近年来,水体富营养化加剧,不仅造成藻类暴发,而且严重影响水质和安全。其中,氮,磷和有机物是引起水体富营养化的主要污染物。作为一种低成本,高效的生态处理技术,人工湿地适合修复富营养化的水体。具体来说,影响人工湿地净化的主要因素包括:湿地类型和施工方法,水力工况以及碳和氧水平。

一、人工湿地净化富营养化水体机理

首先,人工湿地中有机物的去除机理。人工湿地主要利用植物,微生物和基质之间的协同作用去除富营养化水体中的有机污染物。进入人工湿地的富营养化水中的有机污染物主要分为可溶性有机物和不溶性有机物。不溶性有机物可以通过人工湿地中植物和基质的截留和沉降来去除。可溶性有机物可以分解成小分子物质,并在湿地的交替好氧和厌氧环境中被去除。人工湿地的上层属于好氧区域,有机物在好氧细菌的作用下分解为二氧化碳和水。底层属于厌氧区,在厌氧菌发酵下,有机物分解为二氧化碳和甲烷。人工湿地还包含广泛的微生物种群,可以去除水体中具有复杂成分的难降解有机污染物。

第二,人工湿地的脱氮机理。人工湿地修复富营养化水中氮污染的主要机制包括植物吸收,基质吸附和微生物硝化-反硝化。微生物硝化-反硝化是人工湿地中最重要的反硝化机理。硝化作用是在有氧条件下,通过亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌的作用将氨氮转化为硝酸盐,其主要的限制因素是溶解氧(DO)含量。一般来说,该作用转化为氮或氮氧化物,但是会受到碳源的影响。

第三,人工湿地中磷的去除机理。人工湿地主要通过物理,生物和化学作用从水体中去除磷。其物理作用是在磷自身沉降或被基质吸附后去除磷,而发挥出更大功效的是其生物学功能:一方面,植物吸收水中的无机磷并将其转化为有机成分,例如三磷酸腺苷(ATP),脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)以便自身生长;另一方面,微生物吸收并吸收了一部分磷,因此除磷微生物的活性和分布密度是处理湿地磷污染的重要参数。化学作用是在通过化学反应形成沉淀后将磷去除,pH是影响磷沉淀的重要因素。此外,定期清洁或更换基质以及在湿地收获植物也将有助于提高湿地除磷效率。

人工湿地在修复富营养化水体中的应用-国投盛世

二、人工湿地净化的影响因素
单级人工湿地很难同时有效地去除富营养化水体中的多种污染物。虽然复合人工湿地具有良好的去污效率,但存在面积大的问题。新建湿地有望提高污染物去除率并减少占地面积。另外,湿地中碳和氧的缺乏限制了其去污效率。改变现有人工湿地的设计和结构(例如增加挡板或配置多层底物)会增加湿地的氧气含量;同时开发和应用新型复合材料基质或天然植物的碳源等,可以有效补充湿地的碳源含量。因此,可以根据处理后的污水中污染物的特性改变湿地的结构,以增强湿地的运行和净化的能源效率。

人工湿地的运行和净化效率也会受到温度和季节变化的影响。特别是在秋冬季节和低温条件下,将极大地影响植物和微生物的生长,从而影响湿地对富营养化水体的有效处理。解决温度影响的主要措施是:在人工湿地前增加预处理以减少污染物负荷,或对人工湿地采取保温措施,可明显提高处理效果。但是对于北部地区,如果污染物去除率达到理想水平,则可以考虑采用新的基质,植物分级和微生物强化技术,以进一步降低温度对人工湿地的影响。