人工濕地的一些原理

1、目錄耗氧有機(jī)物的去除錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。濕地系統(tǒng)對(duì)磷的去除錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。對(duì)重金屬的去除.錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。濕地系統(tǒng)對(duì)氮的去除錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。濕地植物的管理.錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。 濕地野生動(dòng)物的管理錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。濕地系統(tǒng)的防止堵塞錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。濕地的監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。進(jìn)出水裝置的管理錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。濕地系統(tǒng)的啟動(dòng).錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。人工濕地的一些原理耗氧有機(jī)物的去除人工濕地對(duì)污水中耗氧有機(jī)污染物的處理效果較好，其對(duì)有機(jī)物的去除是由于人工濕地植物的 吸收利用、基質(zhì)的吸附及濕地內(nèi)填料上微生物膜的聯(lián)合作用的結(jié)果。污水中的有機(jī)物分為不溶性有 機(jī)物顆粒和可溶性有機(jī)物兩部分：不溶性有機(jī)物顆粒

2、在濕地系統(tǒng)的處理原理與懸浮物處理原理相似，通過(guò)靜置、沉淀、過(guò)濾被截 留下來(lái)，通過(guò)微生物的同化作用被去除。可溶性有機(jī)物的去除速度較慢而且在好氧、缺氧和厭氧區(qū)，其去除途徑各不相同。氧氣主要是通過(guò)植物的傳輸進(jìn)入濕 地介質(zhì)中，因此根系區(qū)域內(nèi)含氧相對(duì)較高，屬于好氧區(qū)域，在此區(qū)域有機(jī)物的去除通過(guò)微生物的增 殖和異化作用實(shí)現(xiàn)，即有機(jī)物經(jīng)由同化作用合成為新的原生質(zhì)和通過(guò)胞內(nèi)酶在好氧條件作用下迅速 完成生化反應(yīng)，把有機(jī)物降解為二氧化碳、水等并放出能量。其中，前者占大部分，所有這些增殖的微生物可以通過(guò)對(duì)填料的定期更換或者對(duì)濕地植物的收 割而將其從濕地系統(tǒng)中除去。在遠(yuǎn)離根系的缺氧區(qū)域，有機(jī)物通過(guò)生物膜被吸附，缺氧微

3、生物通過(guò) 代謝作用把好氧條件下難降解的有機(jī)物降解。而在離根系區(qū)更遠(yuǎn)的厭氧區(qū)域，由于缺乏進(jìn)行以上生 化反應(yīng)的溶解氧條件，因此發(fā)生的是厭氧消化過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中通過(guò)兼性細(xì)菌和厭氧細(xì)菌的發(fā)酵 作用降解有機(jī)物，使部分有機(jī)物經(jīng)過(guò)一級(jí)代謝和二級(jí)代謝分解為二氧化碳、硫化氫等所釋放的能量 供微生物增殖用。有研究表明COD和BOD的去除與各種微生物數(shù)量都有明顯的相關(guān)性。由此可 見(jiàn)，微生物的作用是人工濕地廢水中有機(jī)污染物降解的主要機(jī)制。濕地系統(tǒng)對(duì)磷的去除進(jìn)入濕地中的磷主要存在于土壤中，土壤對(duì)磷的裁留作用主要受土壤理化性質(zhì)影響，包括土壤 孔隙率、pH值、粒度、有機(jī)質(zhì)含量、鐵鋁氧化物等。一般來(lái)說(shuō)：土壤孔隙率越大，濕地

4、的容水體 積就越大，水體中的磷在濕地內(nèi)就能受到較長(zhǎng)時(shí)間的吸附與吸收轉(zhuǎn)化，凈化效率也會(huì)相時(shí)增加。在酸性和中性pH的條件下，根區(qū)跗近的亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌活動(dòng)會(huì)增強(qiáng)，其中硝化作用占 主導(dǎo)地位；而在堿性條件下時(shí)候，可溶性正磷酸鹽的化學(xué)沉淀作用就占主導(dǎo)作用，從而影響濕地對(duì) 磷的去除效率。土壤對(duì)磷的儲(chǔ)存能力與有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)有機(jī)質(zhì)含量越高，對(duì)磷的吸能力越強(qiáng)?？扇苄缘臒o(wú)機(jī)磷化物比較容易與土壤中的三價(jià)鋁、鐵等發(fā)生沉淀和吸附反應(yīng)。濕地對(duì)磷的截 留作用還與濕地的成因類型有關(guān)。濕地的磷沉積作用是指進(jìn)水中的可溶性磷酸鹽通過(guò)物理作用導(dǎo)致磷存儲(chǔ)于濕地內(nèi)部的過(guò)程。很 多研究表明沉積物或泥煤層是濕地中磷的主要的長(zhǎng)期

5、匯，與陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，濕地并不是磷的長(zhǎng) 期有效匯。沉積物、枯枝落葉是天然濕地的主要儲(chǔ)存磷的場(chǎng)所。濕地系統(tǒng)通常都具有較好的靜止沉 積條件，在濕地表層具有較松散的枯枝落葉層和沉積物層。但是在進(jìn)水量劇增（如暴雨期）、在采樣 與進(jìn)行植物收割時(shí)的人為行走、濕地中動(dòng)物的活動(dòng)以及收割后的濕地受強(qiáng)度較高的氣流等影響下， 濕她中的沉積物可能會(huì)再懸浮，進(jìn)而導(dǎo)致沉積物中磷的釋放。天然濕地中的磷積累是泥炭地的起源， 積累速度大概每年幾毫米。對(duì)重金屬的去除對(duì)重金屬的去除主要是通過(guò)吸附和化學(xué)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。重金屬進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)后，便可以在 濕地的基質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生多重反應(yīng)。進(jìn)行吸附與解吸、絡(luò)合與解絡(luò)、沉淀與溶解的平衡反應(yīng)。

6、在潛流 型或垂直流濕地中，重金屬與填料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而留在填料中，最后被植物吸收，或在更換填料時(shí) 被去除。濕地系統(tǒng)是由固相和液相組成的疏松多孔體系，該體系形成天然的過(guò)濾作用。同時(shí)也是污水中 重金屬與基質(zhì)中各組成部分發(fā)牛化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所。基質(zhì)系統(tǒng)的固相結(jié)構(gòu)歸根結(jié)底是由巖石分化形成 的大小不同的顆粒組成，由此，濕地的物理化學(xué)性質(zhì)與生成土壤的巖石有關(guān)，而其顆粒大小的不同， 濕地去除重金屬性質(zhì)也會(huì)有所區(qū)別。在濕地基質(zhì)中除礦物質(zhì)外，還有部分有機(jī)質(zhì)（約占1%10%）。 土壤中含有的膠體顆粒包括有機(jī)膠體，無(wú)機(jī)膠體、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)舍膠體，因而具有很大的表面積和表 面能。有利于吸附作用，在重金屬的去除過(guò)程中具有很重要的

7、作用。從運(yùn)行的情況看，人工濕地基本上都能滿足其去除要求，但對(duì)于高濃度的重金屬?gòu)U水不應(yīng)直接 進(jìn)入濕地系統(tǒng)?？梢圆捎妙A(yù)處理的方法使?jié)竦刂械慕饘贊舛葴p低到危險(xiǎn)水平以下，同時(shí)也可以在濕 地系統(tǒng)中種植對(duì)重金屬具有積累作用的植物。土壤中微生物，也可通過(guò)胞合作用、胞外沉淀作用固定重金屬，還可以把重金屬轉(zhuǎn)化為低毒狀 態(tài)，但也有的轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的物質(zhì)。正如許多金屬是生物體生長(zhǎng)的重要微量元素，微生物的生長(zhǎng)和代謝也需要吸收一些具有特殊生 物學(xué)功能的微量元素，例如cu是多酚氧化酶的組分并維持酸化酶的功能。密集的植物種植，其根區(qū)交集成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可降低進(jìn)人系統(tǒng)內(nèi)的污水的流速，有利于污 水中不溶于水的懸浮金屬物質(zhì)的沉

8、降及吸附。人工濕地植物對(duì)重金屬的去除主要通過(guò)以下三種途 徑：一是植物吸附，利用耐重金屬植物根或莖葉部表面的吸附作用來(lái)使重金屬固定于植物表面，降 低土壤中有毒金屬的移動(dòng)，從而減少金屬進(jìn)一步擴(kuò)散到環(huán)境中。植物吸附直接在植物根部表面通過(guò) 整合離子交換和選擇性吸收等物理和化學(xué)過(guò)程共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。且不要求生物活性，因此可以說(shuō)是 植物去除重金屬過(guò)程中最快的一步二是植物揮發(fā)，將污染物吸收到植物體內(nèi)，通過(guò)植物本身的作用，轉(zhuǎn)化為毒性小的揮發(fā)物質(zhì)， 釋放到大氣中。例如，揮發(fā)作用在汞和類金屬元索se的去除中起著非常重要的作用。通垃揮發(fā)作 用去除的S可占到濕地系統(tǒng)中se總量的20%25%。除此以外，鉛等重金屬也可以通

9、過(guò)植物的作 用形成具有揮發(fā)性的物質(zhì)。三是植物吸收，即利用專性植物根，莖吸收重金屬，并將其儲(chǔ)存在植物莖葉里，最后通過(guò)收割 植物莖葉去除，從而減少土壤中的重金屬含量。根系吸收的部分金屬離子。也可能會(huì)輸送到其他器 官。但總的來(lái)說(shuō)以根部積累為最多。與濕地系統(tǒng)吸附和轉(zhuǎn)化的金屬總量相比，植物吸附是很小的一 部分。但是，也有另外一項(xiàng)研究顯示栽種植物的濕地對(duì)污水中的重金屬的去除能力高于無(wú)植物系統(tǒng) 的。濕地系統(tǒng)對(duì)氮的去除濕地系統(tǒng)通過(guò)多種機(jī)理去除進(jìn)水中的氮，這些機(jī)理主要包括生物、物理和化學(xué)反應(yīng)幾個(gè)方面的 協(xié)同作用。在植被污水凈化系統(tǒng)中，忽略濕地和周?chē)w的氮交換量，濕地中的氮去除機(jī)理包括揮發(fā)、氨 化、硝化/反硝化

10、、植物攝取和基質(zhì)吸附。許多研究表明，濕地系統(tǒng)中主要去氮機(jī)理是微生物硝化/ 反硝化。氨揮發(fā)由水中的PH值、銨根離子濃度、溫度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射、水生植物種類、狀態(tài)和數(shù)量 以及系統(tǒng)的PH值日變化等多種因素來(lái)綜合決定。例如在有自由漂浮大型植物的系統(tǒng)中，氨揮發(fā)是 重要的氮去除途徑。氨化將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮，有氧時(shí)利于氨化，而厭氧時(shí)氨化速度降低。濕地中氨化速度與溫 度、PH、系統(tǒng)的供氧能力、系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及土壤的質(zhì)地與結(jié)構(gòu)有關(guān)。溫度升高10,氨化 速度提高1倍。氨化的最佳PH值為6.58.5,飽水土壤中由于緩沖作用其PH值處于中性范圍；排 水良好時(shí)，由于氨化過(guò)程中硝酸鹽的積累和正一價(jià)氫離子的生成導(dǎo)致P

11、H值的降低。由于氨化和硝 化競(jìng)爭(zhēng)氧氣，因此系統(tǒng)的供氧能力對(duì)氨氮的去除影響較大。硝化是將銨離子生物氧化為硝酸根，是由兩組自養(yǎng)型好養(yǎng)微生物通過(guò)兩個(gè)過(guò)程來(lái)完成的，亞硝 酸根是此反應(yīng)的中間體。硝化菌從銨或亞硝酸根的氧化過(guò)程獲得能量，新細(xì)菌細(xì)胞合成二氧化碳為 碳源。反硝化是指氧氣耗盡后最先發(fā)生的缺氧反應(yīng)，即由異養(yǎng)微生物將硝酸根還原成分子氮。反硝化 以氮氧化物為最終電子受體，電子從電子供體經(jīng)過(guò)幾個(gè)載體系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到氧化程度更高的N。得到的 自由能存于ATP中，供反硝化細(xì)菌呼吸所用。植物吸收的氮素主要是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，也包括一些小分子含氮有機(jī)物如尿素和氨基酸等。植 物攝取氮的潛在速度受其凈生長(zhǎng)量和植物組織中氮濃

12、度的限制。氮儲(chǔ)存取決于植物組織氮濃度和最 終生物量積累潛力。因此在人工濕地的植物選擇中宜選擇生長(zhǎng)快、組織氮含量高和單位面積產(chǎn)量高 的植物作為氮同化和儲(chǔ)存的植物。還原態(tài)氨氮穩(wěn)定而能被吸附到介質(zhì)的活性部位。但介質(zhì)活性部位對(duì)氨氮的離子交換不可能作為 氨氮去除的長(zhǎng)期匯，通常認(rèn)為氨氮吸附是快速可逆的。因?yàn)橄到y(tǒng)中的氨氮通過(guò)硝化作用而減少，系 統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重新建立交換平衡，所以，在間歇進(jìn)水的系統(tǒng)會(huì)表現(xiàn)出由于吸附而去除大量的氨氮，因?yàn)?吸附的氨氮在閑置階段會(huì)損耗。濕地可作為一些底棲動(dòng)物、野畜、哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、脊柱動(dòng)物和兩棲類動(dòng)物等 的良好食物源，也為濕地氮的去除做出一定的貢獻(xiàn)。濕地植物的管理管理通過(guò)

13、定期收割等方式，控制植物無(wú)限制向其他地方蔓延。為防止雜草的大量生長(zhǎng)，每年春季植物發(fā)芽階段可對(duì)濕地進(jìn)行淹水。防止一些旱生雜草的生長(zhǎng)。 待植物生長(zhǎng)良好，足以在與雜草生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)時(shí)，恢復(fù)正常水位。由觀測(cè)結(jié)果和生物量實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明，在此期間預(yù)防和清除過(guò)雜草的人工濕地單元植物長(zhǎng)勢(shì)和最后產(chǎn)量明顯高于未預(yù)防和清除 雜草的濕地單元。植物管理主要是維護(hù)那預(yù)先種在人工濕地處理系統(tǒng)中的植物種群。對(duì)于表面流型人工濕地來(lái) 說(shuō)，枯死的植物殘?bào)w會(huì)隨水漂走，容易滯留在系統(tǒng)表層，堵塞出水控制裝置，如果不及去除，連會(huì) 溢出堤堰兩影響出水量及質(zhì)量，這種情況在秋季尤為明顯。同時(shí)，停留在人工濕地中的濕地植物在 長(zhǎng)時(shí)間浸泡之下會(huì)分

14、解出大量的氮，磷及有機(jī)物等。使相應(yīng)污染物的出水濃度增高。但有研究表明， 在表面流型人工濕地土壤層以上形成的植物殘留物沉積層能夠強(qiáng)化硝酸鹽的去除效率。因此表面流 型人工濕地系統(tǒng)可根據(jù)處理目標(biāo)及出水效果的實(shí)際情況來(lái)確定何時(shí)進(jìn)行植物收割及去除葉片。對(duì)于 潛流型濕地系統(tǒng)產(chǎn)生的雜草。從廢水處理的角度來(lái)說(shuō)。是有一定好處的，雖然雜革會(huì)影響系境的美 觀，但有雜草還會(huì)對(duì)濕地植物形成一個(gè)良性的生物競(jìng)爭(zhēng)，因此也要看實(shí)際情況進(jìn)行清除，可以通過(guò) 春季淹沒(méi)或手工去除的方法來(lái)控制雜草的生長(zhǎng)及蔓延。對(duì)于個(gè)設(shè)計(jì)及管理良好的潛流型人工濕地處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，收割植物并不是一定要做的。冬天燃 燒植物可以用來(lái)控制害蟲(chóng)，而留一些落葉可以增加

15、砂礫表面的絕熱性，使?jié)竦叵到y(tǒng)內(nèi)維持較高的溫 度。在植物生長(zhǎng)高峰季節(jié)收割植物有利于去除系統(tǒng)中的氮含量，對(duì)系統(tǒng)中磷的去除非常有限。不過(guò) 在每年秋天收割植物后會(huì)使來(lái)年春天植物生長(zhǎng)得更加旺盛。濕地處理系統(tǒng)中野生生物與多樣性需要受到相應(yīng)的保護(hù)與維持。表面流濕地野生生物管理要把 握引進(jìn)有益生物和控制有害生物之間的平衡，而不是徹底消滅有害生物。事實(shí)上，盡管大部分動(dòng)物 對(duì)濕地是有益的，但也不乏一些不利于人工濕地成功運(yùn)行的動(dòng)物，特別是一些嚙齒類動(dòng)物，會(huì)破壞 堤壩消耗有益的挺水植物。一些以底泥為食的動(dòng)物如鯉龜、泥鰍等，會(huì)破壞濕地植物的根系以及擾動(dòng)濕地底部沉積物，導(dǎo) 致出水懸浮物增加。水禽也帶來(lái)類似的系統(tǒng)麻煩問(wèn)題，

16、且它們的排泄物給人工濕地的運(yùn)行帶來(lái)了新 的難題。對(duì)于水禽，可以通過(guò)控制自由水面的面積來(lái)進(jìn)行調(diào)控，不過(guò)應(yīng)以濕地的污水處理工藝要求為準(zhǔn)。 因此，在濕地處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造時(shí)，應(yīng)該考慮引進(jìn)有益生物和控制存害生物之間的生態(tài)平衡。并 且濕地野生生物的控制要因地制宜，要考慮其地理位置、污染物種類、濕地設(shè)計(jì)和管理要求等各種 因素。精心整理濕地系統(tǒng)的防止堵塞針對(duì)人工濕地濕地堵塞的問(wèn)題，可分兩個(gè)階段進(jìn)行考慮，一是設(shè)計(jì)規(guī)劃階段，二是系統(tǒng)運(yùn)行階 段。在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段時(shí)有以下措施可以考慮解決堵塞問(wèn)題(1)選擇合適的填料粒徑及級(jí)配粒徑較大的基質(zhì)填料可以有效地防止?jié)竦叵到y(tǒng)堵塞的發(fā)生，但如果粒徑過(guò)大，水力停留時(shí)間就 會(huì)縮短，凈

17、化效果因而也受到一定影響，因此需要在保證凈化效果和防止堵塞兩者之間選擇一個(gè)最 佳平衡點(diǎn)。對(duì)于有多層填料的垂直流人工濕地，不同粒徑填料之間配比組合的選擇以及不同填料的 分層也十分重要。(2)合適的濕地植物濕地植物能產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)物，為了避免堵塞的發(fā)生，可考慮選用根際復(fù)氧能力強(qiáng)、分泌 難降解物質(zhì)較少的植物并定期收割植物的地上部分，加強(qiáng)植物濾池的植物選種，既要考慮植物對(duì)系 統(tǒng)滲透性能的影響，又要考慮凈化效果，美化功能等方面的因素。(3)對(duì)濕地進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理人工濕地在處理懸浮物含量較高的污水，尤其是含大量工業(yè)廢水的城市污水時(shí)，必須在濕地之 前設(shè)置預(yù)處理設(shè)施，盡量去除污水中的懸浮物和漂浮物。以免造成

18、人工濕地進(jìn)水系統(tǒng)堵塞無(wú)法正常 運(yùn)行配水，也可以減少濕地中的沉積，防止基質(zhì)堵塞。常見(jiàn)的預(yù)赴理設(shè)施有隔柵、沉砂池、曝氣池、 沉淀池，厭氧沉淀塘等。濕地的監(jiān)測(cè)人工濕地處理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容一般包括進(jìn)出水水質(zhì)、水位和生物狀況指標(biāo)等。這些參數(shù)對(duì)系統(tǒng) 的正常運(yùn)行都是很關(guān)鍵的因素。運(yùn)行取樣監(jiān)測(cè)的頻率由系統(tǒng)的規(guī)模和處理能力、進(jìn)水水質(zhì)變化和氣 候等因素決定。監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)及資料需要由技術(shù)人員進(jìn)行分析，并確定相應(yīng)的運(yùn)行方案得出系統(tǒng)的各 項(xiàng)最佳參數(shù)使系統(tǒng)達(dá)判最大功效。在日常條件下，應(yīng)對(duì)進(jìn)出水流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。流量的監(jiān)測(cè)對(duì)濕地系統(tǒng)中的污染物組成總量平衡及 削減是非常關(guān)鍵的。特別是出水口處的水位波動(dòng).其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以估算濕地的最大、最小和平均水深及其發(fā)生的頻率，也可以解釋濕地水力停留時(shí)間的變化和水位的變動(dòng)對(duì)生物相的影響。在濕地處 理系統(tǒng)中進(jìn)行的生物監(jiān)測(cè)可以提供濕地中生物完整性的必要信息。從生態(tài)意義和濕地的處理功能方面來(lái)看都是非常重要的。根據(jù)濕地水質(zhì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，工作人員 可以通過(guò)調(diào)整進(jìn)水量，停留時(shí)間，污染負(fù)荷等使系統(tǒng)處于一個(gè)正常運(yùn)行的狀況，否則污染物負(fù)荷過(guò) 大等因素可能造成去除率下降，系統(tǒng)使用壽命縮短，出水某些元素和有機(jī)物的濃度達(dá)到有毒的水