水污染人工濕地工程治理與安全回灌的研究
水是人類社會和諧發(fā)展不可或缺的重要組成部分．隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展．解決水體污染是迫在眉睫的問題據(jù)1977年聯(lián)合國水會議發(fā)表的公告表示．全世界工業(yè)用水量每年有2000億t，其中80%變成污水直接排放到環(huán)境中。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有污水排放量為365億t．這其中不含鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水排放．城市污水處理率只有7%．這樣不經(jīng)處理廢水排放到環(huán)境中．從而造成全國l／3的河段受到污染，90%以上的城市水域水體污染嚴(yán)重lll。目前，直接將這些廢水用于回灌．這給農(nóng)作物食用帶來風(fēng)險性，因污水中含用過量的氮磷、重金屬等，用其澆灌農(nóng)作物，植物會過量的攝入．勢必給人和牲畜食用帶來不安全因素．而利用人工濕地在某種程度上就很好解決了這個問題人工濕地是20世紀(jì)7O年代發(fā)展起來的新型水處理和水修復(fù)技術(shù)．濕地不僅是許多野生動植物生長繁殖的場所，它還具有涵養(yǎng)水分、調(diào)節(jié)氣候的功能．更重要的是濕地具有凈化污水的功能．因而被譽為“地球的腎臟”嘲1952～1994年使用植物或人工濕地治理各類污染的試驗和工程報道共45例，其中工業(yè)污水24例。農(nóng)業(yè)污水11例。服務(wù)業(yè)污水l例。其它9例到1994年為止，人工濕地(CW)的應(yīng)用情況f3—41：歐洲．德國約3000個．且有被批準(zhǔn)建設(shè)的1000個．丹麥和英國都至少有200個在運行。到1996年為止奧地利已批準(zhǔn)建設(shè)293個．含已運行160個和在建17個：北美約有1120個人工濕地應(yīng)用于各項污水處理；澳洲、新西蘭約有80個在運行；非洲、南非將濕地用于處理各類污水。我國于“七五”期間開始人工濕地研究．首例采用人工濕地處理污水的研究工作始于1987年．由天津市環(huán)境保護研究所建成的占地6hm2、處理規(guī)模為1400m3／d的蘆葦濕地工程此后建成了北京昌平一水面人工濕地工程和深圳白泥坑人1-濕地示范1-隉．20世紀(jì)末建成的成都活水公園、中山市歧公園等更展示了人工濕地污水處理新工藝目前人工濕地在我國蓬勃興起，對其研究和應(yīng)用正方興朱艾。而將人工濕地中基質(zhì)和植物凈化污水機制的研究．以及將其應(yīng)用于安全回灌的研究將是今后的一個研究熱點。
1人工濕地主要組成及其系統(tǒng)性能
1.1植物
隨著植物修復(fù)技術(shù)的興起．利用水生植物對污水治理越來越受關(guān)注．目前治理污水所選的植物主要分3大類，即：沉水植物、浮水植物和挺水植物。隨著研究的深入．植物在人工濕地中的作用機理越來越明朗化．植物在治理污水中有作用機理可歸結(jié)為3個方面同：一是直接吸收污水中可利用的營養(yǎng)物質(zhì)，吸附和富集重金『屬和一些有毒有害物質(zhì)：二是為根區(qū)好氧微生物輸送氧氣：三是增強和維持介質(zhì)的水力傳輸植物的作用形式多種多樣．主要有加固植物床、改變水力傳導(dǎo)能力、創(chuàng)造生物共生條件、殺菌、向基質(zhì)中釋放氧氣及景觀美學(xué)作用等方面植物的選擇和配置是當(dāng)前影響人工濕地的重要因素．對于不同的廢水，植物的選擇性相當(dāng)重要．從某程度上來說，對于一個濕地系統(tǒng)，植物的選擇和配置是關(guān)系到其是否成功的關(guān)鍵目前供濕地系統(tǒng)的植物很多．不同污水所選的植物也各不相同。詳如表1。植物不但對氮磷有很好的吸收效果．另外．水生植物對污水中的重金屬、有機物、農(nóng)藥等污染物也有很好的吸收。
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1．2基質(zhì)
基質(zhì)是構(gòu)成人工濕地不可或缺的成分．也是影響人工濕地的重要因素根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)道，基質(zhì)一般由土壤、細砂、粗砂、礫石、碎瓦片、粉煤灰、泥炭、頁巖鋁礬土、膨潤土、沸石等介質(zhì)的一種或幾種所構(gòu)成．其中國外還有以碎玻璃作為填料。徐德福等從工程角度來探討了人工濕地．認為大部分物理、化學(xué)和生物反應(yīng)等都在基質(zhì)中進行。同時不同基質(zhì)對污染物的凈化能力存在明顯差異，篩選對污染物凈化能力強的當(dāng)?shù)夭牧献鳛槿斯竦鼗|(zhì)．不但能提高人工濕地的凈化能力和使用壽命．還能減少人工濕地的投資成本不同人工基質(zhì)在對水體中污染物的吸收效果也各不相同．GELLER㈤也認為鈣與鐵、鋁相比對磷具有更強的結(jié)合能力．以除磷為目的的人工濕弛最好選用含鈣質(zhì)的填料可顯著提高除磷效果：不同基質(zhì)對污染物的吸收見表2。另外．黃忠良等發(fā)現(xiàn)沸石和蛭石吸附凈化氮磷的能力較強．砂子吸附凈化氮素能力最差等等不同人工基質(zhì)的配合使炯能夠增強濕地的去污能力．是解決人工濕地問題的亮點.
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1．3微生物
微生物是人工濕地必不可少的素．微生物同其它條件配合，具有吸附、生物降解晴能，同化水中的有機物和某些無機物．達到凈化污水的目的．．它具有運行費用低、環(huán)保、效率高、污泥相對易處理等特點．是現(xiàn)代人工濕地中重要的環(huán)節(jié)在一個特定的人工濕地系統(tǒng)中．影響微生物的因素很多．其中基質(zhì)就是一個重要因素．不同濕地基質(zhì)中微生物的數(shù)量差異顯著．濕地基質(zhì)中不同空間位置的微生物數(shù)量各不相同：同時是否添加復(fù)合微生物制劑及酶制劑也會影響微生物的去污能力．林靜等用添加復(fù)合微生物制劑及酶制劑能增強人工濕地的去污能
力．添加復(fù)合微生物制劑及酶制劑對蘆葦人工濕地系統(tǒng)去除蘇州河水污染物的影響有研究表明．復(fù)合微生物制劑和酶制劑的投加可以增加系統(tǒng)的微生物數(shù)量和酶活．提高污染物的去除率．其中氨氮去除率與硝化細菌數(shù)量之間存在明顯的相關(guān)性．說明復(fù)合微生物制劑及酶制劑的投加強化了人工濕地氨氮的轉(zhuǎn)化．這也是未來人工濕地發(fā)展趨勢
2人工濕地凈化廢水回灌的研究
2．1濕地凈化廢水用于回灌最佳模型的選擇，
目前人工濕地主要分為表面流濕地fFreeWaterSuraceWetland或SuraceFlowWetland．FWS1和潛流濕地(SubsuraceFlowWetland，SF1．表面流濕地污水從填料原土壤或人工填料表面水平流過，有機物的降解主要由附著在植物水下莖桿上的生物完成，北美多用。FWS的優(yōu)點是投資低。易構(gòu)建。缺點是不能充分利用基質(zhì)吸附和植物根系：保溫保水效果較差不適合在寒冷地區(qū)使用潛流濕地污水從基質(zhì)內(nèi)部流過，水面低于填料的上表面。優(yōu)點是可充分利
用填料提供的表面和植物根系。占地。豪鄯e在填料表面的植物殘體能在寒冷氣候下具較好的熱保護和保濕作用。但投資高為其缺點。分為水平潛流系統(tǒng)fHoriz0ntalSubsufaceFlow，HF或HSF1和垂直潛流系統(tǒng)(VericalSubsuraceFlow。VF1不同類型的人工濕地處理系統(tǒng)可互相聯(lián)合或與傳統(tǒng)處理系統(tǒng)聯(lián)合以實現(xiàn)各系統(tǒng)的優(yōu)勢互補。這尤為適應(yīng)強化去氮。對于我國特殊的地理環(huán)境．采用表面流濕地一人工水平潛流人工濕地相結(jié)合例如像養(yǎng)殖廢水中含有的動物排泄物和飼料殘渣．主要成分是蛋白質(zhì)、碳水化合物等有機物和氮、磷等無機營養(yǎng)物質(zhì)．這些物質(zhì)都是植物同化作用的主要營養(yǎng)物質(zhì)，從這個角度來看．直接排放也是一種很大的浪費。而利用濕地中的可回收植物對污染物進行吸收，在對植物進行回收利用：利用表面流人工濕地植物和植物吸收和阻尼廢水中未被動物吸收的飼料，同時避免了潛流人工濕地的阻塞問題．經(jīng)過一定凈化的水體在經(jīng)過水平潛流的作用．凈化的廢水再用于回灌，因此．隨著對人工濕地研究的不斷深入，串聯(lián)式人工濕地將是未來治理水體污染的一個重要模式。
2．2濕地的維護
對濕地的維護主要在植物、基質(zhì)和水力學(xué)特征3方面進行植物自身生長需要營養(yǎng)物．營養(yǎng)物來自污水中提供的氮和磷但在已有的處理生活污水的人工濕地的報道中．通過收割植物帶走的氮和磷占來水的氮磷量的比例較小，通常在20%以內(nèi)對人工濕地基質(zhì)的更換是一個重要因素．基質(zhì)對污染有很好的吸附作用．近幾年來．國內(nèi)外學(xué)者針對這個問題進行了大量的研究可供選擇的基質(zhì)類型也變得越來越多文獻報道的基質(zhì)類型主要有礦物質(zhì)、巖石、土壤、海洋沉積物、鋼鐵和采礦業(yè)的工業(yè)副產(chǎn)品以及人造產(chǎn)品對人工濕地進出水量的控制是一個重要的環(huán)節(jié)，水力負荷、水力停留時間、水深是影響人工濕地運行的3大要素．在實際運行中均存在一個最佳值．大于或小于此值均使去除率有所下降停留時間的設(shè)計也非常重要因為停留時間將直接影響處理效果。在理想情況下，水流呈推流狀態(tài)，不存在短流，也不存在死水區(qū)。但停留時間過長將造成厭氧反應(yīng)．從而影響水質(zhì)凈化效果。3人工濕地存在問題探討與回灌應(yīng)用前景目前人工濕地存在問題主要在以下幾個方面：
①在確定人工濕地基質(zhì)的同時，怎樣將幾種基質(zhì)合理的配置．從而得到去污的最大化．怎樣構(gòu)建人工濕地處理系統(tǒng)中構(gòu)建緩沖單元；|(zhì)堵塞的問題．最終影響人工濕地的壽命．這個問題也急需解決：②水生植物除了對不同水體有很強的選擇性以外．解決地域性差異和氣候突變的影響．篩選優(yōu)勢植物．同時．怎樣解決植物之間的因為存在化感物質(zhì)而引起的抑制作用,結(jié)合不同地區(qū)不同污水的特性篩選出抗性強、凈化效果好的工程植物：③怎樣解決微生物間存在拮抗作用．使污染物的降解效率升高。特別是對難以被微生物降解的有機物和高濃度氨氮的降解重點研究在提高人工濕地氧化、硝化能力的同時如何提高其反硝化能力．以解決有機物與總氮的高效去除問題：④怎樣解決人工濕地季節(jié)性溫度變化和積溫的差異性．避免微生物和植物生長期間不受到影響：⑤對不同構(gòu)造的濕地系統(tǒng)中污水的流體力學(xué)特性進行研究，探討水力負荷、污水停留時間、出水速率、濕地容水體積f空隙度)和出水量等與污水凈化效果的偶合關(guān)系．以揭示水力學(xué)特點對污水凈化效果的影響規(guī)律針對人工濕地有高效率、低投資、低運行費用、低維持技術(shù)等特點．這對于節(jié)省資金、保護水環(huán)境以及進行有效的生態(tài)恢復(fù)具有十分重要的現(xiàn)實意義，因此越來越受到世界各國的重視和關(guān)注。凈化廢水
用于安全回灌在我國有很大前景是由以下幾個方面原因決定：①我國缺水地區(qū)面積較大，特別是我國西北地區(qū)．這是污水凈化并重新用于安全回灌的必然趨勢：②我國經(jīng)濟不發(fā)達，通過跨區(qū)域調(diào)水解決水危機缺少資金支持．這一點決定了污水必須就地處理并用于回灌，實現(xiàn)其再利用；③我國人眾多，人均占有量較少，特別在大中型城市，這種問題變得尤為
突出。因此，應(yīng)用人工濕地治理水體污染并將凈化水體用于安全回灌的研究將勢在必行．這也是未來治理水體污染的一個研究熱點。
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