人工湿地系统床体中的氧环境及湿地床体的复氧能力是决定有机物与氨氮去除的主要因素,直接影响湿地对污染物的净化效果及正常运转。作为一种新型强化人工湿地,潮汐流人工湿地可以通过潮汐运行过程中床体浸润面变化产生的孔隙吸力将大气氧吸入床体,进而明显提高了湿地床的氧传输量和污染物的净化效果。

一、潮汐流人工湿地污水强化处理技术

人工湿地是一种通过模拟自然湿地并由人工设计和建造的具有可控性和工程化特点的生态污水净化技术。传统的人工湿地主要可分为两大类:表面流人工湿地系统和潜流人工湿地系统。潜流湿地系统又可根据水流在湿地床内的流动方向分为水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。与自然湿地相类似的是表面流人工湿地主要利用生长在植物茎、杆上的生物膜来去除污染物,因而这种湿地系统难以充分发挥湿地介质及植物根系对污染物的降解作用,虽具有投资少、操作简单等优点,但处理效果差、易传播病菌、受气候影响大,冬季表层结冰,夏季易滋生蚊蝇和建设面积大。潜流人工湿地系统可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截流等作用,具有水力负荷与污染负荷承受能力大,对BOD5、COD、TSS等处理效果好,受气温影响较小,卫生条件好等优点,但是其建造、维护、控制相对复杂,成本相对较高。

潮汐流人工湿地作为一种新型的强化湿地系统是通过利用床体饱和浸润面的潮汐运行产生的孔隙吸力将大气中的O2吸入床体,使湿地床体中的氧传输量及利用率有了明显提高,进而强化湿地对污染物的净化效果。根据Austin等的报道,与曝气人工湿地相比处理相同体积的污水,潮汐流人工湿地所消耗的能量及占地面积是曝气人工湿地的一半,既保证了处理效果和处理量,还降低了能耗,缩小了占地面积,具有很好的发展前景。

二、案例分析

目前已有的针对浑河沈阳-抚顺区域重污染支流污染选用潮汐流人工湿地处理的应用实例发现,潮汐流人工湿地技术对氨氮的去除效果比潜流型人工湿地高出约30%,且在低温条件下(水温为9~13℃)潮汐流人工湿地对氨氮去除率仍可达34%,并提升了河道整体的工艺景观效果,说明潮汐流人工湿地对于北方地区重污染支流具有较好的治理效果,具有较高的推广价值。

总之,虽然潮汐流人工湿地较高的氧利用率及较好的复氧能力可以强化硝化过程的发生,使NH4+-N最大程度的被氧化为NO3–N,然而湿地床体中较好氧环境却直接限制了反硝化过程的发生,使得系统出水中富集大量的NO3–N,直接限制了其对TN的彻底脱除。因此,如何在维持潮汐流人工湿地强硝化能力的基础上,适当调控潮汐流人工湿地的复氧量和氧化还原环境,将是探究潮汐流人工湿地强化脱氮的重要内容。我们可以通过延长淹没时间控制潮汐流人工湿地内部呈厌氧环境,来提高系统反硝化能力,进而提高其对TN的去除率。