目前國內生活污水處理普遍采用的工藝有氧化溝法、SBR法、A2/O法等,但投資費用十分高昂。對于經濟不夠發達的地區,尤其是沒有污水處理設施的城鎮,需要一種效果好且費用低的處理技術新工藝。人工濕地是剛剛起步起的處理污水的方式,并在歐洲得到廣泛的應用。它的原理主要是利用濕地中各種元素之間的相互作用,通過各種途徑來凈化污水。
水生濕地環境
種植植物是改善人工濕地的重要方法,通過植物不但可以去除污染物,還能綠化土地,提高生態環境的良性循環。
人工濕地植物的作用
(1)吸收作用
水生植物從污水中吸收氮類、磷類等營養物質。植物提取污水中氨氮,有機氮、無機磷在轉化為ATP、DNA和PNA等有機成分,通過植物的收割而從系統中去除。研究寬葉香蒲人工濕地發現,植物不同組織器官對營養元素吸收能力不同,鉀元素在植物地下莖及嫩葉中含量相當高。
植物還能吸附金屬鉛、鎘、汞、砷等有害類物質。重金屬在一般植物中的積累量為0.1~100μg/g。植物去除作用還表現使根區氧含量增加,促進污水重金屬的氧化和沉降。植物對有機污染物吸收通過協同作用完成。
(2)輸氧作用
有科學家提出濕地凈化污水的根區法理論,認為通過濕地的污水,在植物根區這一特殊的生態環境下,植物根系可對污水中的營養物質進行營養物質降解、轉化。這種理論促進濕地科學繼續推進研究。
濕地中生長的蘆葦、香蒲等濕生植物的根系有強大的輸氧功能,將空氣中的氧氣通過植物體的疏導組織直接輸送到根部。在整個濕地低溶氧的環境下,濕地植物的根區附近能形成局部富氧區域,利于好氧菌的生長代謝。因此,種植于濕地的植物,除了必須適應當地生境,有較長生長期外,還需要生長快速,根莖發達,有較大的地下生物量。
對于人工濕地處理系統來說,能否達到預期的處理效果,1個重要因素就是能否使基質中保持充足的氧分。由于生長在濕地中的挺水植物對氧的運輸、釋放和擴散作用,將空氣中的氧轉運到根部,再經過植物根部的擴散,在植物根區周圍的微環境中依次出現好氧區、兼氧區和厭氧區,有利于硝化、反硝化反應和微生物對磷的過量積累作用,達到去除氮和磷的效果。
(3)濕地植物的其他作用
濕地植物在人工濕地系統中除了具有上述的幾個主要作用外,還具有另外一些作用:
①植物的光合作用可以為凈化作用提供能量來源,可以減少能源的消耗;
②由于資源競爭的結果,種植適宜的植物還可以抑制雜草的生長,植物及其枯枝敗葉層形成了1個自然生物過濾器,有助于控制臭味。冬季枯枝落葉還可以形成一層天然的保溫層,有助于地下的基質免受霜凍;
③植物根系可以形成1個天然的過濾器,有助于水中懸浮物的截留,并可以防止系統堵塞;
④植物通過吸收同化污水中的營養物質轉化為自身的生物量,再通過定期收割植物,從而去除廢水中的營養元素,并且回收的植物還可以用作造紙原料、編織材料、牲畜的飼料或燃料等,實現了能源的回收利用,具有良好的經濟效益。另外,有些濕地植物還可作為水體所受污染程度的指示物。
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