人工濕地除磷綜述

　　一、前言

　　人工濕地作為一種集生態(tài)性、景觀性、高效低耗的廢水處理工藝，正在應(yīng)用于多種類型的廢水處理中，如生活污水、農(nóng)業(yè)廢水、城市暴雨、富營養(yǎng)化景觀水、礦山排水等等。隨著人類活動的不斷增加，水體氮磷的污染日趨嚴(yán)重。大量研究已證實：氮和磷能刺激藻類和光合水生生物的生長，而且最終引起水體富營養(yǎng)化，而磷被認(rèn)為是產(chǎn)生水體富營養(yǎng)化的最主要因素。

　　由于傳統(tǒng)的除磷技術(shù)都存在一定的局限性：化學(xué)沉淀法除磷，運(yùn)行費用高，會產(chǎn)生大量的化學(xué)污泥；生物法除磷，工程投資高，工藝復(fù)雜，運(yùn)行管理要求高。人工濕地除磷，是在一般的人工濕地系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過人為的控制措施，優(yōu)化系統(tǒng)達(dá)到以除磷為主要目標(biāo)的廢水處理技術(shù)，其主要原理是通過濕地中的填料、植物和微生物來完成除磷。人工濕地除磷，具有投資少，運(yùn)行維護(hù)方便，經(jīng)過優(yōu)化后處理效果好等特點，在保護(hù)水環(huán)境，以及進(jìn)行有效的生態(tài)恢復(fù)等方面均具有十分重大的意義。

　　二、人工濕地中植物對磷的去除

　　植物是人工濕地處理系統(tǒng)的核心之一，它在人工濕地污水處理系統(tǒng)中發(fā)揮多種作用。植物主要通過自身的光合作用吸收部分污染物，有些種類的植物可以吸收重金屬或降解有機(jī)污染物。同時植物通過莖、葉中的氣孔向系統(tǒng)中輸送氧氣，以形成根際特殊的環(huán)境來促進(jìn)土壤中微生物的生長。

　　人工濕地能否有效處理污水的一個重要因素是選擇的植物種類是否合適。一般來說，人工濕地系統(tǒng)的植物種類應(yīng)具備以下特征：耐污性能好，處理效果好，成活率高；根系發(fā)達(dá)，莖葉茂密，輸氧能力強(qiáng)，生長周期長；抗凍，抗熱，抗病蟲能力強(qiáng)；易于維護(hù)管理；具有美化景觀的作用。

　　許多研究表明，植物的存在對于人工濕地系統(tǒng)凈化功能的實現(xiàn)有極大的作用。吳振斌等通過實驗，研究了人工濕地系統(tǒng)對污水磷的凈化效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3個有植物系統(tǒng)的去除率分別是61%、65%和59%，而無植物系統(tǒng)的去除率僅為28%。Peterson的研究發(fā)現(xiàn)，對于輕度氮磷負(fù)荷的人工濕地處理系統(tǒng)，在植物的生長階段收割，可以占人工濕地氮總?cè)コ康?0%；而在重度氮磷負(fù)荷的處理系統(tǒng)中,雖然植物吸收氮的絕對量比輕度氮磷負(fù)荷的系統(tǒng)大，但其所占比例低，只有1%～4%。彭江燕等研究了黃昌蒲、美人蕉、水蔥、蘆葦、風(fēng)車草5種水生植物凈化污水的能力，結(jié)果表明，風(fēng)車草去除磷效果最好，黃昌蒲和美人蕉次之水蔥稍高于蘆葦。

　　三、人工濕地中填料對磷的去除

　　人工濕地的填料是濕地的基質(zhì)和載體，其去污過程主要包括基質(zhì)的吸收和過濾等物理化學(xué)作用。填料的固磷作用主要包括化學(xué)沉淀、吸附作用、閉蓄作用等幾個方面?；瘜W(xué)沉淀受溶度積控制，可分為鈣、鎂或鐵、鋁控制的兩種轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。可溶性磷酸鹽與這些金屬離子發(fā)生反應(yīng)，形成自由能下降很多，可逆性和溶解性均很小的鈣、鎂或鐵、鋁磷酸鹽。吸附作用由填料的表面性質(zhì)決定，受填料的表面積和活性基團(tuán)控制，一般認(rèn)為磷酸根離子主要通過配位體交換而被吸附停留在填料和土壤的表面。閉蓄作用和氧化還原反應(yīng)由直接關(guān)系。以上反應(yīng)的產(chǎn)物最終吸附或沉降在土體內(nèi)，從而使土體內(nèi)這些元素的含量急劇升高，幾年之后即可達(dá)到入水濃度的10～10000倍以上。因此，當(dāng)填料達(dá)到飽和之后，必須更換人工濕地的填料來保證人工濕地的持續(xù)的處理效果。

　　很多實際運(yùn)行的人工濕地，對于水中的有機(jī)物和懸浮物的去除效率較高，但是對于氮磷的去除效果相對較低。宋志文等對榮成人工濕地污水處理系統(tǒng)處理效果動態(tài)變化特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明人工濕地對于SS、COD、BOD的去除率分別為71.8±8.4％、62.2±10.1％和70.4±9.6％，大腸桿菌去除率為99.7％，對NH4+?N和TP去除效果較差，去除率分別為40.6±15.3%和29.6±12.8%。

　　選擇合適的填料對于提高磷的去除效果至關(guān)重要。在篩選除磷填料時，主要對含氫氧化（氧化）鐵或鋁基團(tuán)的天然礦物質(zhì)，或能促進(jìn)鈣磷形成的含鈣礦物質(zhì)進(jìn)行對比和篩選。其吸附效率受Eh、pH和吸附表面積等因素影響由于填料的吸附容量一定，所以當(dāng)填料吸附飽和后，應(yīng)及時更換填料以保證磷素的去除率。更換后的填料也應(yīng)妥當(dāng)處理，以免造成二次污染。在實際工程中，選擇填料應(yīng)根據(jù)其磷吸附效率、水力傳導(dǎo)率、材料易得性、價格等因素綜合考慮。

　　目前常用作人工濕地的填料有：礦渣、粉煤灰（FA）、鋼渣、蛭石、土壤、沸石、砂子、石灰石、高爐渣、活性多孔介質(zhì)（IECA）、頁巖等等?，F(xiàn)將常用填料的特點比較一下：

　　目前，針對以上一些填料的優(yōu)缺點，在人工濕地系統(tǒng)中，一般采用復(fù)合填料。對于填料的組成，一般以石、砂、礫石、土壤為基本原料，并添加合適的輔料，通過不同的組合方式來提高磷的去除效果。有研究表明，在進(jìn)水TP含量很高的情況下（化糞池出水），采用煤渣加高有機(jī)質(zhì)含量的草炭，再慘入土壤，在水力負(fù)荷為54－64cm/d的條件下，對于TP的去除率為77.6－85.0％，運(yùn)行15個月后，去除率仍大于55％。