解析人工濕地系統(tǒng)污水處理技術(shù)
人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù)作為一種新型生態(tài)污水凈化處理方法,其基本原理是在人工濕地填料上種植特定的濕地植物，從而建立起一個(gè)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)污水通過(guò)濕地系統(tǒng)時(shí)，其中的污染物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被系統(tǒng)吸收或分解，而使水質(zhì)得到凈化。人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化的關(guān)鍵在于工藝的選擇和對(duì)植物的選擇及應(yīng)用配置。如何選擇和搭配適宜的濕地植物，并且將其應(yīng)用于不同類型的濕地系統(tǒng)中成了我們?cè)跔I(yíng)建人工濕地前必須思考的問(wèn)題。
1、人工濕地污水處理系統(tǒng)植物的選用原則
1.1 植物在具有良好的生態(tài)適應(yīng)能力和生態(tài)營(yíng)建功能；
管理簡(jiǎn)單、方便是人工濕地生態(tài)污水處理工程的主要特點(diǎn)之一。若能篩選出凈化能力強(qiáng)、抗逆性相仿,而生長(zhǎng)量較小的植物,將會(huì)減少管理上尤其是對(duì)植物體后處理上的許多麻煩。一般應(yīng)選用當(dāng)?shù)鼗虮镜貐^(qū)天然濕地中存在的植物。
1.2 植物具有很強(qiáng)的生命力和旺盛的生長(zhǎng)勢(shì)；
① 抗凍、抗熱能力
由于污水處理系統(tǒng)是全年連續(xù)運(yùn)行的,故要求水生植物即使在惡劣的環(huán)境下也能基本正常生長(zhǎng),而那些對(duì)自然條件適應(yīng)性較差或不能適應(yīng)的植物都將直接影響凈化效果。
② 抗病蟲(chóng)害能力
污水生態(tài)處理系統(tǒng)中的植物易滋生病蟲(chóng)害,抗病蟲(chóng)害能力直接關(guān)系到植物自身的生長(zhǎng)與生存,也直接影響其在處理系統(tǒng)中的凈化效果。
③ 對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)能力
由于人工濕地中的植物根系要長(zhǎng)期浸泡在水中和接觸濃度較高且變化較大的污染物,因此所選用的水生植物除了耐污能力要強(qiáng)外,對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、土壤條件和周圍的動(dòng)植物環(huán)境都要有很好的適應(yīng)能力。
1.3 所引種的植物必須具有較強(qiáng)的耐污染能力；
水生植物對(duì)污水中的BOD5、COD、TN、TP主要是靠附著生長(zhǎng)在根區(qū)表面及附近的微生物去除的,因此應(yīng)選擇根系比較發(fā)達(dá)，對(duì)污水承受能力強(qiáng)的水生植物。
1.4 植物的年生長(zhǎng)期長(zhǎng)，最好是冬季半枯萎或常綠植物；
人工濕地處理系統(tǒng)中常會(huì)出現(xiàn)因冬季植物枯萎死亡或生長(zhǎng)休眠而導(dǎo)致功能下降的現(xiàn)象，因此，應(yīng)著重選用常綠冬季生長(zhǎng)旺盛的水生植物類型。
1.5 所選擇的植物將不對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境構(gòu)成隱患或威脅，具有生態(tài)安全性；
1.6 具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、文化價(jià)值、景觀效益和綜合利用價(jià)值。
若所處理的污水不含有毒、有害成分,其綜合利用可從以下幾個(gè)方面考慮:①作飼料,一般選擇粗蛋白的含量>20%(干重)的水生植物；②作肥料,應(yīng)考慮植物體含肥料有效成分較高,易分解；③生產(chǎn)沼氣,應(yīng)考慮發(fā)酵、產(chǎn)氣植物的碳氮比,一般選用植物體的碳氮比為25～30.5/1；④工業(yè)或手工業(yè)原料，如蘆葦可以用來(lái)造紙，水蔥、燈心草、香蒲、莞草等都是編制草席的原料。
由于城鎮(zhèn)污水的處理系統(tǒng)一般都靠近城郊,同時(shí)面積較大,故美化景觀也是必須考慮的。
然而在實(shí)際工作中，很多人工濕地的工藝設(shè)計(jì)者和建設(shè)者考慮得最多的是植物的獨(dú)有性和觀賞價(jià)值等表在因素，沒(méi)有考慮到栽種該植物后的植株生長(zhǎng)效果、濕地的運(yùn)行效果、生長(zhǎng)表現(xiàn)以及對(duì)生態(tài)的安全性等，導(dǎo)致人工濕地在運(yùn)行一段時(shí)間后功能驟降或運(yùn)行費(fèi)用劇增，最后導(dǎo)致系統(tǒng)癱費(fèi)或閑置。
2、人工濕地植物特性的研究及植物配置分析
2.1 根據(jù)植物類型分析
2.1.1漂浮植物
漂浮植物中常用作人工濕地系統(tǒng)處理的有水葫蘆、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。
根據(jù)對(duì)這些植物的植物學(xué)特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)它們具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①生命力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性好，根系發(fā)達(dá)；②生物量大，生長(zhǎng)迅速；③具有季節(jié)性休眠現(xiàn)象，如冬季休眠或死亡的水葫蘆、大薸、水蕹菜，夏季休眠的水芹菜、豆瓣菜等。生長(zhǎng)的旺盛季節(jié)主要集中在每年的3-10月或9月-次年5月；④生育周期短，主要以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主，對(duì)N的需求量最高。
由于漂浮植物具有上述的植物學(xué)特性，因此，在進(jìn)行人工濕地植物配置的時(shí)候我們必須充分考慮它們各自的優(yōu)點(diǎn)：①由于這類植物的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，因此在進(jìn)行植物配置時(shí)應(yīng)當(dāng)作地方優(yōu)勢(shì)品種予以優(yōu)先考慮；②人工濕地系統(tǒng)中，水體中養(yǎng)分的去除主要依靠植物的吸收利用，因此，生物量大、根系發(fā)達(dá)、年生育周期多和吸收能力好的植物成為我們選擇的目標(biāo)；③利用植物季節(jié)性休眠特性，我們可以給予正確的植物搭配，如冬季低溫時(shí)配置水芹菜而夏季高溫時(shí)則配置水葫蘆、大薸等適宜高溫生長(zhǎng)的植物，以避免因植物品種選擇搭配單一而出現(xiàn)季節(jié)性的功能失調(diào)現(xiàn)象；④由于這類植物以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主，對(duì)N的吸收利用率要高，因此，在進(jìn)行植物配置時(shí)應(yīng)重視其對(duì)N的吸收利用效果，可作為N去除的優(yōu)勢(shì)植物而加以利用，從而提高系統(tǒng)對(duì)N的去除效果。
2.1.2 根莖、球莖及種子植物
這類植物主要包括睡蓮、荷花、馬蹄蓮、慈姑、荸薺、芋、澤瀉、菱角、薏米、芡實(shí)等。它們或具有發(fā)達(dá)的地下根莖或塊根，或能產(chǎn)生大量的種子果實(shí)，多為季節(jié)性休眠植物類型，一般是冬季枯萎春季萌發(fā)，生長(zhǎng)季節(jié)主要集中在4-9月。
根莖、球莖、種子類植物具有以下特點(diǎn)：①耐淤能力較好，適宜生長(zhǎng)在淤土層深厚肥沃的地方，生長(zhǎng)離不開(kāi)土壤；②適宜生長(zhǎng)環(huán)境的水深一般為40-100CM左右；③具有發(fā)達(dá)的地下塊根或塊莖，其根莖的形成對(duì)P元素的需求較多，因此，對(duì)P的吸收量較大；④種子果實(shí)類植物，其種子和果實(shí)的形成需要大量的P和K元素。
由于這類植物具有以下特點(diǎn)，因此在進(jìn)行人工濕地植物應(yīng)用配置時(shí)應(yīng)予以充分考慮：①基于這些植物的特性，其應(yīng)用一般為表面流人工濕地系統(tǒng)和濕地的穩(wěn)定系統(tǒng)；②利用這些植物的生長(zhǎng)（主要是塊根、球莖和果實(shí)的生長(zhǎng)）需要大量的P、K元素的特性，將其作為P去除的優(yōu)勢(shì)植物應(yīng)用，以提高系統(tǒng)對(duì)P的去除效果。
2.1.3 挺水草本植物類型
這類植物包括蘆葦、茭草、香蒲、旱傘竹、皇竹草、藨草、水蔥、水莎草、紙莎草等，為人工濕地系統(tǒng)主要的植物選配品種。這些植物的共同特性在于：①適應(yīng)能力強(qiáng)，或?yàn)楸就羶?yōu)勢(shì)品種；②根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)量大，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并存，對(duì)N和P、K的吸收都比較豐富；③能于無(wú)土環(huán)境生長(zhǎng)。
根據(jù)這類植物的生長(zhǎng)特性，它們可以搭配種植于潛流式人工濕地，也可以種植于表流式人工濕地系統(tǒng)中。
根據(jù)植物的根系分布深淺及分布范圍，可以將這類植物分成四種生長(zhǎng)類型，即深根叢生型、深根散生型、淺根叢生型和淺根散生型。
（1）深根叢生型的植物，其根系的分布深度一般在30CM以上，分布較深而分布面積不廣。植株的地上部分叢生，如皇竹草、蘆竹、旱傘竹、野茭草、薏米、紙莎草等。由于這類植物的根系入土深度較大，根系接觸面廣，配置栽種于潛流式人工濕地中更能顯示出它們的處理凈化性能。
（2）深根散生型植物根系一般分布于20-30CM之間，植株分散，這類植物有香蒲、菖蒲、水蔥、藨草、水莎草、野山姜等，這類植物的根系入土深度也較深，因此適宜配置栽種于潛流式人工濕地。
（3）淺根散生型的一些植物如美人蕉、蘆葦、荸薺、慈姑、蓮藕等，其根系分布一般都在5-20CM之間。由于這些植物的根系分布淺，而且一般原生于土壤環(huán)境，因此適宜配置于表流式人工濕地中。
（4）淺根叢生型的植物如燈心草、芋頭等叢生型植物，由于根系分布淺，且一般原生于土壤環(huán)境，因此僅適宜配置于表面流人工濕地系統(tǒng)中。
2.1.4 沉水植物類型
沉水植物一般原生于水質(zhì)清潔的環(huán)境，其生長(zhǎng)對(duì)水質(zhì)要求比較高，因此，沉水植物只能用作人工濕地系統(tǒng)中最后的強(qiáng)化穩(wěn)定植物加以應(yīng)用，以提高出水水質(zhì)。
2.1.5 其它類型的植物
一些如水生景觀植物之類的，由于長(zhǎng)時(shí)間的人工選擇，使其對(duì)污染環(huán)境的適應(yīng)能力比較弱，因此也只能作為最后的強(qiáng)化穩(wěn)定植物或濕地系統(tǒng)的景觀植物而應(yīng)用。
2.2根據(jù)植物原生環(huán)境分析
根據(jù)植物的原生環(huán)境分析，原生于實(shí)土環(huán)境的一些植物如美人蕉、蘆葦、燈心草、旱傘竹、皇竹草、蘆竹、薏米等，其根系生長(zhǎng)有一定的向土性，配置于表面流濕地系統(tǒng)中，生長(zhǎng)會(huì)更旺盛。但由于它們的根系大都垂直向下生長(zhǎng)，因此，凈化處理的效果不及應(yīng)用于潛流式濕地中；對(duì)于一些原生于沼澤、腐殖層、草炭濕地、湖泊水面的植物如水蔥、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等，由于其生長(zhǎng)已經(jīng)適應(yīng)了無(wú)土環(huán)境，因此更適宜配置于潛流式人工濕地；而對(duì)于一些塊根塊莖類的水生植物如荷花、睡蓮、慈姑、芋頭等則只能配置于表面流濕地中。
2.3根據(jù)植物對(duì)養(yǎng)分的需求類型分析
根據(jù)植物對(duì)養(yǎng)分的需求情況分析，由于潛流式人工濕地濕地系統(tǒng)填料之間的空隙大，植物根系與水體養(yǎng)分接觸的面積要較表流式人工濕地濕地廣，因此對(duì)于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛、植株生長(zhǎng)迅速、植株生物量大、一年有數(shù)個(gè)萌發(fā)高峰的植物如香蒲、水蔥、苔草、水莎草等植物適宜栽種于潛流濕地；而對(duì)于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并存，生長(zhǎng)相對(duì)緩慢，一年只有一個(gè)萌發(fā)高峰期的一些植物如蘆葦、茭草、薏米等則配置于表面流濕地系統(tǒng)。
2.4根據(jù)植物對(duì)污水的適應(yīng)能力分析
不同植物對(duì)污水的適應(yīng)能力不同。一般高濃度污水主要集中在濕地工藝的前端部分。因此，在人工濕地建設(shè)時(shí)，前端工藝部分如強(qiáng)氧化塘、潛流濕地等工藝一般選擇耐污染能力強(qiáng)的植物品種。末端工藝如穩(wěn)定塘、景觀塘等處理段中，由于污水濃度降低，因此可以更多考慮植物的景觀效果。
