下滲濾過程中的物理、化學和生物反應(yīng)凈化污水。在垂直流人工濕地中，氧氣主要通過植物根系和大氣傳播進入濕地，不同深度的床體溶解氧狀態(tài)也不同。由于表面溶解氧充足，硝化能力強，由于缺氧，床深處反硝化。當碳源充足時，垂直流濕地可以滿足較高的總氮去除率，適合處理高氨氮污水。但由于間歇進水的影響，填料床中的溶解氧容易導致顆粒表面磷的解吸和釋放，導致總磷去除性能不穩(wěn)定。

#4

復合流人工濕地。

傳統(tǒng)的單一人工濕地很難同時實現(xiàn)好氧和厭氧環(huán)境，從而限制了濕地的脫氮性能。因此，研究人員將水平流和垂直流人工濕地結(jié)合起來，開發(fā)了復合流人工濕地。在復合流人工濕地中，垂直流塊去除有機物和懸浮顆粒，同時進行硝化反應(yīng)；水平流塊反硝化反應(yīng)和有機物降解。復合流人工濕地能有效去除水中TSS(93.82%)、BOD5(84.06%)、COD(85.65%)和NH4+-N(80.11%)，但受系統(tǒng)組合類型、HLR和濕地植物的不同影響，TP(14%-99%)、NO3-N(13%-89%)和TN(31%-91%)

加強人工濕地污水處理的措施。

目前，人工濕地占地面積大、處理效果不穩(wěn)定等突出問題。影響人工濕地污水處理效果的因素很多，一般可分為濕地參數(shù)（濕地結(jié)構(gòu)、填料、植物、微生物等）、環(huán)境參數(shù)（溫度、溶解氧、pH值等）、運行參數(shù)（進水負荷、水力停留時間等）三類。在綜合考慮上述因素后，研究人員往往從優(yōu)化濕地填料、創(chuàng)新濕地結(jié)構(gòu)、調(diào)整運行策略等角度加強人工濕地污染物去除性能，研究相關(guān)機制。

優(yōu)化濕地填料。

填料是人工濕地的骨架，大部分物理、化學和生物反應(yīng)都是在填料中進行的。傳統(tǒng)的人工濕地填料主要由土壤、細砂、粗砂、礫石、沸石、碎瓦或灰渣組成。雖然這些天然材料具有價格低廉、材料方便等優(yōu)點，但孔隙度低、飽和度高，不能滿足濕地出水要求高、濕地運行周期長的要求。為此，研究人員試圖通過優(yōu)化濕地填料來增強其性能。

合成填料。主要是指加工生產(chǎn)的新型填料，或?qū)ΜF(xiàn)有填料進行改性，以提高其吸附性能。Drizo等人使用鈣化海藻作為人工濕地填料，磷去除率高達98%，明顯高于普通礫石填料。盧宏偉等人發(fā)明了一種人工濕地專用填料，將水泥、粉煤灰、水按一定比例混合，加入鋁粉發(fā)泡劑攪拌均勻，將漿料倒入模具中，在20-50℃下發(fā)泡20-60分鐘。這種新型填料對磷的理論飽和吸附為10mgg-1。

新型功能材料。馬柯以生物炭、零價鐵(ZVI)等新型功能材料為填料介質(zhì)，開發(fā)了新型復合流人工濕地。結(jié)果表明，在水流停留時間為1.5d、表面負荷為1.21gTNm-2d-1的情況下，對照組人工濕地的化學需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、總氮(TN)和總磷(TP)的去除率分別為94.28%±6.04%.68.27%±7.09%.52.24%±4.54%±6.27%±8.88.37%±1.47%±0.88.34%±0.88.34%±0.88.34%±0.34%±0.88.34%±0.34%±0.65%±0.91.59%±3.

鐵碳微電解填料。鐵碳微電解材料不僅具有高效的磷吸附能力，而且在鐵碳之間形成電極電位差，幾乎形成無數(shù)微原電池，促進有機物的去除。Jia等人發(fā)現(xiàn)，鐵和碳基濕地中硝酸鹽的還原率可以通過鐵碳微電解工藝達到87%，一氧化二氮(N2O)排放低(4.6-11.75μgm-2h-1)，因為反硝化過程已經(jīng)完成。此外，鐵和碳基濕地使重金屬總鉻(Cr)和總鉛(Pb)減少75%-97%。