 人工湿地的文章已经介绍了不少，今天将根据当前不同类型人工湿地的污水净化处理性能与存在的短板，总结当前人工湿地共性问题，从优化湿地填料、创新湿地构型、调整运行策略等角度讲解人工湿地强化措施。人工湿地主要由填料、植物、微生物三大要素构成，其中填料介质是湿地最为关键的组成部分，作为污染物去除功能的载体，它不仅为植物和微生物的生长提供基础环境，还可以通过直接和间接作用去除污染物，因此，针对当地土壤类型合理选择填料介质并进行优化布置，是强化人工湿地污水处理性能的重要途径。此外，人工湿地性能还受到温度、进水负荷、湿地构型、运行模式等因素的影响，对这些关键因素的调整及其对湿地处理性能的影响同样引起国内外学者广泛关注。 人工湿地的分类 根据水在湿地中流动方式的不同或湿地布水方式的不同，人工湿地系统一般被分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地。然而，这些采用传统布水方式的人工湿地通常无法兼顾好氧和厌氧环境。因此，为实现更好的污染物去除效果，尤其是氮素和磷素的去除，出现了由不同类型湿地组合而成的复合流人工湿地。在生产实践中，人工湿地类型的选择应当充分考虑污水处理系统的处理对象、处理目标、处理成本、可用土地面积等。 #1 表面流人工湿地 表面流人工湿地类似于沼泽，在整个湿地表面形成自由水面，水流沿着一定方向前进，在流动过程中与填料介质、植物根系及附着生长的生物膜接触，实现对污水的净化，并从终端流出。表面流人工湿地投资运行费用低、操作管理简单，但占地大、水力负荷小、冬季容易结冰、夏季易滋生蚊蝇，净化能力受自由水面深度影响较大，远不如其他几种类型的湿地。因此，表面流人工湿地仅适用于低污染污水处理。  #2 水平潜流人工湿地 由填料基质、植物和微生物组成的水平潜流人工湿地，床底有隔水层，纵向有坡度。污水从布水沟进入填料床，在向另一端水平渗滤直至流出的过程中，通过填料吸附、过滤、植物吸收、微生物降解作用等实现污染物去除。水平潜流湿地可由多个填料床组成，因此，水力负荷与污染负荷较大，对TSS、BOD5、COD等去除效果好。但受限于填料床层氧气不足，氨氮去除效果有限。在所有类型的人工湿地中，水平潜流人工湿地内部的氧化还原条件相对稳定，有助于污水中磷的去除。  #3 垂直流人工湿地 垂直流人工湿地作为渗滤型土地处理系统的一种强化形式，通过地表与地下渗滤过程中发生的物理、化学和生物反应使污水得到净化。在垂直流人工湿地中，氧气主要通过植物根系传输与大气扩散进入湿地内部，床体不同深度溶解氧状态也不同。表层由于溶解氧充足，硝化能力强，床层深处因为缺氧而实现反硝化，在碳源充足时，垂直流湿地可以满足较高的总氮去除率，因而适合处理高氨氮污水。但是，垂直潜流人工湿地由于受间歇进水影响，填料床中的溶解氧易引起颗粒表面磷的解吸释放，导致总磷去除性能不稳定。  #4 复合流人工湿地 传统单一的人工湿地难以同时实现好氧和厌氧环境，从而限制湿地的脱氮性能。因此，研究者将水平流和垂直流人工湿地进行组合，开发了复合流人工湿地。在复合流人工湿地中，垂直流区块进行有机物和悬浮颗粒的去除，同时进行硝化反应；水平流区块则进行反硝化反应以及有机物降解。复合流人工湿地能有效去除水中TSS(93.82%)、BOD5(84.06%)、COD(85.65%)和NH4+-N(80.11%)，然而受系统组合类型、HLR和湿地植物不同的影响，复合流人工湿地中TP(14%-99%)、NO3--N(13%-89%)和TN(31%-91%)的去除率波动较大。  人工湿地污水强化处理的措施  目前，人工湿地普遍存在占地面积大、处理效果不稳定等突出问题。人工湿地污水处理效果的影响因素众多，大体可分为3类：湿地参数(湿地构型、填料、植物、微生物等)，环境参数(温度、溶解氧、pH等)，运行参数(进水负荷、水力停留时间等)。研究者们在统筹考虑以上众多因素后，往往从优化湿地填料、创新湿地构型、调整运行策略等角度对人工湿地的污染物去除性能进行强化并研究相关机理。 优化湿地填料 填料是人工湿地的骨架，湿地中的大部分物理、化学和生物反应都在填料中进行。传统人工湿地的填料主要由土壤、细砂、粗砂、砾石、沸石、碎瓦片或灰渣等构成，这些天然材料虽然具有价格低廉、便于取材等优点，但是它们较低的孔隙度和易饱和性，无法满足更高的湿地出水要求和更长的湿地运行周期。为此，研究者们尝试通过湿地填料优化实现其性能强化。 人工合成填料。主要是指加工生产的新型填料，或对已有填料进行改性，增强其吸附性能。Drizo等人利用钙化海藻作为人工湿地填料，对磷的去除率高达98%，去除率明显高于普通砾石填料。路宏伟等人则发明了一种人工湿地专用填料，将水泥、粉煤灰、水按照一定比例混合，并加入铝粉发泡剂搅拌均匀，将浆料倒入模具中，在20-50℃下发泡20-60min，这种新型填料对磷的理论饱和吸附量为10mg·g－1。 新型功能材料。马柯将生物炭和零价铁(ZVI)等新型功能材料作为填料介质，研发了一种新型复合流人工湿地。结果表明，在水流停留时间为1.5d、表面负荷为1.21gTN·m－2d－1、常温条件下，对照组人工湿地的化学需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)和总磷(TP)去除率分别为94.28%±6.04%、68.27%±7.09%、52.24%±4.54%、68.10%±8.03%，而投加了零价铁和生物炭的湿地系统的去除率则分别稳定在96.23%±5.3%、88.37%±1.47%、88.34%±0.65%、91.59%±3.77%，该湿地的出水水质稳定达到浙江省清洁排放标准。 铁碳微电解填料。铁碳微电解材料不仅具有高效的磷吸附能力，还能在铁碳之间形成电极电位差，无形中生成无数个微小原电池，促进有机物的去除。Jia等人研究发现，通过铁碳微电解工艺，铁和碳基湿地中的硝酸盐还原率可以达到87%，并且由于完成了反硝化过程，一氧化二氮(N2O)排放较低(4.6-11.75μg·m－2h－1)。此外，铁和碳基湿地使得重金属总铬(Cr)和总铅(Pb)削减75%-97%。 来源：浙江农业科学 期刊 |
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