人工湿地强化复氧技术研究现状及设计构想

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇人工湿地强化复氧技术研究现状及设计构想范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：指出了改善人工湿地复氧能力以提高湿地处理能力的研究包括选用利于复氧的植物和填料、跌水曝气、进水端机械曝气、间歇式运行等，采取这些措施时，必须结合湿地规模、场地条件、卫生条件要求等实际情况。提出了一种基于间歇式运行的改良小型人工湿地设计构想，为该类型人工湿地强化复氧提供了设计思路。

关键词：人工湿地；溶解氧；复氧技术

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：16749944（2014）01015304

1引言

人工湿地系统中的氧主要被消耗用于有机物和氮等营养物质的生物降解，而作为湿地氧来源的植物根系泌氧及大气表面复氧所产生的少量氧气相对于城市污水在实际负荷下所需的氧气量来说是微不足道的[1]。常规的人工湿地处理系统仍主要为厌氧反应系统，这使得湿地对有机物的去除较为依赖缺氧和厌氧生化反应，处理效率较低；湿地除磷主要依赖基质吸附沉淀作用，随着植物衰败和基质吸附饱和，湿地除磷效果将逐渐丧失；常规人工湿地脱氮效率普遍在50%～65%之间[2]，何连生，刘鸿亮等[3]研究认为在有机物丰富的潜流湿地中，硝化菌竞争氧气能力较弱，按照全程硝化化学计量学得到的硝化需氧量（NOD）高于实际的表面复氧和植物根系放氧，通过湿地表面复氧和根区放氧不能完整地硝化反硝化。

在污水生物处理中，利用溶解氧的生化反应是效率最高的反应过程，并能产生矿化终端产物，因此，形成好氧环境是提高污水生物处理系统处理能效的重要途径，如何通过改善人工湿地中的溶解氧含量及分布以提高湿地处理效率逐渐受到关注。

2人工湿地工艺条件对湿地氧环境的影响

大气表面复氧、挺水植物根系氧传输和进水溶氧是湿地中溶解氧的主要来源。多数研究显示，大气表面复氧强度在0.5～1g/（m2・d）范围，植物根系氧传输强度在0～3g/（m2・d）范围[4]。从人工湿地工艺运行条件角度分析，影响湿地氧环境的主要影响因素包括植物种类、填料表面性能、水力流态等。

2.1植物种类

不同种类植物的根系氧传输能力有所不同，鄢璐，王世和等人[5]研究比较了五种植物湿地供氧能力和稳定性，供氧能力顺序为芦苇>美人蕉>茶花>富贵竹>空心菜。研究表明，湿地植物的生长状况及其光合作用

收稿日期：20131129

作者简介：惠斌（1988―），男，陕西渭南人，南京工业大学环境学院硕士研究生。

强度对于湿地DO分布影响显著，随着植物净光合作用速率的增加，DO增加，但污水中污染物降解又消耗了植物光合作用产生的氧，引起DO水平下降。因此，选择生长旺盛、根系发达和光合作用较强的湿地植物，适当降低污水的负荷，可以改善湿地溶解氧条件。

2.2基质填料

填料物理性质的不同，尤其是孔隙率和表面性质的不同将直接影响其复氧效果，孔隙率大、比表面积大的多孔状填料具有一定的可选性。

高常飞等[6]通过人工强化生态滤床特性研究可知，火山岩和砾石2种滤料溶氧扩散能力区别较大，利用效率存在明显差异，比表面积较大的滤料（火山岩）溶氧扩散明显能力较高。

2.3水力流态

对于潜流人工湿地，在进水溶氧浓度相同时，垂直流人工湿地的氧环境优于水平流人工湿地，垂直流人工湿地独特的结构设计和水力流态使其更有利于湿地内部的供氧，创造出较好的氧环境，提高各项污染物的去除效果。

2.4水力停留时间

湿地停留时间过短时，水力负荷较高，湿地进出水容易发生短路，好氧反应不能完全进行，氧的消耗较少，故湿地溶解氧较高。停留时间过长时，易造成大量“死水区”，处理效果变差，同时由于有机物负荷较低，氧消耗速率较慢，加之植物输氧和表明复氧效果，湿地溶解氧浓度有所提高，最佳停留时间对应溶解氧最低值。

3强化复氧技术

常规污水处理技术通常借助高能耗来控制反应器内溶解氧浓度，而对于低能耗甚至无能耗的生态处理技术而言，大型曝气机械的使用是不现实的。因此，如何因地制宜地控制生态处理系统中的溶解氧浓度，保证出水水质，是生态处理系统设计中的一个重要和关键的问题。目前，基于改善湿地溶解氧水平的人工湿地强化处理技术研究主要分为控制运行条件、改变水力流态、强化供氧等。本文对目前几种高效的湿地强化复氧方式研究进展进行总结和分析。

3.1间歇式运行

聂志丹等[7]研究采用间歇运行方式使人工湿地复氧能力提高了51.1%，对TN和NH+4-N的去除率分别提高了28.6%和51.5%。MichalGreen[8]通过研究发现，在人工湿地系统连续运行1～2d后，将其中的污水排干并闲置2～8d可以提高硝化效果；崔玉波等[9]采用进水12h、排水12h（HRT=1d）的间歇运行方式，使两级人工湿地对氨氮的去除率提高至99%；彭举威等[10]采用进水6h、排水6h（HRT=2d）的间歇进、出水方式，提高了湿地系统对COD的处理效能；尹军等[11]采用进水12h、出水12h（HRT=4d）的间歇进、出水方式，提高了湿地系统对氨氮的处理效能。

王晟、徐祖信[12]等人通过湿地静态（中高低）浸润线运行和动态浸润线运行对比结果表明，根据浸润线动态设计原理发明的序批式潜流人工湿地污水处理工艺（CBSW）能够实现了单级湿地内好氧/缺氧环境的交替出现，提高了脱氮能力，除污综合效果理想。

张帅[13]研究了潮汐式运行人工湿地对高浓度农村生活污水的处理效果，认为潮汐式复氧方式均能明显提高人工湿地系统对农村生活污水的处理效果，明显改善微生物硝化、反硝化、生物吸收等作用，有效地提高了人工湿地对COD、氮、磷的去除性能。

近年来，欧洲建设了一些间歇式非饱和潜流人工湿地系统，大多数用于三级处理，运行结果表明，间歇式潜流人工湿地（潮汐流人工湿地）的进水负荷约为传统潜流人工湿地的2倍。

笔者在总结人工湿地强化复氧技术研究成果的基础上，提出了一种强化通气结构设计构想，适用于间歇式或潮汐流运行的小型人工湿地系统，为该类型人工湿地强化复氧提供设计思路。

参考文献：

[1] RonaldDDelaune，RezaPezeshki.Effectsofsoiloxidation-reductionconditionsoninternaloxygentransport，rootaeration，andgrowthofwetlandplants[C]//pcs.Proceeding sofa Conference on Sustainability of Wetlandsand Water Resources.USA： UniversityofMississippi，2000.

[2] 王世和.人工湿地污水处理理论与技术[M].北京：科学技术出版社，2007.

[3] 何连生，刘鸿亮.人工湿地氮转化与氧关系研究[J].环境科学，2006，27（6）：1083～1087.

[4] 李文奇，曾平，孙东亚编译.人工湿地处理污水技术[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

[5] 鄢璐，王世和.人工湿地氧状态影响因素研究[J].水处理技术，2007，33（1）：31～34.

[6] 高常飞.人工强化生态滤床对北方生活污水净化效果的研究[J].安徽农业科学，2012，40（15）：8670～8672.

[7] 聂志丹.富营养化水体人工湿地净化技术与底部复氧生境改善技术研究[D].北京：中国环境科学研究院，2007.

[8] Michal Green.Investigation of alternativemethod for nitrification in constructed wetlands[J].Water Science and Technology，1997，35（5）：63～70.

[9] 崔玉波，尹军.间歇流人工湿地中COD、NH+4-N动态变化特征[J].环境工程，2003，21（3）：62～64.

[10] 彭举威，崔玉波.间歇流人工湿地处理啤酒废水的特性[J].吉林建筑工程学院学报，2004，21（3）：4～6.

[11] 尹军，崔玉波，韩相奎，等.潜流人工湿地对污染物的降解特性[J].中国给水排水，2004，20（6）：47～49.

[12] 王晟，徐祖信，李怀正.潜流湿地处理生活污水时的强化方法[J].环境科学，2006，27（12）：2432～2438.

[13] 张帅.强化复氧人工湿地对农村生活污水的处理研究[D].杭州：浙江大学环境与资源学院，2011.

[14] 肖海文，邓荣森.溶解氧对人工湿地处理受污染城市河流水体效果的影响[J].环境科学，2006，27（12）：2426～2431.

[15] Ye Fenxia，Li Ying.Enhancement of nitrogen removalintoweryhyb ridconstructedwetlandtotreatdomesticwastewaterforsmallruralco mmunities[J].Ecological Engineering，2009，35（7）：1043～1050.

[16] 曹凤中，戴天有.地表水污染及其控制[M].北京：中国环境科学出版社，1993.

[17] 孙亚兵，冯景伟，田园春，等，自动增氧型潜流人工湿地处理农村生活污水的研究[J].环境科学学报，2006，26（3）：404～408.

[18] ClaudianeOuellet-Plamondon，FlorentChazarenc，Yves Comeau，etal.ArtificialaerationtoincreasePollutantRemovalefficie ncyofconstructedwetlandsincoldclimate[J].Ecological Engineering，2006（27）：258～264.

[20] NivalaJ，HoosMB，CrossC，etal.Treatment of landfill leachate using an aerated，horizontal subsurface-flow constructed wetland [J].Science of the Total Environment，2007（380）：19～27.

[21] Ouelle-tPlamondonC，ChazarencF，ComeauY，etal.Artificial aeration to increase pollutant removal efficiency of constructed wetlands in cold climate [J].Ecological Engineering，2006（27）：258～264.

[22] LahavO，Eyalartzi，TarreS，etal.Ammonium removal using a novel unsaturated flow biological filter with passive aeration [J].Water Research，2001（35）：397～404.

[23] 鄢璐，王世和，钟秋爽，等.强化供氧条件下潜流型人工湿地运行特性[J].环境科学，2007，28（4）：736～741.

[24] 中华人民共和国建设部.GB/T18920-2002.城市污水再生利用城市杂用水水质标准[S].北京：中华人民共和国建设部，2002.

[25] 中华人民共和国建设部.DGJ32/TJ112-2010.人工湿地污水处理技术规程[S].北京：中华人民共和国建设部，2010.

[26] 中华人民共和国建设部.HJ2005-2010.人工湿地污水处理工程技术规范[S].北京：中华人民共和国建设部，2010.