近年來,水體富營養化加劇,不僅造成藻類暴發,而且嚴重影響水質和安全。其中,氮,磷和有機物是引起水體富營養化的主要污染物。作為一種低成本,高效的生態處理技術,人工濕地適合修復富營養化的水體。具體來說,影響人工濕地凈化的主要因素包括:濕地類型和施工方法,水力工況以及碳和氧水平。
一、人工濕地凈化富營養化水體機理
首先,人工濕地中有機物的去除機理。人工濕地主要利用植物,微生物和基質之間的協同作用去除富營養化水體中的有機污染物。進入人工濕地的富營養化水中的有機污染物主要分為可溶性有機物和不溶性有機物。不溶性有機物可以通過人工濕地中植物和基質的截留和沉降來去除。可溶性有機物可以分解成小分子物質,并在濕地的交替好氧和厭氧環境中被去除。人工濕地的上層屬于好氧區域,有機物在好氧細菌的作用下分解為二氧化碳和水。底層屬于厭氧區,在厭氧菌發酵下,有機物分解為二氧化碳和甲烷。人工濕地還包含廣泛的微生物種群,可以去除水體中具有復雜成分的難降解有機污染物。
第二,人工濕地的脫氮機理。人工濕地修復富營養化水中氮污染的主要機制包括植物吸收,基質吸附和微生物硝化-反硝化。微生物硝化-反硝化是人工濕地中最重要的反硝化機理。硝化作用是在有氧條件下,通過亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌的作用將氨氮轉化為硝酸鹽,其主要的限制因素是溶解氧(DO)含量。一般來說,該作用轉化為氮或氮氧化物,但是會受到碳源的影響。
第三,人工濕地中磷的去除機理。人工濕地主要通過物理,生物和化學作用從水體中去除磷。其物理作用是在磷自身沉降或被基質吸附后去除磷,而發揮出更大功效的是其生物學功能:一方面,植物吸收水中的無機磷并將其轉化為有機成分,例如三磷酸腺苷(ATP),脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)以便自身生長;另一方面,微生物吸收并吸收了一部分磷,因此除磷微生物的活性和分布密度是處理濕地磷污染的重要參數。化學作用是在通過化學反應形成沉淀后將磷去除,pH是影響磷沉淀的重要因素。此外,定期清潔或更換基質以及在濕地收獲植物也將有助于提高濕地除磷效率。
二、人工濕地凈化的影響因素
單級人工濕地很難同時有效地去除富營養化水體中的多種污染物。雖然復合人工濕地具有良好的去污效率,但存在面積大的問題。新建濕地有望提高污染物去除率并減少占地面積。另外,濕地中碳和氧的缺乏限制了其去污效率。改變現有人工濕地的設計和結構(例如增加擋板或配置多層底物)會增加濕地的氧氣含量;同時開發和應用新型復合材料基質或天然植物的碳源等,可以有效補充濕地的碳源含量。因此,可以根據處理后的污水中污染物的特性改變濕地的結構,以增強濕地的運行和凈化的能源效率。
人工濕地的運行和凈化效率也會受到溫度和季節變化的影響。特別是在秋冬季節和低溫條件下,將極大地影響植物和微生物的生長,從而影響濕地對富營養化水體的有效處理。解決溫度影響的主要措施是:在人工濕地前增加預處理以減少污染物負荷,或對人工濕地采取保溫措施,可明顯提高處理效果。但是對于北部地區,如果污染物去除率達到理想水平,則可以考慮采用新的基質,植物分級和微生物強化技術,以進一步降低溫度對人工濕地的影響。