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解析人工濕地系統污水處理技術


    解析人工濕地系統污水處理技術
    解析人工濕地系統污水處理技術

    人工濕地系統水質凈化技術作為一種新型生態污水凈化處理方法,其基本原理是在人工濕地填料上種植特定的濕地植物,從而建立起一個人工濕地生態系統。當污水通過濕地系統時,其中的污染物質和營養物質被系統吸收或分解,而使水質得到凈化。
    人工濕地系統水質凈化的關鍵在于工藝的選擇和對植物的選擇及應用配置。如何選擇和搭配適宜的濕地植物,并且將其應用于不同類型的濕地系統中成了我們在營建人工濕地前必須思考的問題。
    1、人工濕地污水處理系統植物的選用原則
    1.1 植物在具有良好的生態適應能力和生態營建功能;
    管理簡單、方便是人工濕地生態污水處理工程的主要特點之一。若能篩選出凈化能力強、抗逆性相仿,而生長量較小的植物,將會減少管理上尤其是對植物體后處理上的許多麻煩。一般應選用當地或本地區天然濕地中存在的植物。
    1.2 植物具有很強的生命力和旺盛的生長勢;
    ① 抗凍、抗熱能力
    由于污水處理系統是全年連續運行的,故要求水生植物即使在惡劣的環境下也能基本正常生長,而那些對自然條件適應性較差或不能適應的植物都將直接影響凈化效果。
    ② 抗病蟲害能力
    污水生態處理系統中的植物易滋生病蟲害,抗病蟲害能力直接關系到植物自身的生長與生存,也直接影響其在處理系統中的凈化效果。
    ③ 對周圍環境的適應能力
    由于人工濕地中的植物根系要長期浸泡在水中和接觸濃度較高且變化較大的污染物,因此所選用的水生植物除了耐污能力要強外,對當地的氣候條件、土壤條件和周圍的動植物環境都要有很好的適應能力。
    1.3 所引種的植物必須具有較強的耐污染能力;
    水生植物對污水中的BOD5、COD、TN、TP主要是靠附著生長在根區表面及附近的微生物去除的,因此應選擇根系比較發達,對污水承受能力強的水生植物。
    1.4 植物的年生長期長,最好是冬季半枯萎或常綠植物;
    人工濕地處理系統中常會出現因冬季植物枯萎死亡或生長休眠而導致功能下降的現象,因此,應著重選用常綠冬季生長旺盛的水生植物類型。
    1.5 所選擇的植物將不對當地的生態環境構成隱患或威脅,具有生態安全性;
    1.6 具有一定的經濟效益、文化價值、景觀效益和綜合利用價值。
    若所處理的污水不含有毒、有害成分,其綜合利用可從以下幾個方面考慮:①作飼料,一般選擇粗蛋白的含量>20%(干重)的水生植物;②作肥料,應考慮植物體含肥料有效成分較高,易分解;③生產沼氣,應考慮發酵、產氣植物的碳氮比,一般選用植物體的碳氮比為25~30.5/1;④工業或手工業原料,如蘆葦可以用來造紙,水蔥、燈心草、香蒲、莞草等都是編制草席的原料。
    由于城鎮污水的處理系統一般都靠近城郊,同時面積較大,故美化景觀也是必須考慮的。
    然而在實際工作中,很多人工濕地的工藝設計者和建設者考慮得最多的是植物的獨有性和觀賞價值等表在因素,沒有考慮到栽種該植物后的植株生長效果、濕地的運行效果、生長表現以及對生態的安全性等,導致人工濕地在運行一段時間后功能驟降或運行費用劇增,最后導致系統癱費或閑置。
    2、人工濕地植物特性的研究及植物配置分析
    2.1 根據植物類型分析
    2.1.1漂浮植物
    漂浮植物中常用作人工濕地系統處理的有水葫蘆、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。
    根據對這些植物的植物學特性進行分析,發現它們具有以下幾個特點:①生命力強,對環境適應性好,根系發達;②生物量大,生長迅速;③具有季節性休眠現象,如冬季休眠或死亡的水葫蘆、大薸、水蕹菜,夏季休眠的水芹菜、豆瓣菜等。生長的旺盛季節主要集中在每年的3-10月或9月-次年5月;④生育周期短,主要以營養生長為主,對N的需求量最高。
    由于漂浮植物具有上述的植物學特性,因此,在進行人工濕地植物配置的時候我們必須充分考慮它們各自的優點:①由于這類植物的環境適應能力強,因此在進行植物配置時應當作地方優勢品種予以優先考慮;②人工濕地系統中,水體中養分的去除主要依靠植物的吸收利用,因此,生物量大、根系發達、年生育周期多和吸收能力好的植物成為我們選擇的目標;③利用植物季節性休眠特性,我們可以給予正確的植物搭配,如冬季低溫時配置水芹菜而夏季高溫時則配置水葫蘆、大薸等適宜高溫生長的植物,以避免因植物品種選擇搭配單一而出現季節性的功能失調現象;④由于這類植物以營養生長為主,對N的吸收利用率要高,因此,在進行植物配置時應重視其對N的吸收利用效果,可作為N去除的優勢植物而加以利用,從而提高系統對N的去除效果。
    2.1.2 根莖、球莖及種子植物
    這類植物主要包括睡蓮、荷花、馬蹄蓮、慈姑、荸薺、芋、澤瀉、菱角、薏米、芡實等。它們或具有發達的地下根莖或塊根,或能產生大量的種子果實,多為季節性休眠植物類型,一般是冬季枯萎春季萌發,生長季節主要集中在4-9月。
    根莖、球莖、種子類植物具有以下特點:①耐淤能力較好,適宜生長在淤土層深厚肥沃的地方,生長離不開土壤;②適宜生長環境的水深一般為40-100CM左右;③具有發達的地下塊根或塊莖,其根莖的形成對P元素的需求較多,因此,對P的吸收量較大;④種子果實類植物,其種子和果實的形成需要大量的P和K元素。
    由于這類植物具有以下特點,因此在進行人工濕地植物應用配置時應予以充分考慮:①基于這些植物的特性,其應用一般為表面流人工濕地系統和濕地的穩定系統;②利用這些植物的生長(主要是塊根、球莖和果實的生長)需要大量的P、K元素的特性,將其作為P去除的優勢植物應用,以提高系統對P的去除效果。
    2.1.3 挺水草本植物類型
    這類植物包括蘆葦、茭草、香蒲、旱傘竹、皇竹草、藨草、水蔥、水莎草、紙莎草等,為人工濕地系統主要的植物選配品種。這些植物的共同特性在于:①適應能力強,或為本土優勢品種;②根系發達,生長量大,營養生長與生殖生長并存,對N和P、K的吸收都比較豐富;③能于無土環境生長。
    根據這類植物的生長特性,它們可以搭配種植于潛流式人工濕地,也可以種植于表流式人工濕地系統中。
    根據植物的根系分布深淺及分布范圍,可以將這類植物分成四種生長類型,即深根叢生型、深根散生型、淺根叢生型和淺根散生型。
    (1)深根叢生型的植物,其根系的分布深度一般在30CM以上,分布較深而分布面積不廣。植株的地上部分叢生,如皇竹草、蘆竹、旱傘竹、野茭草、薏米、紙莎草等。由于這類植物的根系入土深度較大,根系接觸面廣,配置栽種于潛流式人工濕地中更能顯示出它們的處理凈化性能。
    (2)深根散生型植物根系一般分布于20-30CM之間,植株分散,這類植物有香蒲、菖蒲、水蔥、藨草、水莎草、野山姜等,這類植物的根系入土深度也較深,因此適宜配置栽種于潛流式人工濕地。
    (3)淺根散生型的一些植物如美人蕉、蘆葦、荸薺、慈姑、蓮藕等,其根系分布一般都在5-20CM之間。由于這些植物的根系分布淺,而且一般原生于土壤環境,因此適宜配置于表流式人工濕地中。
    (4)淺根叢生型的植物如燈心草、芋頭等叢生型植物,由于根系分布淺,且一般原生于土壤環境,因此僅適宜配置于表面流人工濕地系統中。
    2.1.4 沉水植物類型
    沉水植物一般原生于水質清潔的環境,其生長對水質要求比較高,因此,沉水植物只能用作人工濕地系統中最后的強化穩定植物加以應用,以提高出水水質。
    2.1.5 其它類型的植物
    一些如水生景觀植物之類的,由于長時間的人工選擇,使其對污染環境的適應能力比較弱,因此也只能作為最后的強化穩定植物或濕地系統的景觀植物而應用。
    2.2根據植物原生環境分析
    根據植物的原生環境分析,原生于實土環境的一些植物如美人蕉、蘆葦、燈心草、旱傘竹、皇竹草、蘆竹、薏米等,其根系生長有一定的向土性,配置于表面流濕地系統中,生長會更旺盛。但由于它們的根系大都垂直向下生長,因此,凈化處理的效果不及應用于潛流式濕地中;對于一些原生于沼澤、腐殖層、草炭濕地、湖泊水面的植物如水蔥、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等,由于其生長已經適應了無土環境,因此更適宜配置于潛流式人工濕地;而對于一些塊根塊莖類的水生植物如荷花、睡蓮、慈姑、芋頭等則只能配置于表面流濕地中。
    2.3根據植物對養分的需求類型分析
    根據植物對養分的需求情況分析,由于潛流式人工濕地濕地系統填料之間的空隙大,植物根系與水體養分接觸的面積要較表流式人工濕地濕地廣,因此對于營養生長旺盛、植株生長迅速、植株生物量大、一年有數個萌發高峰的植物如香蒲、水蔥、苔草、水莎草等植物適宜栽種于潛流濕地;而對于營養生長與生殖生長并存,生長相對緩慢,一年只有一個萌發高峰期的一些植物如蘆葦、茭草、薏米等則配置于表面流濕地系統。
    2.4根據植物對污水的適應能力分析
    不同植物對污水的適應能力不同。一般高濃度污水主要集中在濕地工藝的前端部分。因此,在人工濕地建設時,前端工藝部分如強氧化塘、潛流濕地等工藝一般選擇耐污染能力強的植物品種。末端工藝如穩定塘、景觀塘等處理段中,由于污水濃度降低,因此可以更多考慮植物的景觀效果。