人工湿地堵塞问题的探讨
浅析人工湿地基质堵塞影响因素及防治措施
浅析人工湿地基质堵塞影响因素及防治措施【摘要】湿地基质堵塞是当前人工湿地处理系统使用中较常见的一类问题，会明显缩短人工湿地的设计使用寿命并造成对水污染物的去除与效率降低。
本文简要阐述了人工湿地基质堵塞问题，并提出应对之策，为人工湿地工程实践提供一定的参考。
【关键词】人工湿地；基质；堵塞；防治措施一、人工湿地的定义人工湿地技术是20世纪的70年代初发展完善起来应用的另一种污水处理技术。
人工湿地其本质是人为塑造的一种仿自然生态系统，是人为的通过一定的技术手段对自然湿地的结构和功能进行仿照和模拟，将低污染水投配到由基质填料与各类水生植物、动物和微生物等组成的生态复合体中，通过物理化学生物作用，实现水质净化改善的仿自然生态景观工程。
二、人工湿地基质堵塞成因人工湿地基质堵塞问题的发生原因，从我国有关试验研究成果及一些工程实例情况来看，是由诸多因素所共同起作用导致，大致来说可分为以下的这个三个影响方面：一是因人工湿地前端水质预处理设施工作不到位，污染水体负荷量过大，污染物留存在人工基质系统内造成堵塞；二是人工湿地进水有机负荷过高，有机物不能有效降解造成有机质积累引起基质堵塞；三是基质选择不合理，基质粒径及级配搭配不合理，基质机械强度及稳定性不佳，基质比表面积及孔隙率降低造成堵塞。
三、人工湿地基质堵塞的影响因素按照堵塞发生的可能原因，大体可概括为以下3个方面：(1)湿地微生物繁殖堆积造成堵塞。
随着人工湿地的运行，湿地环境中的氧分含量与无机营养物质含量就会开始逐渐地减少，湿地植被群落中大量滋生着的各类微生物随之大量快速繁殖，再加上地面各种植物根部腐烂形成大量腐殖质，若湿地维护和处理工作不当，很容易产生大面积湿地的淤积、阻塞现象。
(2)人工湿地中植物造成的堵塞。
植物残体碎屑及其他藻类分泌物等都是形成人工湿地有机质中重要的矿物来源。
据有关工程经验数据调查表明，人工湿地近三层湿地孔隙的堵塞问题源于湿地植物上腐烂下来的部分残根体及腐烂植物地下茎堆积，近七层的湿地孔隙堵塞现象是由于湿地进水及腐烂的植物在地上形成部分残体堆积进而导致形成新的水生有机物大量积累。
人工湿地堵塞机理与解决方案
收稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ５ — ０ １ ； 修订 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ８ — １ ２ 。 作 者简 介 ： 卓勇 ， 男， １ ９ ９ ０年生 ， 硕士研究生在读 ， 主要研究方 向为工程与环境水文地质。 通讯作者 ： 吴勇 ， 男， １ ９ ６ ６年生 ， 教授 ， 博士 ， 主要从 事水 文地质环境地质研究 ， Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｙ ｗ ｕ ＠ ｃ ｄ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｅ ｌ ｌ 。 基金项 目： 四川省科 技计 划项 目（ ２ ０ １ ３ Ｈ Ｈ ０ ０ ４ １ ） 。
低、 简便 、 出水水质稳定等特点。人工湿地在有效处 理 污水 的同时也 创造 了生态 景 观 ，带 来 一定 的环 境 和经济效益 。 但如果人工湿地运行时间过长 ， 设计或 管理不当， 易造成湿地基质堵塞。 美 国环境保护署对 １ ０ ０ 多个人工湿地调查后发 现 ，有将近一半的湿地在投入使用后的 ５年内造成 堵塞…。 堵塞后基质的有效孔隙减少 ， 渗透系数及过 水能力下降 ， 污水大量雍积在湿地表面 ， 阻隔氧气向 基质层内扩散 ，导致好氧微生物活性降低且数量减 少， 降低湿地对污染物 的去除效果。 长期堵塞使得运 行环境恶化 ， 出水水质达不到设计标准， 还会缩短人 工湿地的运行寿命。堵塞问题越来越成为人工湿地 应用和推广的障碍 ， 弄清人工湿地的堵塞机理 ， 探究 相 应解 决方 案显 得 十分必 要且 迫切 。
２ 堵 塞 机 理
国内外并没有统一判断人工湿地堵塞的标准， 普
胶体 ， 形成了大粒径的絮团状累积物， 有机物和无 炯别 机物的共 同积 累， 加速孔 隙的堵塞 。 在各因素 的综合作用下 ， 基质孔 隙最终被完全堵塞 ， 此时形 成的堵塞很难通过干化处理等操 作消除 ，是一种 永久性的堵塞 ［ ０ ］
人工湿地堵塞修复工程方案
人工湿地堵塞修复工程方案一、背景介绍人工湿地是一种通过人工建设和管理，模拟自然湿地功能的人工生态系统。
它具有净化水质、保护生物多样性、调节气候等重要功能。
然而，由于人为因素和自然因素的影响，人工湿地在长期使用过程中可能会出现堵塞的情况，导致水质下降、生态环境恶化等问题。
因此，对人工湿地进行堵塞修复工程尤为重要。
二、问题分析针对人工湿地堵塞问题，首先需要对其堵塞原因进行分析。
一般来说，人工湿地堵塞的原因主要包括以下几个方面：1. 沉积物堆积：由于长期水质和底质的堆积，导致湿地植被受损和水流受阻，进而出现堵塞现象。
2. 植被生长过密：湿地中的植被生长过密可能导致水流通道受阻，影响湿地的正常运行。
3. 湿地结构损坏：湿地结构损坏造成水流不畅，进而导致堵塞。
4. 设施老化：湿地设施老化、损坏也是堵塞的原因之一。
综上所述，堵塞修复工程需要从清理沉积物、修剪植被、修复结构和替换设施等方面进行综合处理。
三、堵塞修复工程方案1. 调查评估首先，对人工湿地的现状进行全面调查评估，包括水流状况、植被状况、结构状况等。
通过调查评估，确定堵塞的具体位置、原因和程度，为后续工程方案的制定提供依据。
2. 沉积物清理针对沉积物堆积导致的堵塞问题，需要对沉积物进行清理。
清理工作需要注意保护湿地植被和生物，采取适当的方式和工具进行清理。
3. 植被修剪对于植被生长过密导致的堵塞问题，需要对植被进行适当的修剪。
修剪工作需要根据湿地植被的生长情况和种类采取不同的方法和时机，注意保护植被的健康和生长。
4. 结构修复对于湿地结构损坏导致的堵塞问题，需要进行相应的修复工作。
修复工作包括修补漏水、加固结构等，保证湿地的正常运行。
5. 设施替换对于老化、损坏的设施，需要进行及时的替换工作。
替换工作需要选择适当的设施，确保湿地设施的正常运行和使用。
6. 生态修复在堵塞修复工程过程中，需要重视生态保护和修复工作。
包括保护和恢复湿地的植被、动物和微生物，保持湿地的生态平衡和功能有效性。
人工湿地堵塞修复措施
人工湿地堵塞修复措施概述人工湿地是一种通过模拟自然湿地生态系统的特征和功能来提供水资源管理和污染控制的工程结构。
它们可以起到净化水质、保护生态系统和改善水文循环等作用。
然而，由于多种原因，人工湿地可能会遭受堵塞的问题，而堵塞会降低湿地的处理效果并导致其他环境问题。
本文将介绍一些常见的人工湿地堵塞修复措施。
堵塞原因人工湿地的堵塞可能由多种因素引起，主要包括以下几个方面：1.植被遮挡：植物在湿地中生长繁茂，随着时间的推移，可能会形成厚厚的植被覆盖层，阻塞水流通道。
2.沉积物沉淀：湿地中的沉积物包括泥沙、悬浮物质和有机物，它们会逐渐沉积在湿地底部和侧壁上，阻塞水流。
3.生物遗骸：湿地生态系统中的生物死亡后遗留下来的遗骸也可能堵塞湿地。
4.水生植物过度生长：某些水生植物如藻类等生长迅速，过度生长时容易引起堵塞问题。
修复措施以下是一些常用的人工湿地堵塞修复措施：1. 植物修剪和清除定期修剪和清除过度生长的植被可以防止湿地的堵塞。
对于生长繁茂的植被，可以使用专门的工具进行修剪。
修剪后的植物可以进一步利用，如作为肥料或动物饲料。
2. 沉积物清理定期清理湿地中的沉积物是防止堵塞的关键措施。
可以使用槽式挖掘机等工具将湿地底部和湿地边缘的沉积物清理干净。
清理后的沉积物可以进行处理，如利用其作为肥料或填埋处理。
3. 生物遗骸处理处理湿地中的生物遗骸是防止堵塞的重要步骤。
可以使用专业的生物遗骸处理装置将遗骸进行分解和处理。
处理后的产物可以进行回收利用，如用作有机肥料。
4. 水生植物管理水生植物过度生长是堵塞湿地的常见原因之一。
定期进行水生植物的管理和控制是防止堵塞的关键。
可以采取物理或化学方法对水生植物进行控制，如修剪、割除或使用适量的除草剂进行处理。
5. 定期保养和巡视定期保养和巡视人工湿地是防止堵塞的最为有效的措施之一。
通过定期检查湿地状况，及时发现和解决堵塞问题，可以最大程度地减少堵塞对湿地的影响。
结论人工湿地的堵塞问题会影响其正常的水质净化和生态系统功能。
人工湿地运行分析与探讨
人工湿地运行分析与探讨摘要：玉溪市星云湖抚仙湖出流改道工程人工湿地已运行近10年，为了解和研究人工湿地运行效果，通过湿地的净化能力的监测，分析湿地现状存在的问题，为下一步人工湿地运行维护提供指导性意见，切实解决好存在的问题，为发挥其工程效率奠定基础。
关键词：人工湿地；运行；探讨1.基本概况玉溪市星云湖抚仙湖出流改道工作人工湿地位于江川区九溪镇（以下简称“九溪人工湿地”），于2006年建成并投入试运行，它的工程任务是将星云湖水处理达到地表水Ⅲ类后进入东风水库，补充玉溪市中心城区水资源，设计规模1.16m3/s，日处理能力10万m3，占地面积174.35亩。
1.1九溪人工湿地设计流程图人工湿地及砂滤池的运行水位控制在1.5m，一级生物塘水深不低于2.0m，二级生物塘的运行水位控制在2.0m。
1.2应急处理池设计为并联4个矩型水池，共4100m2，水深2.0m，池内种植凤眼莲等植物，主要处理在星云湖水华暴发时吸附藻类，其次沉淀星云湖水在暴雨时产生的泥沙。
1.3一级植物塘面积为3.38万m2，分成4组并联子系统，每组之间根据现有地势分别有0.45～0.5m的落差，每级子系统分成5格，采用“下─上─下”进水方式，塘内水深2.0m。
1.4人工湿地处理系统占地面积7.38万m2，由处理系统4个组成，含18个子系统。
各子系统流程：第一级植物碎石床第二级植物碎石床第二级水生物塘第三级植物碎石床砂滤池。
进水布水方式：一、二、三级人工湿地碎石床进出水采用穿孔管布水，从上部进水，从下部出水；二级生物塘采用“下─上─下”进出水方式；砂滤池采用上进下出方式布水，在顶部设置进水管均匀布水。
工艺尺寸：第一级人工湿地碎石床35m×36m×1.5m，内填人工碎石；第二级人工湿地碎石床35m×35m×1.5m，内填人工碎石；第二级植物塘35m×32m×2.0m；第三级人工湿地碎石床35m×53m×1.5m，内填人工碎石；砂滤池35m×18.5m×1.5m，内填天然粗砂。
潜流人工湿地堵塞原因与对策
潜 流人 工 湿 地 是指 由人 工 设计 建造 、 内部 填 充基 流经 人 ｌ Ｔ湿地 时 ， 悬 浮物 会 在 基质 和 植物 的阻 挡 巾沉
质、 可工 程化 运 行且 以净 化水 体 为 主要 功 能 的湿 地 系 降 、 过 滤Ｉ ３ Ｉ ， 而 胶 体 则 在 基 质架 桥 作 用 、 静 电 力 和 布 朗
统（ 以下简 称 人工 湿地 ） 。 该 系统 主要 依 靠 基质 的 吸附 力作 用下 加 剧 截 留和 黏 附 ． 并最 终 导致 基 质 孑 Ｌ 隙 率不 过滤 ． 植物 的吸 收 、 固定 、 转化 、 代 谢 以 及 微 生 物 的 分 断降 低 。
解、 利用… 来 去 除污 染物 。 ２ ） 生 物膜导 致渗 透 系数缩 小 ， 、
为堵塞 堵 塞是一个 物理 、 化学 、 生 物共 同作 用的结果Ｉ Ｉ ，
过程 。
人 湿 地 不合 理 的布 水 管 路 设 计 和 不 正 确 的 安 负荷 和 污染负荷 集 中。 其 中， 传统 的水平 潜流 人工湿地
在 构 造上 受 到 长宽 比和深 度 限制 ， 水 力负 荷 和污 染 负
１ 堵 塞 机 理 分 析
盐 离子 的去 除 ， 减缓 和修 复角 度 提 出对 策 ， 以期 为今 后 的 人工 湿 地设 学 吸附 和离子 交换 往往 伴 随着重 金 属 、 形 成 氢 氧化 物 、 硫化物 、 碳酸 钙 等 化学 沉积 ， 导 致 基质
板 结
人 工湿 地运 行 中 ， 如 出现非 人 为 涮控 原 冈导 致 的 ２ 人 工湿 地堵 塞 的影响 因素 表 面雍 水 、 恶臭 、 出 水水 质 严 重下 降 等现 象 ， 即可 判 断 ２ ． １ 布 水 方 式
水平潜流人工湿地堵塞问题的探讨与应对
污 水 —— Ｉ Ｄ ， ｌ 预处理 ｌ — — Ｉ ｔ ． １人工 湿地 ｌ— ． ． 排放或回 用
人 工湿 地 一般 由防渗 层 、 填料 基质 、 湿地 植 物组 成 ， 其 中 填料 基 质部 分 下 部 多 采用 单 层 或多 层 级 配 的碎 石 等 ， 顶 部 覆盖 有 约 ２ ０ ｃ ｍ 厚 的土 壤层 ， 总深 度 ６ ０ — １ ０ ０ ｃ ｍ 之 间 。常 见 的人 工湿 地 布水 系 统采 用 打孔 Ｐ Ｖ ｃ 管。
一
聚合的土壤， 避免土壤轻易下渗 。 ３ 、 ３常管 理加 强 维护 。湿 地植 物 应 根据 其 生长 周期 、 １ 气 候变 化 定 期收 割 栽种， 避免人工湿地杂草丛生的现象。 出水口宜设置为高度可调 ， 定期进行人 工 湿地 浸 没 水位 高 度 的调 节 ， 通 过 人 工湿 地 内 干湿 变化 ， 可 有 效 的促 进厌 氧，
质 的孔 隙率 ， 引起 人 工湿 地 系统 的堵 塞 。
１ 应 用现 状
１ ． １工 艺 特 征
３ 应对 措施
为了应对导致水平潜流人工湿地堵塞的以上因素 ， 在水平潜流人工湿地
的设 计建 设 与 运行 管理 中 ， 考虑 采取 以下 的应对 措施 ： １ 、 合 理 选择 填 料基 质 。填 料基 质 宜选 用统 一 粒径 ， 相 互之 间 粒径 不 能有 过大的差距 ， 保证 Ｌ 隙率的垂直分布均匀 ， 避免物理性因素的影响。 ２ 、施 工过 程 控制 表 土 。表 土层 所含 的 腐殖 质 是湿 地 植 物生 长 的重 要 保 障， 但 稀 疏 的土 壤 颗粒 也 非 常容 易 导 致 人 工湿 地 堵塞 的堵 塞 ， 在人 工 湿 地 填 料 基质 铺 设 中应 注 意逐 层 铺设 ， 保 证 孔 隙 率 的均 匀 稳 定 ， 选 择 表 土 时 宜选 用
人工湿地在应用中存在的问题及对策分析
人工湿地在应用中存在的问题及对策分析摘要:人工湿地是最近一些年来发展起来的，是一种对污水生态进行有效处理的工程技术，它把污水处理以及环境生态进行有效的结合，在对污水进行处理的过程中，也美化了环境，促进生态景观的创造，人工湿地在发展的过程中，不仅带来了一定的环境效益，还带来了一定的经济效益，并在生活污水处理、工业废水处理等方面得到了比较广泛的应用。
关键词:人工湿地，污水处理，应用主要问题：解决措施引言：所谓的人工湿地，就是指天然湿地发展的。
人工湿地通过对天然湿地的功能以及结构进行模拟，通过一定的地理位置以及地形，并且根据人们的需要设计出湿地生态系统。
人工湿地作为污水处理的一项新技术，对于污水处理主要是利用自然生态中的物理、化学及生物等三方面一同协调,进一步实现对污水的处理，使污水能够得到有效的改善，从而更好的实现污水生态化处理。
1.人工湿地污水处理人工湿地污水处理系统具有以下几个方面的特点，一是出水水质稳定；二是投资低；三是耗能低；四是抗冲击力强；五是操作简单；六是运行费用低等。
同时，它将污水处理和环境生态进行了有效的结合，创造了生态景观，带来了经济效益。
人工湿地自身所具有的优势，开始受到了人们的关注和重视，并被广泛应用于生活污水、工业废水、农业非点源污染、矿山及石油开采废水等处理中。
但也存在一些问题，本文主要针对人工湿地在应用中存在的一些问题进行研究，还提出了一些解决措施。
2.存在的问题正是人工湿地的特殊优势，才使得其在现实生活中被广泛的应用中。
但在应用的同时也存在着一些问题，例如受到气候以及建设用地等方面的影响，在很大程度上影响着对污水处理的效果，也影响着人工湿地的发展与推广。
2.1气候方面的影响人工湿地受气候影响相对比较大，由于季节的不断变化，人工湿地对污水处理的效果也会随之不断的发生变化。
在人工湿地中，一些植物、微生物对温度特别的敏感，这将会直接影响着湿地对污水处理的效果。
相关研究表明，水温低于十摄氏度时，人工湿地对污水处理的效果会明显降低。
人工湿地防堵塞管理
人工湿地防堵塞管理发布时间：2022-07-20T02:42:04.552Z 来源：《建筑实践》2022年3月第24卷第5期作者：唐胜文[导读] 随着人工湿地不断的推广与应用，堵塞是影响其应用效果的主要因素。
唐胜文合肥工大建设监理有限责任公司安徽合肥 230009摘要：随着人工湿地不断的推广与应用，堵塞是影响其应用效果的主要因素。
人工湿地因基质种类比较单一，只有土壤、砾石和沙等几种，如果管理不善，容易造成湿地的堵塞，过度的堵塞会导致湿地水力传导系数降低，处理效果下降，运行寿命缩短。
本文从人工湿地堵塞过程、堵塞机理、影响因素等几个方面进行分析，从而提出防堵塞防控具体措施。
关键词：湿地防堵塞管理一、人工湿地堵塞过程基质发生堵塞一般经历三个不同的阶段：第一阶段过滤速度呈迅速下降趋势，第二阶段为平衡状态，滤速以初始滤速的 10%的速度缓慢下降，此阶段直至过滤持续淹水并转为厌氧状态为止，随即进入第三阶段。
当土壤孔隙<10μm 时，水不能从中通过； 10-50μm 的孔隙，水可以缓慢通过；而>50μm 的孔隙，水可以正常通过。
因此>10μm 的孔隙占湿地总的孔隙体积的比率可称为有效孔隙率。
湿地堵塞的过程实质上就是有效孔隙率减少的过程。
淤堵后填料上层的渗透系数明显低于中下层，表明淤堵主要发生在填料的上层部分。
布水口周围容易先产生堵塞现象，堵塞层主要分布于距布水管下 10-20cm 处。
二、人工湿地堵塞机理堵塞机堵塞机理大体上可归结为物理、化学和生物三方面。
①物理方面：主要是悬浮颗粒物的沉积作用、淤堵层在水流作用下的机械压缩作用以及细小颗粒物随水迁移导致堵塞。
②化学方面：一方面影响基质孔隙几何形状及稳定性的因素很多，如基质中水相的电解质浓度、有机物组成、 pH、氧化还原电位以及固相的矿物成分、表面特性等，这些因素决定了基质的饱和水力传导系数。
另一方面一些空隙间的化学反应会产生沉淀或胶体，进而通过絮凝沉积作用导致堵塞。
人工湿地堵塞处理
人工湿地堵塞处理人工湿地是农村污水治理项目重要的组成部分之一。
湿地的堵塞容易引起过水不畅，久而久之甚至影响整个项目的运行。
影响人工湿地堵塞的因素虽多，力鼎环保通过众多项目的总结认为，解决堵塞问题还应从前期设计施工、中期运行管理、后期堵塞修复3个阶段进行。
农村污水处理项目一旦采用湿地，在建设初期就需要强化进水预处理，从而与减轻湿地系统负荷、延缓堵塞。
可采用增大孔隙率及预留排泥清淤通道、复氧通道、冲洗通道等措施进行预防。
此外新型的进水方式对于减少湿地问题也有一定的作用。
如：垂直潜流人工湿地可尝试由底部上行进水，以便于污染物沉积、生物膜脱落后排泥淸淤；水平潜流人工湿地可尝试改变长宽比限制，如采用鱼鳞状布水方式等。
不少村镇污水处理项目表明，有机颗粒和生物膜大虽繁殖是引发堵塞的常见问题。
此时可通过间歇运行来解决。
间歇运行可以使大气中的氧气进入湿地内部，缓解植物根系泌氧不足状况，提髙好氧微生物的活性，加快降解基质中沉积的有机物，预防人工湿地因胞外聚合物积累引发的堵塞。
当系统停止进水时，微生物新陈代谢所需要的各种营养物质得不到持续的补充，微生物的生长受到抑制。
当人工湿地完全堵塞时，很难通过间歇运行或轮作等操作手段加以消除。
基质堵塞和板结时，可以考虑利用上壤动物，例如蚯蚓、昆虫和其他衍生动物等进行人工湿地恢复。
其中蚯蚓是上壤中最常见的杂食性环节动物，可吞食有机上壤，在降低基质有机含量的同时还可提高基质孔隙率。
也可通过投加生物降解酶制剂来提高整个系统的净化效率。
生物降解酶制剂主要包括纤维素酶、蛋白酶、尿酶、过氧化氢酶等。
严重堵塞的人工湿地也可通过更换表层基质来达到改善堵塞、保持系统稳定运行的目的。
从人工湿地堵塞的角度分析英机理和影响因素，力鼎环保认为导致英堵塞的原因是综合性的，解决时需要分淸主次因素及所处阶段，并采取有针对性的描施因地制宜地加以解决。
以上村镇污水处理项目中人工湿地防堵对策，希望对您有所帮助。
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人工湿地堵塞问题的探讨朱 洁, 陈洪斌(同济大学环境科学与工程学院,上海200092) 摘 要: 近20年发展起来的人工湿地,作为一种对传统污水处理技术的廉价替代方案,越来越受到世界各国的普遍重视。
通过对人工湿地运行过程中出现的填料堵塞现象进行全面分析,归纳和总结了人工湿地堵塞的影响因素,对其堵塞机理和堵塞模型进行了探讨,提出了避免堵塞的工程化解决措施和湿地堵塞后的恢复方法。
关键词: 人工湿地; 填料; 堵塞; 机理; 修复中图分类号:X 703 文献标识码:B 文章编号:1000-4602(2009)06-0024-06D i s c u s s i o no n C o n s t r u c t e d We t l a n d s C l o g g i n gZ H UJ i e , C H E NH o n g -b i n(C o l l e g e o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200092,C h i n a ) A b s t r a c t : A s a l o w c o s t a l t e r n a t i v e t o t r a d i t i o n a l s e w a g e p u r i f i c a t i o n ,t h e t e c h n o l o g y o f c o n s t r u c t e d w e t l a n d s h a s b e e n d e v e l o p e di n r e c e n t 20y e a r s a n dm a n y c o u n t r i e s h a v e p a i dm u c h a t t e n t i o nt o i t .A c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s o f s o i l c l o g g i n g p h e n o m e n a i n t h e o p e r a t i o n o f c o n s t r u c t e d w e t l a n d s i s p e r f o r m e d ,a n d t h e f a c t o r s r e l a t e dt o s o i l c l o g g i n ga r e s u m m a r i z e d .T h e c l o g g i n g m e c h a n i s m s a n d m o d e l s a r ed i s -c u s s e d .S o m e s o l u t i o n s o f a v o i d i n g c l o g g i n g a n d m e t h o d s f o r r e m e d y i n g t h e c l o g g i n g a r e p u t f o r w a r d . K e y w o r d s : c o n s t r u c t e d w e t l a n d s ; c a r r i e r s ; c l o g g i n g ; m e c h a n i s m s ; r e m e d i a t i o n 基金项目:科技部国际合作课题资助(2007D F A 90280); 国家科技支撑计划项目(2006B A J 08B 06) 人工湿地是指人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统,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。
它一般由人工基质和生长在其中的水生植物(如芦苇、香蒲等)组成,是一个独特的生态系统。
据美国环保局对100多个运行中人工湿地的调查,有将近一半的湿地系统在投入使用后的5年内出现了堵塞问题,其水力传导系数降低,除污效果变差,运行寿命缩短[1]。
人工湿地的堵塞问题越来越成为其应用的障碍,弄清人工湿地堵塞的机理,探寻相应的解决措施和预防对策十分必要而迫切。
笔者从人工湿地堵塞机制和影响因素入手,总结了国内外在本领域的研究进展,提出了堵塞的解决措施和预防对策,以供借鉴和参考。
1 人工湿地的堵塞机制堵塞是所有高负荷污水过滤系统中常见的自然效应,其表现在两个方面:首先,堵塞层是一个很好的生物过滤器,能提高湿地系统的处理效率,适度的基质孔隙堵塞可以扩大湿地处理系统内部的非饱和流动区域,提高处理效果;其次,堵塞会使湿地的水力性能变差,从而影响水流路径,最终影响到湿地的处理效果和运行寿命[1～3]。
人工湿地一般由防渗层、基质层、腐质层和湿地植物等结构单元组成,其堵塞实质上是有效孔隙率减小的过程,长时间的堵塞会导致厌氧环境的产生,加速系统的堵塞。
人工湿地堵塞的形成机制可分为第25卷 第6期2009年3月 中国给水排水C H I N AWA T E R ＆W A S T E WA T E R V o l .25N o .6M a r .2009三个阶段:①渗透速率接近开始的运行水平,但呈下降趋势;②渗透速率缓慢稳定下降;③基质表面间歇渗透直到持续积水。
在人工湿地的渗透初期,污水中的S S开始在湿地填料表面和孔隙中聚集,堵塞部分填料孔隙,使基质层局部的氧化还原电位下降并开始形成厌氧微环境。
氧化还原电位高则反映了基质层中微生物的氧化能力强,胞外聚合物的蓄积较缓慢;反之,则还原水平高,微生物产生的胞外聚合物在填料孔隙内越聚越多,具有很高的堵塞潜能。
随着污水渗透的进行,厌氧区域的基质层逐渐趋于还原状态,微生物的胞外聚合物不断积累,进一步堵塞了填料孔隙,使厌氧形成过程进一步加速。
此时的堵塞称为暂时性堵塞。
由于细菌胞外多聚物的高含水性,这种堵塞经一段时间的落干(即湿地不过水而干化)后可以消除。
在堵塞过程的后期,基质层的结构特别是土壤的团粒结构被破坏,所形成的细微粘土粒子与许多淤积的S S共同组成致密不透水层,胞外聚合物不断凝聚和吸附不同粒径的悬浮或胶体状态的底物,进而形成大粒径絮团状的累积物,造成有机物和无机物共同积累,加速并继续堵塞填料孔隙。
随着生物量的增加,进水区的厌氧化程度加剧,有机固体颗粒的累积加速[4],最终在各种因素的综合作用下,基质层的孔隙被完全堵塞,净化能力消失,此时形成的堵塞很难再通过落干等操作消除,可以认为是一种永久性的堵塞[5]。
当堵塞现象发生时,水体的有效停留时间缩短,出现短流或绕流等现象。
可见,人工湿地的堵塞是由沉降和被过滤的固体颗粒在微生物作用下累积而成,填料表面的堵塞层和空隙中的截留物质由厌氧分解产物(如多糖类物质、胞外聚合物)以及未能降解的有机化合物组成。
R y s z a r d[2]指出,高温下生物膜的增长、植物根的渗透作用、低p H值下碳酸钙的沉淀和分解以及低渗滤条件下湿地自净能力的缺乏均会造成湿地堵塞。
2 人工湿地堵塞的成因和影响因素人工湿地有表面流和潜流两种,从目前的研究来看,潜流湿地的除污效果优于表面流湿地,但其运行管理复杂,且容易发生堵塞。
因此,对人工湿地堵塞的研究主要集中于潜流人工湿地系统。
普遍认为,造成湿地堵塞的原因是基质层中固体颗粒的累积。
目前,对该方面的研究大都集中在积累的主要成分是有机物还是无机物以及进水有机负荷、填料、运行方式、湿地植物的作用等对颗粒积累程度的影响上。
2.1 固体颗粒的累积针对垂直潜流人工湿地处理系统中的填料堵塞问题所开展的诸多研究认为,有机质和无机质等固体颗粒积累是导致垂直潜流人工湿地填料堵塞的重要原因[6～8]。
叶建锋等认为,垂直潜流式人工湿地发生堵塞的成因主要是基质层中非过滤性成分的积累所致。
经进一步的分析发现堵塞并不是进水中粒径>5.0μm的不可滤物质被直接截留的结果,而是由基质层中不可滤成分积累造成的,当基质表面生物膜形成后,污水中不同粒径的悬浮物或胶体状态的底物凝聚和吸附在微生物的表面,进而形成大粒径絮团状的累积物,从而造成有机物和无机物的共同积累。
目前,虽然普遍认为固体颗粒物的积累是造成堵塞的主要原因,但是在积累物成分主要是有机物还是无机物问题上还存在分歧。
2.1.1 有机负荷与有机质累积许多研究表明,有机负荷对基质层的堵塞有很大影响。
由于有充足的水和营养供应,人工湿地中的植物年生产力很高(地上部分干质量可达到7131～8155k g/m2),导致较高的潜在有机负荷。
因此,在季节转换时,应将湿地植物的地下部分也一并清除,减小有机负荷以保证湿地的长期运行。
P l a t z e r和M a u c h建议人工湿地的有机负荷不要超过25g B O D/(m2·d)[9]。
T.H.F.W o n g和L a a k认为,堵塞与湿地系统达到平衡状态前的有机负荷有关。
平衡状态前,湿地系统中的微生物种类少,或者处理某种污水的功能性微生物数量不足,过高的有机负荷不能被及时分解,进而导致堵塞。
L a a k进一步指出,湿地系统达到平衡之后堵塞与有机物的积累有关,当有机物积累到一定程度,沉积在湿地表面的有机物形成了一层黑色粘膜,以及由于受低温限制而没有发生化学变化的有机化合物导致系统孔隙的外部堵塞,而沉积在孔隙内的有机物则导致了孔隙内部的堵塞。
人工湿地的有机物累积主要发生在表面和深度约100m m以上的填料层。
付贵萍等[10]研究表明,填料中的有机质直接影响填料的缓冲性、渗透性、通w w w.w a t e r g a s h e a t.c o m朱 洁,等:人工湿地堵塞问题的探讨第25卷 第6期气状况和填料温度等,对填料是否堵塞起着关键作用,是一项需掌握的重要指标。
詹德昊[11]等人的研究表明,湿地系统中有机质含量与基质渗透系数呈明显的负相关关系,而渗透系数是反映湿地系统是否堵塞的重要参数,因此,他们提出有机质积累是导致湿地堵塞的一个重要原因。
2.1.2 无机颗粒虽然多数学者认为有机质积累是人工湿地堵塞的重要原因,但是就低有机负荷的潜流人工湿地处理受污染河水系统而言,其填料堵塞机制可能存在较大的不同。
靖玉明等人[12]的研究表明,填料孔隙的堵塞现象主要发生在中试系统的前段(沿水流方向距进水点约0～5m),堵塞物主要为无机颗粒物,因此他们认为必须加强能够有效去除无机颗粒物的预处理工艺。
童巍等[13]采用垂直流人工湿地单元模型,测定了填料的有效孔隙率与截留S S总量、C O D降解量、生物膜增长量之间的关系,结果表明进水中悬浮颗粒全部为无机颗粒的系统更易造成淤堵。