人工濕地水質(zhì)凈化機(jī)理.doc

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1、人工濕地水質(zhì)凈化機(jī)理人工濕地對污水的作用機(jī)理十分復(fù)雜．一般認(rèn)為，人工濕地生態(tài)系統(tǒng)是通過物理、化學(xué)及生物三重協(xié)同作用凈化污水．物理作用主要是過濾、截留污水中的懸浮物，并積在基質(zhì)中；化學(xué)反應(yīng)包括化學(xué)沉淀、吸附、離子交換、拮抗和氧化還原反應(yīng)等；生物作用則是指微生物和水生動物在好氧、兼氧及厭氧狀態(tài)下，通過生物酶將復(fù)雜大分子分解成簡單分子、小分子等，實(shí)現(xiàn)對污染物的降解和去除．1.1基質(zhì)凈化機(jī)理人工濕地中的基質(zhì)由土壤、細(xì)砂、粗砂、礫石、碎瓦片、粉煤灰、泥炭、頁巖、鋁礬土、膨潤土、沸石等介質(zhì)中的一種或幾種所構(gòu)成，是濕地植物的直接支撐者，為植物和微生物提供營養(yǎng)，具有巨大的比表面積，易形

2、成生物膜，污水流經(jīng)顆粒表面時，污染物通過沉淀、過濾、吸附作用被截留，不同的基質(zhì)有不同的處理能力．濕地基質(zhì)的類型、結(jié)構(gòu)和肥力狀況直接決定濕地植物的類型、數(shù)量和質(zhì)量，并通過食物鏈影響濕地動物的類群、生長和發(fā)育，最終影響濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)生產(chǎn)．基質(zhì)也是濕地微生物、水生動物的生活場所，在基質(zhì)顆粒的周圍形成生物膜，通過提供能源和適宜的厭氧條件加強(qiáng)氮的轉(zhuǎn)化．研究表明,在不考慮植物因素的條件下,經(jīng)過濕地處理的模擬生活污水的COD、BOD5、TSS、總氮、總磷等污染物濃度下降，水質(zhì)得到改善．研究還表明，選擇合適的人工濕地基質(zhì)材料和厚度，對提高人工濕地凈化能力至關(guān)重要．1.2植物凈化機(jī)制

3、植物是濕地中最重要的去污成分之一，在人工濕地凈化污水的過程中起著重要作用．根據(jù)植物對污水凈化機(jī)理的差別，可分為直接凈化作用和間接凈化作用．直接凈化作用是指植物通過吸收、吸附和富集等作用直接去除污水中污染物．間接凈化作用是指植物根、莖輸送氧氣，增強(qiáng)和維持基質(zhì)的水力傳輸，影響水力停留時間，通過根系巨大的表面積創(chuàng)造利于各種微生物生長的微環(huán)境．1.2.1直接凈化作用植物在生長過程中能吸收污水中的無機(jī)氮、磷等，供其生長發(fā)育．濕地植物對氮的去除作用主要是：氨的揮發(fā)作用、NH4+的陽離子交換作用、吸收、硝化和反硝化作用等．科學(xué)家研究認(rèn)為，通過植物根部根毛周圍充滿氧氣的液體薄膜中的好氧

4、微生物的硝化作用，可將NH4+轉(zhuǎn)化成氣體，釋放到大氣中．除此之外，植物本身也可以吸收一部分NH4+，NH4+進(jìn)入植物后通過氨化反應(yīng)將其去除，合成蛋白質(zhì)、氨基酸、酶等有機(jī)氮，消除其對植物的毒害作用，然后通過收割植物去除．污水中無機(jī)磷在植物吸收及同化作用下可轉(zhuǎn)化為植物的ATP、DNA等有機(jī)成分，通過植物的收割而從系統(tǒng)中去除．1.2.2間接凈化作用污染物中有機(jī)物和氮的降解需要微生物和氧的參與，生長在濕地中的挺水植物進(jìn)行光合作用產(chǎn)生的氧向地下部運(yùn)輸，釋放氧到根區(qū)，使水體中的溶解氧增加，在植物根區(qū)周圍的微環(huán)境中依次形成好氧區(qū)、兼氧區(qū)和厭氧區(qū)，在缺氧的基質(zhì)中創(chuàng)造氧化條件，能促進(jìn)有機(jī)

5、物的氧化分解和硝化細(xì)菌的生長，有利于硝化、反硝化反應(yīng)和微生物對磷的過量積累作用，達(dá)到除氮、磷的效果；另一方面在厭氧條件下通過厭氧微生物對有機(jī)物的降解、或開環(huán)、或斷鍵形成簡單分子、小分子，提高對難降解有機(jī)物的去除效果．人工濕地運(yùn)行過程中，內(nèi)部會出現(xiàn)堵塞的問題．在潛流型人工濕地中，基床中的水流一般是沿活的或死的根和根區(qū)形成的溝道及土壤的孔隙流通的．當(dāng)根和根區(qū)生長時，它們干擾和疏松土壤，根和根區(qū)死亡腐爛后，留下一些管形的孔或溝(大孔)，由于植物的根和根系對基質(zhì)的穿透作用，減小了基質(zhì)的封閉性，增強(qiáng)了基質(zhì)的疏松度，能非常有效地使水通過基質(zhì)，使基質(zhì)的水力傳輸?shù)玫郊訌?qiáng)和維持，提高基質(zhì)

6、的滲透率．濕地植物根孔具有土壤大孔隙的一般功能，如產(chǎn)生優(yōu)先水流，從而提高土壤的滲透性；為氧氣輸入和甲烷排放提供優(yōu)先路徑等．即使較板結(jié)的土壤，在2~5年內(nèi)，經(jīng)過植物根系的穿透作用，其水力傳輸能力可與礫石、碎石相當(dāng)．濕地的植被降低了水流速度，延長了污水在濕地內(nèi)部的停留時間，為懸浮物的沉淀創(chuàng)造了良好的條件，同時，在大氣和濕地基質(zhì)或水表面之間起到生物膜的作用，使風(fēng)速在近基質(zhì)或水表面降低，減少了沉淀物的再次懸浮，提高了去除污染物的能力．人工濕地中的水生植物除自身具有較強(qiáng)的對營養(yǎng)物質(zhì)吸附、富集功能外，還與其周圍環(huán)境的原生動物、微生物形成各種小環(huán)境．淹沒在水中的植物的莖和葉提供了一個

7、巨大面積的生物膜，大量光合藻類以及細(xì)菌和原生動物都集聚在植物組織上．同樣，根和根區(qū)埋在濕地土壤中，根系及其根際分泌物，能為微生物的生長提供營養(yǎng)及場所．因此，植物的地上和地下部組織都可以形成生物膜，具有典型的活性生物膜功能，為微生物的吸附和代謝提供了良好的生化環(huán)境．特殊的根際微生態(tài)環(huán)境，提高了多種污染物富集和吸收分解的能力．這些生物膜以及濕地中上所有其他固體表面的生物膜，包括死的植物組織，對于濕地中發(fā)生的所有微生物進(jìn)程都具有重要作用．濕地植物還具有過濾和抑藻等效應(yīng)．1.3微生物凈化機(jī)制濕地微生物主要有菌類、藻類、原生動物和病毒．微生物在濕地