人工濕地污水處理技術(shù)在高寒缺氧地區(qū)的應(yīng)用

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:人工濕地作為高效、低能耗新型生態(tài)污水處理工藝，在我國西藏等高寒缺氧地區(qū)的應(yīng)用逐漸得到重視。受當(dāng)?shù)丶竟?jié)、溫度等因素的影響，人工濕地的運行效果下降，特別是氮、磷污染物去除率偏低，限制了其在該地區(qū)的推廣應(yīng)用。結(jié)合目前人工濕地在國內(nèi)外季節(jié)性低溫地區(qū)的應(yīng)用情況，系統(tǒng)地分析了影響人工濕地在西藏等高寒缺氧地區(qū)運行效果的因素，對提高人工濕地在該地區(qū)運行效率的各種強化措施進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：高寒缺氧地區(qū);人工濕地;污水處理技術(shù);去除率;運行效果;生態(tài)處理;溫室保溫

人工濕地是一種經(jīng)人工設(shè)計、建造的工程化的新型污水處理工藝，它利用基質(zhì)、植物及微生物形成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)來模擬強化自然濕地自凈能力[1-3]，使水質(zhì)得到凈化。人工濕地處理污水具有出水水質(zhì)好、建設(shè)運行費用低以及操作簡單[2]等優(yōu)點，在國際上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在歐洲有超過50000座的人工濕地污水處理工程，在北美也超過10000座[4-5]。

我國西藏等高寒缺氧地區(qū)由于地域廣闊、人口分散、經(jīng)濟技術(shù)相對落后以及自然環(huán)境較脆弱等原因，使得人工濕地生態(tài)污水處理技術(shù)成為該地區(qū)應(yīng)對日益嚴(yán)重的水污染問題的首選措施。自1987年第1座人工濕地工程建設(shè)運行以來，人工濕地在我國的應(yīng)用研究也日趨成熟，但在設(shè)計、建設(shè)以及操作運行上仍然存在諸多問題[6]，在北方等季節(jié)性低溫地區(qū)表現(xiàn)最為突出的就是冬季低溫問題，而在西藏等高寒缺氧地區(qū)除低溫外還有缺氧問題。

在我國西藏等高寒缺氧地區(qū)，由于常年平均氣溫、含氧量較低及晝夜溫差大的氣候特征，使得人工濕地系統(tǒng)在該地區(qū)應(yīng)用時出現(xiàn)濕地植物長勢較弱甚至休眠、根系微生物代謝減緩甚至停止等現(xiàn)象，進而影響系統(tǒng)的運行除污效率。

現(xiàn)有研究結(jié)果表明[7-9]，在高寒缺氧地區(qū)人工濕地去除污水中有機物[化氧需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)]和懸浮物(SS)含量受低溫的影響較小，主要受濕地床體垂直含氧量分布的影響;而銨態(tài)氮(NH4+-N)、總氮(TN)、總磷(TP)的去除率分別比氣溫適宜地區(qū)平均低120%～40.0%、12.3%～27.0%、6.1%～34.0%，可見低溫、缺氧對氮、磷的去除效果影響較大。

在我國北方及全球中高緯度等季節(jié)性低溫地區(qū)，通過改進人工濕地結(jié)構(gòu)設(shè)計和采用薄膜、樹葉、稻草以及冰雪等覆蓋保溫措施[10-14]，可以保證人工濕地在冬季低溫時期具有較高的去污能力，但在我國西藏等常年低溫地區(qū)采用上述措施則不能達到人工濕地正常運行的目的。針對這些問題，西藏等高寒缺氧地區(qū)對于人工濕地的結(jié)構(gòu)類型設(shè)計、建設(shè)、操作運行以及保溫措施等均有特殊的要求。

1人工濕地在高寒缺氧地區(qū)運行出現(xiàn)的問題

人工濕地是由水體、基質(zhì)、植物以及微生物組成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[1]，通過三者之間的物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用達到對污染物去除的目的[2-3]。一般認(rèn)為，COD、BOD5、SS等污染物主要通過濕地填料、植物的截留吸附及其附著微生物的消耗降解等機制得到去除[2-4];NH4+-N主要通過揮發(fā)、人工濕地基質(zhì)和植物的吸收、硝化細(xì)菌的硝化作用得到去除;TN則主要通過硝化-反硝化細(xì)菌的硝化-反硝化反應(yīng)得到去除[8];TP則通過富含Ca、Mg等金屬元素的基質(zhì)經(jīng)吸附、沉淀反應(yīng)以及植物、聚磷菌的過量吸收而得到去除[15]。然而在高寒缺氧及晝夜溫差大的氣候條件下，人工濕地的植物、基質(zhì)、微生物及其對污染物的處理效率都會受到不同程度的影響。

1.1高寒缺氧氣候?qū)竦刂参锏挠绊?/strong>

植物是人工濕地作為生態(tài)污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)標(biāo)志，其主要通過根莖截留吸附、吸收富集等作用去除污水中的污染物[1-2]。濕地植物除直接起到去污作用外，還具有固定人工濕地基質(zhì)床體、提高基質(zhì)的滲濾性、為微生物附著生存提供良好的根區(qū)微環(huán)境、向床體內(nèi)部輸氧以及有效抗沖擊負(fù)荷等作用[4-8]。

研究表明，在冬季低溫收割濕地植物植株后，濕地對COD、NH4+-N的去除效果仍然比未種植植物的濕地好[16-17]，植物在低溫和休眠期間，雖然其根部生長停滯但仍然具有呼吸輸氧的能力并保持一定活性，進而促進微生物的生存繁衍及對污染物的去除反應(yīng)。人工濕地植物大都為草本挺水植物，在我國西藏等高寒缺氧地區(qū)，高寒缺氧及晝夜溫差大的氣候條件使得植物出現(xiàn)植株矮小、長勢緩慢、根系纖細(xì)、分株能力差及生長周期短等問題，到了寒冷的冬季都會進入休眠狀態(tài)或者枯萎甚至死亡，使得濕地植物在生態(tài)、形態(tài)上都發(fā)生了變化，從而使人工濕地總體的凈水效果大幅下降。

另外，枯萎死亡的植物如果不及時收割處理，其植株殘體會腐壞、分解出大量有機及氮磷污染物，進而增加濕地的污染負(fù)荷影響濕地去污效率。

1.2高寒缺氧氣候?qū)|(zhì)的影響

填料基質(zhì)是人工濕地生態(tài)處理系統(tǒng)的“骨架”，在人工濕地中主要起到為植物和微生物的生長提供載體及穩(wěn)定的依附表面、為污水在人工濕地中的滲流提供良好的水力條件、加強對懸浮固體的截留沉降等的作用[2-4]。

高寒缺氧的氣候條件下，填料基質(zhì)及其內(nèi)部污水保持較低的溫度，使得污水的黏性增大、沖刷作用增強、擴散速率降低，從而導(dǎo)致根系溶解氧傳遞效率、附著微生物量及其生長代謝、反應(yīng)速率下降[16-17]，最終致使附著生物膜脫落、有機物顆粒生物降解效率減小并被大量吸附截留在填料基質(zhì)中而引起基質(zhì)堵塞[18]，影響人工濕地的運行效率。

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