【文章內(nèi)容簡介】 總的來說，選擇植物應(yīng)該滿足：(1)耐污能力和抗寒能力強(qiáng)，適宜于本土生長，最好以本鄉(xiāng)土植物為主；(2)根系發(fā)達(dá)，莖葉茂密；(3)抗病蟲害能力強(qiáng)；(4)有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。而常用的植物有蘆葦、香蒲、大米草、美人蕉、水花生和稗草等，目前最常用的是蘆葦。蘆葦?shù)母递^為發(fā)達(dá)，具有巨大比表面積的活性物質(zhì)，～，具有良好的輸氧能力。種植蘆葦時(shí)，一般應(yīng)盡量選用當(dāng)?shù)靥J葦進(jìn)行移栽，即將有芽苞的蘆葦根分剪成10cm長左右，將其埋入4cm深的土中并使其端部露出地面。插植的最佳季節(jié)在秋季或早春，插植密度可為1～3株/m2。 填料的選用濕地床由三層組成，表層土壤、中層礫石層和下層小豆石層。表層土壤可用當(dāng)?shù)乇韺油粒瑑?yōu)先選用鈣含量為2～，以利于提高脫磷效果。在鋪設(shè)表層土?xí)r，要將地表土壤與粒徑為5～10mm石灰石摻和，厚度為150～250mm。～5mm的礫石或花崗巖鋪設(shè)，～，有時(shí)也采用粒徑在5～10mm或12～25mm石灰石填料。進(jìn)水配水區(qū)和出水集水區(qū)的填料常采用粒徑為60～100mm的礫石，分布于整個(gè)床寬。由于表層土壤在浸水后會有一定的下沉，因此，設(shè)計(jì)的填料表層標(biāo)高應(yīng)高出期望值10%～15%[7]。 基本技術(shù)參數(shù)的確定主要是確定污染物負(fù)荷、停留時(shí)間、水深和所需的土地面積等技術(shù)參數(shù)，污水的特性、地理位置、氣候條件、人們的生活方式、經(jīng)濟(jì)和科技水平等均影響工藝參數(shù)的選擇?；炯夹g(shù)參數(shù)見表1[7]。表1 人工濕地基本技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù) 單位 FWS SFS水力停留時(shí)間 d 4～15 4～15水深 ft ～ ～BOD5 水力負(fù)荷率lb/ ＜60 ＜60Mgal/ ～ ～面積 Acre/(Mgal/d)67～20 67～20 注：ft＝mlb/＝kg/hm2dMgal/=m3/m2dAcre/(Mgal/d)= hm2/(103m3/d) 基本幾何參數(shù)的確定在人工濕地的設(shè)計(jì)中，濕地的長寬比可按下列公式計(jì)算：為保證廢水以推流方式流經(jīng)濕地，一般要求長度應(yīng)＞20m，長寬比L/W不應(yīng)過大，建議控制在3∶1以下，常采用1∶1，對于以土壤為主的系統(tǒng)，L/W比應(yīng)小于1∶1[1]。根據(jù)現(xiàn)有人工濕地的設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般單個(gè)碎石床的長度＜50m，寬度為25～30m，濕地床的深度一般根據(jù)水生植物自然根系的延伸程度來設(shè)計(jì)的，～。 FWS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[7]由于廢水在人工濕地中流動緩慢，故人工濕地通?？梢曌饕患壨屏魇椒磻?yīng)器，穩(wěn)態(tài)條件下可用以下反應(yīng)動力學(xué)公式描述：基于人工濕地的影響因素較為復(fù)雜，各國研究者對濕地床的尺寸提出了不同的計(jì)算方法。Reed建議FWS系統(tǒng)可用下列方程計(jì)算[8]：Tchobanoglour建議，設(shè)計(jì)水溫為T時(shí)，反應(yīng)動力學(xué)速率常數(shù)可由下式確定[8]：當(dāng)濕地床的底坡或水力坡度不小于1%時(shí)，上述方程可調(diào)整為： 對床表面積As，Kaklec和Knight建議用下式計(jì)算：初步設(shè)計(jì)時(shí)，k值可取34m/y，背景BOD5值可由下式計(jì)算：。FWS系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷隨廢水性質(zhì)和條件變化很大，其范圍在18～110kgBOD5(had)。一般只作為設(shè)計(jì)校核的指標(biāo)，它的控制對維持系統(tǒng)好氧狀態(tài)及防止蚊蟲、惡臭等非常重要。FWS系統(tǒng)的水力負(fù)荷可達(dá)150～500m3/(had)。在確定水力負(fù)荷的同時(shí)應(yīng)考慮氣候、土壤狀況、滲透系數(shù)和植被類型等場地類型，還應(yīng)考慮接納水體的水質(zhì)要求，尤其注意由于蒸發(fā)、蒸騰的失水量對夏季處理的影響及在干旱地區(qū)設(shè)計(jì)濕地的可行性[7]。在特殊情況下，要求濕地設(shè)計(jì)達(dá)到零排放時(shí)，濕地中的水主要通過蒸發(fā)、蒸騰、補(bǔ)充地下水或系統(tǒng)內(nèi)回用等途徑完成，這時(shí)水力負(fù)荷及水平衡計(jì)算是設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問題。 SFS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[7]1．濕地床坡度的確定。在SFS系統(tǒng)中，水流有兩種流態(tài)，層流和紊流。當(dāng)濕地床中所用填料的粒徑不大，污水充滿整個(gè)填料縫隙并處于飽和狀態(tài)時(shí)水流為層流，此時(shí)填料床的坡度可用Darcy公式計(jì)算[8,10]：對于其中的滲透系數(shù)Ks，到目前為止尚無準(zhǔn)確的測定，如果是以礫石為主的濕地床，歐洲人建議取103m/s，而美國的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為Ks不宜大于104m/s。一般認(rèn)為當(dāng)濕地床中的滲流雷諾數(shù)Re大于1～10時(shí)，水流變?yōu)槲闪?，此時(shí)不宜用Darcy定律來描述了，尤其是當(dāng)采用的填料粒徑較大時(shí)，則需要考慮水流的擾動作用了。此時(shí)宜用Ergun公式來描述[8,10]，即：2．濕地床表面積的確定。濕地的表面積As可用下計(jì)算[8]：式中KT與溫度的關(guān)系為。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)際試驗(yàn)，某一特定SFS系統(tǒng)的K20與床體填料的孔隙率n有關(guān)，關(guān)系式為，對典型城市污水取K0=，高濃度有機(jī)工業(yè)廢水K0=。英國人Kitkutb推薦用下列公式計(jì)算表面積：。附－符號說明：Ac，As—濕地床的橫截面積，表面積，m2； Se，So—進(jìn)水、出水BOD5，mg/L； Q—平均設(shè)計(jì)流量，m3/d； Ks—滲透系數(shù)，m3/(m2d)；K20，KT—溫度20℃，T℃時(shí)的速率常數(shù)，d1；Ko—某一填料中植物根系充分發(fā)展后的最佳速率常數(shù)，d1； L—濕地床長度，m； W—濕地床寬度，m； D—濕地床深度，m； S—底坡或水力坡度。由上述各式，即可確定濕地床的基本尺寸。濕地床長度通常定為20～50m，過長易造成濕地床中的死區(qū)，且使水位難于調(diào)節(jié)，不利于植物的栽培。床橫截面面積與溫度、有機(jī)負(fù)荷無關(guān)，只受填料的水力學(xué)特性影響。在借鑒有關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上人們建議，通過填料橫截面的平均流速Q(mào)/，以避免對填料根莖結(jié)構(gòu)的破壞。3．濕地床深度的確定。濕地床的設(shè)計(jì)深度，一般要根據(jù)所栽種的植物種類及其根系的生長深度來確定，以保證濕地床中的必要的好氧條件。對于蘆葦濕地系統(tǒng)，用于處理城市或生活污水，～；而用于較高濃度有機(jī)工業(yè)廢水的處理時(shí)，～。為保證濕地深度的有效使用，在運(yùn)行的初期應(yīng)適當(dāng)將水位降低以促進(jìn)植物根系向填料床的深度方向生長，濕地床的底坡一般在1%或稍大些，最大可達(dá)8%，具體應(yīng)該根據(jù)填料性質(zhì)及濕地尺寸加以確定，如對以礫石為填料的濕地床，其底坡一般可取2%。表2[7]為深圳白泥坑人工濕地系統(tǒng)各單元的設(shè)計(jì)參數(shù)。表2 深圳白泥坑人工濕地系統(tǒng)各單元的設(shè)計(jì)參數(shù) 項(xiàng)目 單元 長/ 個(gè)數(shù) m寬/ m碎石粒徑/ 碎石層厚/ mmcm池底坡度/ %水力負(fù)荷/(m3/m3d)第一級 3 42 1050 40100 1， 第二級 2 47 1030 50120 ， 第三級 3 30 190（停留4天）第四級 3 54 19 510 60100 ，1， 進(jìn)出水系統(tǒng)的布置濕地床進(jìn)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量保證配水的均勻性，一般采用多孔管或三角堰等。多孔管可設(shè)于床面上或埋于床面以下，埋于床面下的缺點(diǎn)是配水調(diào)節(jié)較為困難。多孔管設(shè)于床面上方時(shí)，以防床面淤泥和雜草積累而影響配水。同時(shí)應(yīng)定期清理沉淀物和雜草等，保證系統(tǒng)配水的均勻性。系統(tǒng)的進(jìn)水流量可通過閥或閘板調(diào)節(jié)，過多的流量或緊急變化時(shí)應(yīng)有溢流、分流措施。濕地出水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可采用溝排、管排、井排等方式，合理的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮受納水體的特點(diǎn)、濕地系統(tǒng)的布置及場地的原有條件。為有效地控制濕地水位，一般在填料層底部設(shè)穿孔集水管，并設(shè)置旋轉(zhuǎn)彎頭和控制閥門。對嚴(yán)寒地區(qū)，進(jìn)、出水管的設(shè)置須考慮防凍措施，并在系統(tǒng)的必要部位設(shè)置控制閥和放空閥。 濕地的水位控制通常，濕地進(jìn)水的水位是不變的，為使污水在床體內(nèi)以推流式流動，須對床層的水位加以控制。通常，SFS系統(tǒng)對水位的控制有幾點(diǎn)要求：①在系統(tǒng)接納最大設(shè)計(jì)流量時(shí)，濕地進(jìn)水端不出現(xiàn)雍水，以防發(fā)生表面流；②在系統(tǒng)接納最小設(shè)計(jì)流量時(shí)，出水端不出現(xiàn)填料床面的淹沒，以防出現(xiàn)表面流；③為了利于植物的生長，床中水面浸沒植物根系的深度應(yīng)盡量均勻，并盡量使水面坡度和底坡基本一致[7]。當(dāng)出水端控制水面時(shí)，床堤的底坡選擇對工程造價(jià)和水流流態(tài)有較大影響。因此，濕地床的底坡應(yīng)盡可能地與床體的水面線坡度一致，且濕地床的長度不宜過長，過長易增加植物浸沒深度的不均勻性，同時(shí)水流易形成大片的死區(qū)，將增加出水端水位控制的難度。 防止地下水污染為防止?jié)竦叵到y(tǒng)因滲漏而造成地下水污染，要求在工程時(shí)盡量保持原土層，并在原土層上設(shè)置防滲層。防滲層的設(shè)置方法有多種，～，或油毛氈密封鋪墊等，為防止床體填料尖角對薄膜的損壞，施工時(shí)可在塑料薄膜上預(yù)鋪一層細(xì)砂。存在的問題與研究設(shè)想在我國，人工濕地污水處理技術(shù)還處于開發(fā)階段，還沒有成熟的設(shè)計(jì)參數(shù)，工業(yè)設(shè)計(jì)也還處于試驗(yàn)階段，其中存在的很多問題都有待研究和解決。 存在的問題人工濕地污水處理技術(shù)中存在的問題可以概述如下：（1）人工濕地的基質(zhì)種類比較單一，只有土壤、礫石和沙等幾種，難以處理特殊污染物的水體，而且基質(zhì)中的某些化學(xué)組成還可能抑制水體中某些污染物的去除。（2）人工濕地植物種類單一，常用的濕地植物主要為蘆葦、菖蒲、香蒲等挺水植物，實(shí)際應(yīng)用中只選用其中的一種或幾種植物，這樣必然影響系統(tǒng)的處理效果