湿地废水处理技术

利用人工湿地污水处理系统对湿地废水进行处理的技术。人工湿地污水处理系统的类型，按照工程设计和水体流态的差异，可分为表面流湿地、水平潜流湿地和垂直流湿地三种主要类型，各类型在运行、控制等方面的诸多特征存在着一定的差异。表面流湿地不需要砂砾等物质作填料，造价较低，但水力负荷较低，该类型在美国、加拿大、新西兰、瑞典等国有较多分布。水平潜流湿地的保湿性较好，对有机物和重金属等去除效果好，受季节影响小，在欧洲、日本应用较多。垂直流湿地综合了前两者的特点，但其建造要求较高，尚未广泛使用。早期的人工湿地主要用于处理城市生活污水或二级污水处理厂出水，已被国内外许多学者或工程技术人员，经过工艺改进或与其他系统进行组合后用于农业面源污染、城市或公路径流等非点源污染的治理。发达国家已经将重点转移到利用人工湿地处理特殊工业废水方面。将人工湿地用于处理特殊工业废水，是人工湿地未来发展的一个新特点和趋向。
湿地废水处理的发展过程。1953年，德国MaxPlanck研究所的Kathe Seidel博士在研究中发现，芦苇能够去除污水中大量的有机和无机物质，随后开发出Max-Planck Institute Process系统。1977年由Kickuth提出了 “根区法”，采用栽种芦苇的水平潜流湿地使有机物降解，硝化、反硝化去除氮，沉淀去除磷，标志着人工湿地污水处理机理的初步萌芽。与此同时，美国的国家空间技术实验室研究开发了 “厌氧微生物和芦苇处理污水” 复合系统。此后，人工湿地处理污水技术不断完善，并于20世纪80-90年代在欧洲、美国、加拿大、日本等地得到了广泛的应用。
人工湿地污染物的去除机理。人工湿地污染物的去除机理研究仍处于起步阶段，人工湿地污水处理普遍认同的机理是硝化、反硝化去除氮，沉淀去除磷的概括性描述，进一步研究难度很大，因为涉及生物、物理、化学等多个学科，而且难以从微观角度定量化。去除机理主要包括微生物、植物、土壤对污染物的去除机理。人工湿地有机物降解的基础机制是微生物的硝化和反硝化活动，丰富的微生物资源为湿地污水处理系统提供了足够的分解者。湿地植物对氮的去除主要通过氨的挥发作用、NH⁺₄的阳离子交换作用、吸收、硝化和反硝化作用等途径。湿地植物对磷化物的处理除作为营养成分吸收外，还可以通过在苗床基质中的吸附、络合和沉淀反应来去除。湿地土壤对有毒物质的净化机理，主要通过沉淀作用、吸附与吸收作用、离子交换作用、氧化还原作用和代谢分解作用等途径实现。
湿地废水处理的效率。对有机物的去除效率，在进水浓度较低的情况下，人工湿地对BOD₅的去除率可达85%—95%，对COD的去除率可达80%，处理出水BOD₅的浓度在10毫克/升左右，SS小于20毫克/升；对氮的去除效率，无机氮可以被人工湿地中的植物吸收，合成植物蛋白质，植物的收割对湿地系统除氮有直接贡献，但这一部分氮仅占总氮量的8%—16%。微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除中起着重要作用。提高氮的去除率最重要的是提高湿地系统中的硝化作用强度。对磷的去除效率，在人工湿地中磷主要是通过基质的吸附、络合及与钙，铝，铁和土壤颗粒的沉淀反应及泥炭累积、植物的吸收、微生物去除等作用而去除。人工湿地对各种类型污水中的总磷的去除率为47.0%—97.2%。