人工濕地的修復(fù)技術(shù)

隨著我國人口的急劇增加和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，為了解決農(nóng)業(yè)用地的擴張，對濕地的不合理開發(fā)利用導(dǎo)致我國天然濕地日益減少，功能和效益下降，恢復(fù)被破壞的水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)工作迫在眉睫。下面就人工濕地的生態(tài)修復(fù)技術(shù)做以下簡述。

1.有機物的去除機制

人工濕地對有機物具有較強的凈化能力，土壤有巨大的比表面積，在土壤顆粒表面形成一層生物膜，污水流經(jīng)顆粒表面時，大量的SS被填料和植物根系阻擋截留，不溶性的有機物通過在濕地基質(zhì)中的沉淀、過濾、吸附作用，很快被截留，然后被微小生物利用;可溶性有機物通過植物根系生物膜的吸附、吸收及微生物的代謝過程而被分解去除。在土壤好氧區(qū)，有機物被好氧菌分解為二氧化碳和水;在厭氧區(qū)有機物被厭氧菌通過發(fā)酵作用分解為二氧化碳和甲烷。污水中的大部分有機物最終被異養(yǎng)微生物轉(zhuǎn)化為微生物體、二氧化碳、甲烷和水、無機氮、無機磷。

人工濕地對COD、BOD有較高的去除率，大多數(shù)處理系統(tǒng)的去除率為80%-90%。國內(nèi)對人工濕地凈化城市污水的研究表明，在進(jìn)水濃度較低的情況下人工濕地對BOD5的去除率可達(dá)85%-95%，對COD的去除率達(dá)80%，處理出水BOD5的濃度在10mg/L左右，SS小于20mg/L。COD和BOD的去除率與各種微生物數(shù)量有明顯的相關(guān)性，說明有機物的去除主要是微生物的作用。

2.氮的去除機制

大量研究表明：人工濕地中的氮主要是通過微生物的硝化和反硝化作用、植物的吸收、氨的揮發(fā)以及基質(zhì)的吸附和過濾等過程而去除。氮在污水中主要以有機氮和無機氮兩種形念存在，無機氮可以被人工濕地中的植物吸收，合成植物蛋白質(zhì)，最后通過收割植物從濕地系統(tǒng)中去除。但這一部分氮僅占總氮量的8%-16%。人工濕地系統(tǒng)的有機氮在微生物的作用下比較容易轉(zhuǎn)化為NH3-N，易引起地表水體富營養(yǎng)化，是需要有效去除的重要污染指標(biāo)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，濕地土壤的脲酶活性與N的去除率有較明顯的正相關(guān)性，認(rèn)為可把根區(qū)土壤中脲酶活性作為人工濕地去除污水含氮污染物效果的評價指標(biāo)。

人工濕地對N的去除率并不是很高，一般在50%左右。但有研究發(fā)現(xiàn)，人為提高濕地中BOD：NO3-N之比(如添加秸稈或甲醇)，氮的去除率將大大提高，能從30%左右上升至80%-90%，原因是BOD：NO3-N比值太低時不利于反硝化作用的進(jìn)行，當(dāng)比值上升到2.3時，反硝化率達(dá)到最大值。研究表明，處理含有機碳低、硝酸鹽氦高的廢水可直接用C：N比來表示NO3-N的去除率，當(dāng)C：N>5：I時，反硝化速度最大。

3.磷的去除機制

大量研究表明，人工濕地對磷的去除是通過植物的吸收、微生物的積累同化和基質(zhì)的吸附沉淀等共同作用完成的。首先，污水中的無機磷在植物的吸收和同化作用下，被合成ATP、DNA和RNA等有機成分，最后通過對植物的收割而將磷從系統(tǒng)中去除;其次，磷為微生物正常代謝所需要，有機磷和溶解性較差的磷被磷細(xì)菌轉(zhuǎn)化為溶解性無機磷，有利于植物的吸收;再次，被介質(zhì)(土壤或填料)通過吸附或離子交換作用而去除，土壤中所含鐵、鋁、鈣化合物的含量影響介質(zhì)的吸附容量，最后，聚磷菌的過量聚磷對磷的去除也有一定的作用。由于人工濕地特殊的好氧、厭氧狀態(tài)，聚磷菌可在好氧狀念下吸附過量的磷;在厭氧狀態(tài)下，又把過量的磷釋放出來，一部分會隨水流輸移擴散，另一部分被介質(zhì)吸附，由于磷的釋放，在局部磷的濃度較高有利于介質(zhì)對磷的吸附。

人工濕地系統(tǒng)對磷的去除途徑最主要是基質(zhì)對磷的吸附沉淀作用，植物吸收對有機磷的去除效率影響不大，但無機磷以植物的吸收作用為主，這與蘆葦?shù)却笮椭参镩L期生長對無機磷的需求密切相關(guān)。有關(guān)專家認(rèn)為：磷濃度較低時植物吸收是主要的，在濃度較高時植物的吸收作用顯得微不足道，但介質(zhì)的吸附是有限度的，達(dá)到飽和以后效果就會減弱。

4.重金屬的去除機制

人工濕地系統(tǒng)對重會屬的去除效果主要是通過化學(xué)沉淀、離子交換和植物吸收等途徑。有專家通過研究認(rèn)為，在停留時間為22-34h的表面流濕地罩，鋅的去除率可以達(dá)到90%-96%，對鐵、鉻和鎂的去除率也很高。廣東韶關(guān)市鉛鋅礦廢水治理在人工濕地中種植香蒲的研究表明，利用香蒲凈化含鉛、鋅工業(yè)廢水的效果非常好，COD、固體懸浮物、Pb、Zn、Cu和Cd的去除率分別為92.19%、99.62%、93.98%、97.02%、96.87%和96.39%，水質(zhì)得到明顯改善，主要污染物TSS、Pb、Zn、Cu和Cd等均達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通過對廣東韶關(guān)寬葉香蒲人工濕地系統(tǒng)中重會屬的研究結(jié)果表明，重金屬更大比例地積累和富集于地下部分，因此用收割法去除重會屬的策略在實踐中的效果有限。

有研究者認(rèn)為濕地對重會屬的去除是通過植物對重余屬的吸收而起作用的。植物的吸收只占進(jìn)入系統(tǒng)中重會屬含量的1%2%/31。植物對污水中重會屬的去除還表現(xiàn)在植物的好氧作用，使根區(qū)含氧量增加，增加了污水中重會屬的氧化和沉降。

5.微生物的去除

微生物污染是通過物理、化學(xué)和生物因素的綜合作用下被有效去除。物理因素包括過濾、沉淀、富集和紫外輻射作用：化學(xué)因素有氧化、吸附及暴露在其它微生物和植物釋放的毒素中;生物機制則包括抗生素、溶胞細(xì)菌和噬菌體攻擊、自然死亡以及線蟲或原生動物的攝食等。

6.其他物質(zhì)的去除

其它物質(zhì)的去除一般也是通過物理、化學(xué)和生物因素的綜合作用下被有效去除的。如藻類的去除主要是通過機械過濾作用;而藻毒素是在微生物降解、基質(zhì)吸附、植物根區(qū)生物膜絮凝等作用下共同作用的結(jié)果。