２０１３年第０６期 ＮＯ．０６．２０１３ 城市建设与工程管理
潜流人工湿地堵塞问题的研究
赵 铮 陈晓娇
（辽宁省城乡建设规划设计院，辽宁 沈阳 110000）
【摘 要】人工湿地是一种新型的污水处理模式，对污水具有较好的处理效果。潜流人工湿地具有保温性能好、处理效果受气候影响小、卫生条件较好等优点。但其基质易发生堵塞现象。本文就潜流人工湿地的前处理工艺，基质，植物，人工湿地运行等的几方面来探讨解决基质堵塞问题。
【关键词】潜流人工湿地；基质堵塞；植物；间歇运行
文章编号：１６７３－０３８０（２０１３）０６－０２２９－０１
人工湿地（constructed wetlands CWs）是20世纪70年代起源于德国的一种新型的污水处理模式，是一种模拟自然湿地的人工生态系统，它由人工建造和监督控制、类似沼泽地的地面，由水、植物、基质、水生动物及其微生物群落五部分组成。其设计和建造是通过对湿地生态系统中的物理、化学和生物作用等优化组合来进行污(废)水处理，使水质得到不同程度的改善，同时通过营养物质和水分的物理化学生物循环，促进绿色植物的生长，实现污水的资源化和无害化。人工湿地可去除废水中的有机物，N ，P，SS ，微量元素，病原体等。相关研究结果表明，在较低的进水浓度条件下，人工湿地对COD去除率可达80％以上，BOD5的去除率可达85％――95％，处理出水中BOD5的浓度在10mg/l左右，SS小于20mg/l。
按照水流方式、布水和集水方式的不同将人工湿地分为表流人工湿地（surface flow wetlands FWS），潜流人工湿地（subsurface flowwetlands SWS）。潜流人工湿地分为水平流人工湿地和垂直流人工湿地。水平流人工湿地对有机物有较好的去除效率，垂直流人工湿地对N，P的去除有较明显的优势。潜流湿地系统中，污水在湿地床的内部流动，一方面可以充分利用填料表面生长的微生物膜、植物丰富的根系及填料截流和表层土壤等的作用，以提高其处理能力和处理效果；另一方面由于水流在地表以下流动, 具有保温性能好、处理效果受气候影响小、卫生条件较好的特点。然而许多潜流人工湿地运行不到5年，就发生基质堵塞现象，出现了表面流等情况。基于国内外的对潜流湿地堵塞问题的研究，本文进行整合，希望能给以后的理论研究和工程应用提供参考。
之前设置前处理设施，尽量去除污水中的悬浮物和漂浮物，防止堵塞的发生。常见的预处理工艺有格栅、沉砂池、厌氧池、氧化塘等。有研究表明，经厌氧收集池前处理的城市生活污水悬浮固体含量降到较低水平，可有效预防人工湿地堵塞的发生。对湿地进行预曝气，可以增加基质中的溶解氧，增加微生物分解有机物的能力，提高处理效率。
（二）基质
当基质选用的孔隙率较小时，污水在基质中的水力停留时间较长，微生物可以充分的吸收分解有机物，有利于提高废水的处理效果。但如果基质的孔隙率过小，易加快基质的堵塞进程。因此选择合理的基质粒度对提高处理效果有较大的影响。在潜流人工湿地中，一般选用砾石和土壤作为填料，现在一些新型材料如钢渣，粉煤灰和陶瓷等亦得到了广泛的应用。比较了几种新型填料对堵塞问题的影响，发现了与砾石相比钢渣、陶粒、沸石和蛭石不易发生堵塞。山东大学靖玉明等人研究了潜流人工湿地系统处理污染河水长期运行过程中的填料堵塞问题。当水力负荷为0.15 m3/(m2/d)，湿地单元长为15m时该系统在进水端0~5m处孔隙率减少最多，长时间运行可能发生堵塞。所以应该在湿地的进水端放置孔隙率稍大的基质来防止填料堵塞。
另外填料的配级也可以有效的改善填料的堵塞问题。莫凤銮等人研究发现基质（细沙）粒度为0~4mm，厚度为600mm的潜流人工湿地在运行后不久发生了堵塞现象。将基质更换为粒度4~8mm（厚度为250mm）和8~16 mm（厚度350mm）两种之后，解决了之前的堵塞问题。
一、潜流人工湿地的堵塞机理的研究
潜流人工湿地的堵塞问题主要由于物理、化学和生物三方面的作用而形成。物理方面主要是较大悬浮物颗粒物的沉积作用。如果湿地中基质耐水性团粒有较低的稳定度和强度，那么在长期浸水的情况下团粒会发生膨胀崩解而变成细微的粘土粒子，且在渗水作用下不断向下移动形成致密的不透水层，沉积在基质中最终导致堵塞。
化学方面主要是吸附和沉淀会造成人工湿地的堵塞。物理化学吸附作用在去除金属、含烃及含氮磷化合物的同时，会在基质的表面形成的吸附膜层，由于介质吸附能力的限制，该层吸附膜并不是很厚，对堵塞的影响有限。但在此基础上金属氢氧化物、硫化物、碳酸钙的沉淀会加厚基质表面的覆盖层。同时湿地环境中生物间的相互作用会强化这种化学转化，最终造成人工湿地的堵塞。李雪娟等人指出当基质中有较多Ca2+时，如果进水中含有大量置换能力强的H+、Na+等阳离子，这些离子会与Ca2+发生置换反应生成的难溶性物质会造成基质堵塞。
生物方面主要是当污水的有机负荷较高时，为微生物提供较丰富的营养，此时微生物大量繁殖，湿地中多数的微生物会分泌胞外多聚物。这种胞外多聚物会在基质的孔隙中形成一层抗渗层，严重时就会出现雍水。湿地中硫还原细菌，产甲烷菌以及生物脱氮作用时产生的气体所形成的包气带也可能是造成堵塞的原因之一。植物衰落的残留物和根系及根系分泌物的脱落都会导致系统中有机物累积量的增加，使基质发生堵塞现象。
（三）植物
植物对堵塞问题的影响尚不明确，有人说植物的根系能增加基质的渗透性，也有人说植物根系的分泌物造成了基质的堵塞。
所以在选择植物的同时既要考虑植物对系统渗透性能的影响，又要考虑净化效果、美化功能等因素。可考虑选用根系复氧能力强、分泌难降解物质较少的植物。定期对地面上的植物进行收割，以减少对基质的阻塞作用。
（四）人工湿地运行
人工湿地的运行包括合理配水，间歇运行。废水投配是否均匀合理会影响基质的堵塞问题。叶建锋等人在研究潜流人工湿地堵塞物积累规律时发现，垂直潜流人工湿地在布水口周围容易首先出现堵塞现象。因此最大范围的平均投配废水可以缓解这种形式的湿地堵塞。
人工湿地受堵塞后，国外通行的做法是让床体经过几个星期的停床休整来回复部分的渗透性，现在国内的一些湿地采用了间歇运行的方式来增加湿地内部的含氧量和微生物新陈代谢需要的各种营养物质，从而加快有机物的降解。如果采用间歇运行方式需要建造多个平行湿地，会增加人工湿地系统的投资费用。
三、结语
潜流人工湿地系统具有高效率、低运转费、处理量灵活、低能耗、处理效果好，干净卫生等优点，非常适合我国现在的国情，尤其适用北方广大农村地区和中小城镇地区的污水处理。目前基质堵塞问题是潜流湿地面临的最大挑战，治理堵塞问题的预防措施和恢复对策有很多，但往往治标不治本。这主要是因为造成潜流人工湿地堵塞的影响因素没有得到量化，因此在今后很长的一段时间里，基质堵塞问题将成为人工湿地污水处理技术研究的重点，希望在刚打环保工作者和一切社会力量的共同努力下，这项技术将会日趋成熟，造福于人类。
二、潜流人工湿地堵塞问题改善的研究
基于潜流人工湿地的堵塞问题，本文从前处理工艺，基质，植物，人工湿地运行等几方面来探讨解决基质堵塞问题。
（一）前处理工艺
潜流人工湿地在处理悬浮物含量较高的污水时，应在湿地处理
ＣＨＩＮＡ－ＡＳＥＡＮ ＥＸＰＯＳＴＩＴＩＯＮ
２２９