浅析湿地存在的问题及解决办法

2015-10-21张涛李铁明

建筑工程技术与设计 2015年28期

张涛李铁明

【摘要】人工湿地作为一种新兴的污水处理技术，已在国内外得到了较为广泛的应用，但是人工湿地在运行过程中出现了一些堵塞问题，不仅影响人工湿地的美观，而且使人工湿地不能正常运作。通过对其堵塞机制的研究与探讨，提出了一些避免堵塞的可行性方案，如预处理、优化运行方式等，以缓解人工湿地堵塞问题。

【关键词】人工湿地；堵塞；运行机制；修复

1、人工湿地的概述

人工湿地是指人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统，其设计和建造是通过对湿地生态系统中的物理、化学和生物作用等优化组合来进行污（废）水处理。但是从已有的工程实践来看，人工湿地在长期运行中可能出现隐患，如果设计或管理不善，很容易造成湿地填料的堵塞，堵塞作为一种自然现象，已成为制约人工湿地推广应用的主要因素之一。据USEPA对100多个运行中的人工湿地调查后发现有将近一半的湿地系统在投入使用后的5年内形成了堵塞。我国的华容县斥资千万建造的环境工程变成臭水塘，也是因为堵塞问题。人工湿地堵塞后不仅影响美观，容易滋生蚊蝇，而且还影响出水水质，使过滤后的水质不达标，人工湿地也就失去了其价值。

2、人工湿地的堵塞成因

2.1 固体颗粒累积

针对垂直潜流人工湿地处理系统中的填料堵塞问题所开展的诸多研究认为，有机质和无机质等固体颗粒积累是导致垂直潜流人工湿地填料堵塞的重要原因。

2.2 填料选择不合适

在潜流人工湿地中，一般采用砾石填料和土壤或砂构成填料层，一些新型填料也逐渐得到应用。除此之外，填料级配十分重要，适当的填料级配可以有效去除各种污染物，同时有效避免堵塞。填料层是湿地系统的核心部分，填料的选择直接影响湿地对污染物的去除效率和填料层的堵塞，选择合适的填料对人工湿地系统十分关键。

（1）砾石填料

大粒径的砾石虽然可以解决水力传导率较低的问题，但是不利于微生物的挂膜生长，大的、有棱角的填料对植物根系的生长和蔓延也不利。因此，综合考虑进、出水水质和预防填料堵塞等两方面的影响来选择合适的填料粒径是必要的。

（2）土壤填料

多数植物在沙壤土中生长良好，过多的岩石和粘土则不利于其生长，过于酸性或碱性的土壤也会限制植物对营养物质的摄取，所以选择适当的土壤填料对于缓解人工湿地堵塞十分重要。

（3）其他填料

在国内外，一些通透性好、比表面积大、具有吸附能力的多孔填料得到了广泛的应用。炉渣、活性炭、高炉铁渣、碎玻璃、铁矿石等都可以作为人工湿地的填料进行试验研究和工程应用。

2.3 植物配置不合理

研究表明，湿地植物有助于防止填料堵塞。王晟等发现，种植植物使湿地填料孔隙率普遍提高了3%—44%，表明根在穿透填料的过程中发挥了疏通作用。但是，根系的过度发达也会横向压实填料，因此他们认为植物起到了一定的但不是决定性的防堵塞作用。由于湿地植物能够向系统中贡献较多的有机物，一些学者认为湿地植物会加速湿地系统的堵塞，所以为了缓解人工湿地堵塞问题，应该选用适宜的湿地植物。

3、人工湿地堵塞的解决办法

3.1 填料优选

（1）选择合适的填料粒径

粒径较大的填料可以有效地防止堵塞的发生，但过大的粒径会缩短水力停留时间，进而影响净化效果，因此需要在保证净化效果和防止堵塞两者之间选择一个最佳平衡点，湿地填料粒径的分布对湿地中的空隙体积和水流模式有决定性作用，分层铺设的填料每层应力求匀，如果大小顆粒掺杂会减小填料孔隙率，影响水流分布，改变水力学状态，影响填料的渗透性能，进而影响去除效果。

（2）多种填料的组合配置

多种填料材料的合理搭配可以整体提高人工湿地填料层的去污能力。在不同深度布置不同类型的填料，有利于不同填料发挥不同的处理效力，利用组合填料达到全面净化污水中各种污染物的效果。另外，采用反配比模式对填料进行配置，不仅可以提高污水处理效率，还可以减缓堵塞。

（3）定期更换湿地表层填料

人工湿地中有机物的积累主要发生在表层，有机质积累对水力传导性和净化效果均有一定影响。因此定期更换湿地表层填料可以防止湿地表层的堵塞，保持人工湿地的稳定运行，但对大规模的湿地而言，其工程量过大。

3.2优化运行方式

（1）间歇运行

人工湿地间歇运行和适当的湿地干化期，会使填料得到“休息”，保证填料一定的好氧状态，避免胞外聚合物的过度积累，可防止填料堵塞。人工湿地的间歇时间越长，则处理能力恢复的越好，其渗透速率也越大，但间歇时间不能无限延长，应同时考虑处理效率和处理负荷。研究表明，夏季适宜的恢复时间为10天，冬季为20天。目前，间歇运行方式已经在国内外的很多国家得到重视。

（2）改变布水方式

对湿地均采用大断面、短流程、管道布水的方式进行布水，使所有填料与进水全面接触，实现填料与净化植物的有机结合，最大限度地减轻填料堵塞隐患，保证处理系统的连续运行。

3.3 合理配置植物

（1）根据气候因素配置植物

植物对污水的净化能力受季节性影响，一些植物生长具有明显的季节性，冬季时生命活动降低，吸收养分的能力降低，对污水的净化效果下降，夏季时新陈代谢旺盛、生命活动加强，生物量大，即使增加污染负荷，人工湿地仍表现出比较高的净化能力。除此之外，在夏季，植物生长良好，植物的覆盖度高，使得根际的微生物活性增强，有利于有机物的分解。因此，在人工湿地的设计过程中，应根据本地区的气候特点配置植物，在温度比较高的地区（如热带或亚热带）配置一些喜温植物，而在温度比较低的地区，可配置一些抗冻性比较强的植物。

（2）选择土著植物

植物生长具有明显的地域性，选用本地土著植物作为人工湿地植物有利于增加人工湿地的净化能力，同时也能降低引用外来植物的高额费用，还可避免引种带来的生物入侵的危险，因此在工程实践中必须慎重。对于面积比较小的人工湿地，可以适当的采用外来植物，通过人工收割而控制，但人工湿地植物的选择最好以本地植物为主。

3.4其他方面分析

（1）自然导气措施

自然导气措施对垂直流人工湿地填料的堵塞有明显的改善作用，对去除氨氮的影响尤为突出。鄢璐等的研究表明，随着供养的进行消化菌的繁殖加快，数量增长迅速，活性增强，促进消化作用的进行[21]。

（2）投加蚯蚓

土壤动物在分解有机物中也起到不可忽视的作用。蚯蚓是土壤中常见的杂食性动物，他在土壤中活动，以土壤为食，在提高填料孔隙率的同时可以降解部分有机物。

（3）日常科学管理

人工湿地虽然是一种生态型的污水处理工艺，但并不是一种“安装即忘记”（fit-and-forget）的方法，需要进行长期的科学管理。

4、展望

近年来，水污染问题逐渐引起人们的重视，如何快速、经济、高效地解决水污染问题成为人类重视的问题。人工湿地处理技术的提出和发展，为水处理技术开辟了新的思路。目前，在人工湿地面临的问题中，以堵塞问题最为严重，目前国内外都在积极地研究中，相信在不久的将来，人工湿地将会得到更广泛的应用。

参考文献：