水污染人工湿地工程治理与安全回灌的研究
水是人类社会和谐发展不可或缺的重要组成部分．随着工农业的不断发展．解决水体污染是迫在眉睫的问题据1977年联合国水会议发表的公告表示．全世界工业用水量每年有2000亿t，其中80%变成污水直接排放到环境中。据统计，我国现有污水排放量为365亿t．这其中不含乡镇的污水排放．城市污水处理率只有7%．这样不经处理废水排放到环境中．从而造成全国l／3的河段受到污染，90%以上的城市水域水体污染严重lll。目前，直接将这些废水用于回灌．这给农作物食用带来风险性，因污水中含用过量的氮磷、重金属等，用其浇灌农作物，植物会过量的摄入．势必给人和牲畜食用带来不安全因素．而利用人工湿地在某种程度上就很好解决了这个问题人工湿地是20世纪7O年代发展起来的新型水处理和水修复技术．湿地不仅是许多野生动植物生长繁殖的场所，它还具有涵养水分、调节气候的功能．更重要的是湿地具有净化污水的功能．因而被誉为“地球的肾脏”嘲1952～1994年使用植物或人工湿地治理各类污染的试验和工程报道共45例，其中工业污水24例。农业污水11例。服务业污水l例。其它9例到1994年为止，人工湿地(CW)的应用情况f3—41：欧洲．德国约3000个．且有被批准建设的1000个．丹麦和英国都至少有200个在运行。到1996年为止奥地利已批准建设293个．含已运行160个和在建17个：北美约有1120个人工湿地应用于各项污水处理；澳洲、新西兰约有80个在运行；非洲、南非将湿地用于处理各类污水。我国于“七五”期间开始人工湿地研究．首例采用人工湿地处理污水的研究工作始于1987年．由天津市环境保护研究所建成的占地6hm2、处理规模为1400m3／d的芦苇湿地工程此后建成了北京昌平一水面人工湿地工程和深圳白泥坑人1-湿地示范1-陧．20世纪末建成的成都活水公园、中山市歧公园等更展示了人工湿地污水处理新工艺目前人工湿地在我国蓬勃兴起，对其研究和应用正方兴朱艾。而将人工湿地中基质和植物净化污水机制的研究．以及将其应用于安全回灌的研究将是今后的一个研究热点。
1人工湿地主要组成及其系统性能
1.1植物
随着植物修复技术的兴起．利用水生植物对污水治理越来越受关注．目前治理污水所选的植物主要分3大类，即：沉水植物、浮水植物和挺水植物。随着研究的深入．植物在人工湿地中的作用机理越来越明朗化．植物在治理污水中有作用机理可归结为3个方面同：一是直接吸收污水中可利用的营养物质，吸附和富集重金『属和一些有毒有害物质：二是为根区好氧微生物输送氧气：三是增强和维持介质的水力传输植物的作用形式多种多样．主要有加固植物床、改变水力传导能力、创造生物共生条件、杀菌、向基质中释放氧气及景观美学作用等方面植物的选择和配置是当前影响人工湿地的重要因素．对于不同的废水，植物的选择性相当重要．从某程度上来说，对于一个湿地系统，植物的选择和配置是关系到其是否成功的关键目前供湿地系统的植物很多．不同污水所选的植物也各不相同。详如表1。植物不但对氮磷有很好的吸收效果．另外．水生植物对污水中的重金属、有机物、农药等污染物也有很好的吸收。
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1．2基质
基质是构成人工湿地不可或缺的成分．也是影响人工湿地的重要因素根据国内外的相关道，基质一般由土壤、细砂、粗砂、砾石、碎瓦片、粉煤灰、泥炭、页岩铝矾土、膨润土、沸石等介质的一种或几种所构成．其中国外还有以碎玻璃作为填料。徐德福等从工程角度来探讨了人工湿地．认为大部分物理、化学和生物反应等都在基质中进行。同时不同基质对污染物的净化能力存在明显差异，筛选对污染物净化能力强的当地材料作为人工湿地基质．不但能提高人工湿地的净化能力和使用寿命．还能减少人工湿地的投资成本不同人工基质在对水体中污染物的吸收效果也各不相同．GELLER㈤也认为钙与铁、铝相比对磷具有更强的结合能力．以除磷为目的的人工湿弛最好选用含钙质的填料可显著提高除磷效果：不同基质对污染物的吸收见表2。另外．黄忠良等发现沸石和蛭石吸附净化氮磷的能力较强．砂子吸附净化氮素能力最差等等不同人工基质的配合使炯能够增强湿地的去污能力．是解决人工湿地问题的亮点.
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1．3微生物
微生物是人工湿地必不可少的素．微生物同其它条件配合，具有吸附、生物降解晴能，同化水中的有机物和某些无机物．达到净化污水的目的．．它具有运行费用低、环保、效率高、污泥相对易处理等特点．是现代人工湿地中重要的环节在一个特定的人工湿地系统中．影响微生物的因素很多．其中基质就是一个重要因素．不同湿地基质中微生物的数量差异显著．湿地基质中不同空间位置的微生物数量各不相同：同时是否添加复合微生物制剂及酶制剂也会影响微生物的去污能力．林静等用添加复合微生物制剂及酶制剂能增强人工湿地的去污能
力．添加复合微生物制剂及酶制剂对芦苇人工湿地系统去除苏州河水污染物的影响有研究表明．复合微生物制剂和酶制剂的投加可以增加系统的微生物数量和酶活．提高污染物的去除率．其中氨氮去除率与硝化细菌数量之间存在明显的相关性．说明复合微生物制剂及酶制剂的投加强化了人工湿地氨氮的转化．这也是未来人工湿地发展趋势
2人工湿地净化废水回灌的研究
2．1湿地净化废水用于回灌最佳模型的选择，
目前人工湿地主要分为表面流湿地fFreeWaterSuraceWetland或SuraceFlowWetland．FWS1和潜流湿地(SubsuraceFlowWetland，SF1．表面流湿地污水从填料原土壤或人工填料表面水平流过，有机物的降解主要由附着在植物水下茎杆上的生物完成，北美多用。FWS的优点是投资低。易构建。缺点是不能充分利用基质吸附和植物根系：保温保水效果较差不适合在寒冷地区使用潜流湿地污水从基质内部流过，水面低于填料的上表面。优点是可充分利
用填料提供的表面和植物根系。占地小：累积在填料表面的植物残体能在寒冷气候下具较好的热保护和保湿作用。但投资高为其缺点。分为水平潜流系统fHoriz0ntalSubsufaceFlow，HF或HSF1和垂直潜流系统(VericalSubsuraceFlow。VF1不同类型的人工湿地处理系统可互相联合或与传统处理系统联合以实现各系统的优势互补。这尤为适应强化去氮。对于我国特殊的地理环境．采用表面流湿地一人工水平潜流人工湿地相结合例如像养殖废水中含有的动物排泄物和饲料残渣．主要成分是蛋白质、碳水化合物等有机物和氮、磷等无机营养物质．这些物质都是植物同化作用的主要营养物质，从这个角度来看．直接排放也是一种很大的浪费。而利用湿地中的可回收植物对污染物进行吸收，在对植物进行回收利用：利用表面流人工湿地植物和植物吸收和阻尼废水中未被动物吸收的饲料，同时避免了潜流人工湿地的阻塞问题．经过一定净化的水体在经过水平潜流的作用．净化的废水再用于回灌，因此．随着对人工湿地研究的不断深入，串联式人工湿地将是未来治理水体污染的一个重要模式。
2．2湿地的维护
对湿地的维护主要在植物、基质和水力学特征3方面进行植物自身生长需要营养物．营养物来自污水中提供的氮和磷但在已有的处理生活污水的人工湿地的报道中．通过收割植物带走的氮和磷占来水的氮磷量的比例较小，通常在20%以内对人工湿地基质的更换是一个重要因素．基质对污染有很好的吸附作用．近几年来．国内外学者针对这个问题进行了大量的研究可供选择的基质类型也变得越来越多文献报道的基质类型主要有矿物质、岩石、土壤、海洋沉积物、钢铁和采矿业的工业副产品以及人造产品对人工湿地进出水量的控制是一个重要的环节，水力负荷、水力停留时间、水深是影响人工湿地运行的3大要素．在实际运行中均存在一个最佳值．大于或小于此值均使去除率有所下降停留时间的设计也非常重要因为停留时间将直接影响处理效果。在理想情况下，水流呈推流状态，不存在短流，也不存在死水区。但停留时间过长将造成厌氧反应．从而影响水质净化效果。3人工湿地存在问题探讨与回灌应用前景目前人工湿地存在问题主要在以下几个方面：
①在确定人工湿地基质的同时，怎样将几种基质合理的配置．从而得到去污的最大化．怎样构建人工湿地处理系统中构建缓冲单元。基质堵塞的问题．最终影响人工湿地的寿命．这个问题也急需解决：②水生植物除了对不同水体有很强的选择性以外．解决地域性差异和气候突变的影响．筛选优势植物．同时．怎样解决植物之间的因为存在化感物质而引起的抑制作用,结合不同地区不同污水的特性筛选出抗性强、净化效果好的工程植物：③怎样解决微生物间存在拮抗作用．使污染物的降解效率升高。特别是对难以被微生物降解的有机物和高浓度氨氮的降解重点研究在提高人工湿地氧化、硝化能力的同时如何提高其反硝化能力．以解决有机物与总氮的高效去除问题：④怎样解决人工湿地季节性温度变化和积温的差异性．避免微生物和植物生长期间不受到影响：⑤对不同构造的湿地系统中污水的流体力学特性进行研究，探讨水力负荷、污水停留时间、出水速率、湿地容水体积f空隙度)和出水量等与污水净化效果的偶合关系．以揭示水力学特点对污水净化效果的影响规律针对人工湿地有高效率、低投资、低运行费用、低维持技术等特点．这对于节省资金、保护水环境以及进行有效的生态恢复具有十分重要的现实意义，因此越来越受到世界各国的重视和关注。净化废水
用于安全回灌在我国有很大前景是由以下几个方面原因决定：①我国缺水地区面积较大，特别是我国西北地区．这是污水净化并重新用于安全回灌的必然趋势：②我国经济不发达，通过跨区域调水解决水危机缺少资金支持．这一点决定了污水必须就地处理并用于回灌，实现其再利用；③我国人众多，人均占有量较少，特别在大中型城市，这种问题变得尤为
突出。因此，应用人工湿地治理水体污染并将净化水体用于安全回灌的研究将势在必行．这也是未来治理水体污染的一个研究热点。
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