人工湿地污水处理技术在高寒缺氧地区的应用

北极星环保网来源:江苏农业科学杜甫义2017/10/17 14:48:13我要投稿

所属行业: 水处理关键词：人工湿地污水处理污水处理技术

2.1.3湿地植物的选择配置

湿地植物是人工湿地作为生态处理技术的基础，不同的植物种类和生长形态影响其对污染物的吸收、富集能力和附着其生长的微生物量及活性，进而影响有机物、氮、磷的去除效果[1-4]。鉴于西藏等高寒缺氧地区的高原气候，为保证人工湿地植物的生长状态，应种植耐寒性强、输氧能力好、繁殖性能好、根区丰富及生物附着量多的当地植物。

在湿地植物种类选择方面张春艳等认为，为增大人工湿地植物附着微生物的种群数及生物量，并提高湿地床体内部的溶氧量，以形成利于去除污染物的根区微环境，应按植株根系垂直长度的不同选择配置不同的植物[22]。

在湿地植物种植方式方面，一般认为不同种类的植物进行混合复配、轮作可延长植被覆盖时间、增加附着微生物量、促进植物吸收富集[1-3]，提高污染物的去除效率，但也有学者认为不同植物混合配置的人工湿地抗季节变化能力差[23]。

通过对比研究西藏地区几种常见的地方湿地植物的生长状态及去污性能发现，黑三棱、水葱、芦苇、菖蒲等对COD、TP、TN的去除效果明显好于其他植物，且根系发达、抗逆性强、具有一定的经济与景观效应，适合在高寒缺氧地区的人工湿地种植。不同种类植物的建议种植密度见表3。

人工湿地

2.1.4负荷最优化

在西藏等高寒缺氧地区设计人工湿地时，应考虑过高的水力负荷和有机负荷都会对其在常年低温缺氧条件下运行产生不利影响。其中，水力负荷过大会导致污水停留时间过短、冲刷作用增大，无法满足微生物世代生长及降解有机物、氮、磷所需的时间，且可能导致部分微生物、未被充分降解的污染物随水流流出系统，最终影响系统对污染物的去除能力[16]。

此外，较大的有机负荷会导致系统净化效率降低、基质堵塞程度增强;低温、缺氧条件下人工湿地表层微生物的活性较低，降低有机负荷可以在满足微生物生长所需营养的前提下最大限度地使系统达到理想处理效果[2]。张建等在冬季低温条件下研究了潜流式人工湿地处理污染河水时不同水力负荷对污染物去除效果的影响，结果表明，水力负荷由0.30m/d降低到0.15m/d后，NH4+-N去除率增加了25%，COD的平均去除率增加了11%[24]。

2.2运行操作

在西藏等高寒缺氧地区的气候条件下，人工湿地采用周期间歇式的运行方式可以提高湿地内部溶解氧的传递能力，进而提高系统污染物的去除能力。周期间歇式运行，即间隔一定时间向人工湿地周期式地进水、排水;当污水排出人工湿地时，空气进入床体基质中，当污水排空后重新向人工湿地进水时，空气被迫从床体基质中排出，通过周期性的气、水运动，提高了系统的富氧能力，提高了对污染物的净化能力;

另外，还可以在人工湿地中交替形成好氧-厌氧环境、促进硝化-反硝化细菌的脱氮作用[1-2]。周健等研究了人工湿地在低温(5～10℃)下采用周期间歇式运行的微生物脱氮性能，结果表明，NH4+-N、TN的去除率分别达到85.9%、48.4%[25]。崔玉波等在研究低温(低于11℃)下人工湿地周期间歇式(周期停留时间3d、进出水间隔6h)运行效果时发现，脱氮效果增加了11.4%[26]。

2.3辅助强化措施

2.3.1人工曝气强化

根据众多学者对于人工湿地中污染物去除及溶解氧的分布、传递机理的研究表明，人工湿地床体内部基质中溶氧量是去除各类污染物的关键性限制因素[10]。在西藏等高寒缺氧地区，人工湿地增加底部曝气可以提高池体基质内溶氧量、增强附着微生物活性、提高低温和植物枯萎期间根区溶解氧的利用率，且可以减轻污水在湿地内部的流态基质堵塞程度，进而提高对污染物的去除能力[1-2]。

在人工湿地床体底部增设曝气管，使湿地床体具有呼吸功能，可提高人工湿地微生物降解有机物的能力;但底部曝气作用破坏了湿地床体垂直方向上的好氧-缺氧环境，抑制了反硝化细菌的反硝化脱氮作用[10-14]。进水预曝气和湿地前、中、后部局部充氧曝气是现阶段人工湿地主要采用的4种充氧措施。

任拥政等研究局部曝气对人工湿地去除污染物的影响时发现，进水预曝气对提高湿地床体内溶氧量作用甚微;但在湿地床体的前部和后部进行曝气，对COD、NH4+-N的平均去除率分别达62.12%、58.09%和93.5%、96.6%，且系统抗冲击负荷的能力较强[27]。

鄢璐等在研究湿地床体中部充氧曝气对人工湿地去除污染物的影响时发现，有机物去除率提高约10%，NH4+-N、TN去除率提高60%左右，TP去除效果无明显提高[28]。以上试验结果表明，人工曝气措施对改善人工湿地内部溶解氧分布及污水处理效果的作用很明显，且对湿地前部、后部采取曝气措施的处理效果优于中部曝气措施。

2.3.2温室保温隔离措施

在西藏等高寒缺氧地区，人工湿地对污染物的去除受温度影响较大，因此，对其采用保温措施是必须的。目前在国内外季节性低温地区主要采用隔离保温措施，即在湿地床体上覆盖不同的保温材料起到保温作用;国内外学者研究了冰雪、稻草、PVC透气薄膜、收割湿地植物、炭化后的芦苇屑、有机填料等覆盖材料的保温效果[11]。

刘学燕等在冬季低温(-30～-20℃)条件下采用空气和冰雪隔离层保护研究了潜流式人工湿地对河北省张家口官厅水库微污染水的净化效果，结果表明，NH4+-N、TN的去除率分别达到42.9%、48.4%[14]。申欢等在低温(-2.5～6℃)条件下采用收割的湿地植物覆盖潜流式人工湿地进行保温，对NH4+-N、TN、TP的平均去除率分别达到26.5%、9.6%、314%，和未进行保温的人工湿地相比分别提高9.7%、50%、15.9%[12]。

可见，人工湿地隔离保温措施能有效提高污染物的去除效果。但在我国西藏等常年气温、平均含氧量较低且昼夜温差大的地区采用上述措施则不能像季节性低温地区一样达到人工湿地正常运行的目的。

基于人工湿地生态技术在西藏等高寒缺氧地区应用须解决高寒、缺氧问题的考虑，西藏地区是低纬度、高海拔高原，空气洁净、太阳辐射强烈(年辐射量高达7000MJ/m2)，可以充分利用此部分自然能源作为热源，配合采用农业种植中的温室保温技术，人为形成一个半封闭的生态平衡小环境，以维持和提高污水处理以及湿地植物生长所需的温度和溶氧量。

马津伟等在致力于青藏铁路沿线站区生活污水处理研究时提出了在生态大棚污水处理系统中将污水处理和大棚保温技术有机结合的观点，充分利用太阳能，结果表明，在西藏冬季最冷月，棚内温度白天仍能保持25℃以上，清晨最低棚内温度也能达到4℃以上，完全可以满足污水处理系统及植物生长的温度要求;土地处理系统出水水质达到GB8978—1996《污水综合排放标准》一级标准，可回收用于冲厕[29]。

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