浅谈人工湿地基质堵塞问题的防治技术方案

摘要：基质堵塞是人工湿地污水处理系统中的常见问题，会缩短人工湿地使用寿命并降低湿地对污染物的去除效率。本文从人工湿地运行、维护等方面解决人工湿地堵塞问题，为人工湿地工程实践提供理论参考。

关键词：人工湿地 基质堵塞 防治措施

中图分类号：S342.2文献标识码： A

1．人工湿地系统及其面临的问题

人工湿地系统一般由人工基质和生长在其上的水生植物组成，是一种独特的生态系统，利用湿地生态系统中植物、动物、微生物以及土壤的共同作用，吸收降解污水中的污染物，从而使污水净化。

从已有的工程经验来看，人工湿地在运行过程中，如果维护管理不善，容易造成基质堵塞的问题。人工湿地作为一种有效的污水处理方法，堵塞问题成为其应用和推广的制约性因素。

2．人工湿地系统基质堵塞成因

从国内外学者诸多研究结果看出，引起堵塞的原因是一个综合因素。一是预处理不到位，污染负荷过大致使大量不溶性有机物进入湿地来不及降解在基质内大量积累，而加速堵塞；二是基质选择不合理，致使基质比表面积和孔隙率降低；三是水力负荷过大导致有机物短期内大量积累形成湿地水流短路，而出现堵塞[1]。

3．人工湿地处理系统基质堵塞的影响因素

有机物堵塞：湿地系统有机物主要来源于污水中的有机物量、湿地植物的生物产量、土壤微生物的衍生量（将难分解化合物转变成体积更大的稳定腐殖质）、基质表面生物膜、微生物分泌的胞外聚合物以及湿地中积累的腐殖质。

固体悬浮物堵塞：如果湿地缺少预处理系统或预处理工艺设计不合理，不能有效减少悬浮物浓度，导致进水中的悬浮物含量较高，就容易引发堵塞[2]。

气体堵塞：有学者认为湿地中产气微生物，如硫还原细菌、产甲烷菌以及生物脱氮时产生的气体形成的包气带也是堵塞的原因之一[3]。

4．人工湿地基质堵塞防治

4.1预防性措施

（1）湿地进水预处理同传统污水处理一样，通过预处理可大量去除湿地污水中的悬浮物、漂浮物，从而减小其对湿地基质的影响。

（2）合适的基质粒径和级配基质粒径的选择需要在保证净化效果(小粒径)和防止堵塞(大粒径)之间寻找平衡点[2]。同时考虑人工湿地进水端、出水端和湿地主体的上、中、下分层选用合适的粒径级配[4]。

（3）合理的污水投配方式间歇进水可以保证人工湿地内部复氧，提高微生物活性，加速有机物分解。同时，合理选择进水次数、进水量及时间间隔隔可有效防止湿地堵塞。进水系统的设计应尽量保证均匀配水，如采用“T”形或“H”形穿孔管均匀布水，并选择合适的长宽比、水力停留时间、水力负荷和有机负荷等参数，防止湿地超负荷运行[5]。

（4）尽管有机负荷作为基质堵塞的主要影响因素已广为接受, 但具体的研究结果却存在着差异。在中欧地域气候条件下, 为了防止发生堵塞所对应的最高负荷为25 gCOD /(m2·d) , 系统如果采用周期运行的方式则负荷可以更高[6]。

（5）导淤措施 陈晓东[7]等的研究表明将湿地的布水设计与导於设计相结合，在压力布水上升式垂直流于水平流的复合潜流湿地中，设计导於系统（由导於基质、导於布水管线、导於排水管线和控制管线组成）可最有效地解决潜流湿地的堵塞，提高湿地使用寿命。

（6）自然导气措施 自然导气措施对垂直流人工湿地基质的堵塞有明显的改善作用，可有效保证垂直流人工湿地的稳定运行；可以显著提高垂直流人工湿地对污染物的去除能力，以对去除氨氮的影响尤为突出，在低水力负荷（＜ 0.9 m3 /( m2·d) ）下运行可保持较高的去除率，但在高水力负荷下其影响有限[8]。

4.2堵塞治理技术

（1）更换湿地基质 在湿地运行期间，定期更换湿地系统特别是表层基质，可以防止湿地表层堵塞，保证人工湿地的稳定运行。但对大型湿地而言，更换基质的工程量过大，可以采取定期耙松湿地表面的方式改善通透性[9]。

（2）投加蚯蚓等微型动物 蚯蚓活动可以疏松人工湿地基质，提高基质的孔隙率，使更多氧气进入基质, 有利于好氧微生物的生长, 从而提高人工湿地对污染物的净化能力[10]。因此在人工湿地中投加蚯蚓等微型动物可以疏通基质，并清除基质表面的有机沉淀物，从而提高人工湿地的渗透能力。

（3）人工湿地基质反冲洗 马飞等对发生堵塞后的垂直潜流人工湿地进行反冲洗后发现，反冲洗可大幅提高湿地水力传导性，从而使入工湿地雍水状况得到改善[11]。

5．人工湿地防堵塞技术展望

在防止人工湿地系统堵塞问题上应重点加强以下几个方面的研究：

（1）在植物方面：筛选耐污和净污能力强、根区复氧能力强且产生的分泌物量少或不产生分泌物的植物。

（2）在微生物方面：应注重研究微生物种类分布规律和作用机理，筛选优良菌群进行调控净化。

（3）在基质选择方面：比表面积大、孔隙率高的基质；对人体无害且化学稳定性好的基质；水头损失小、形状系数好、吸附能力强的基质。

参考文献

[1]赵凤奇,盛辛辛.中国人工湿地构建和运行中需要深入研究的问题.生态环境学报.2012,2（12）:2042-2046

[2]陈晓东. 人工湿地堵塞机理与应对措施研究.环境保护科.2011,37（5）:19-22

[3]马飞,蒋丽,熊洁羽,曾婷.反冲洗措施改善垂直潜流人工湿地水力特性的研究.环境科学与技术.2011,34（7）：46-49

[4]ZHAO Y Q,SUN G,ALLEN S J.Anti-sized reed bed system for animal wastewater treatment: a comparative study［J］.Water Res,2004,38( 12) :2907 －2917

[5]尚文,杨永新,韩大勇,唐明艳. 人工湿地基质堵塞问题及防治新技术研究.安徽农业科学.2012,40（28）：13945-13947

[6]尧平凡,陈静静.人工湿地基质堵塞预防措施及恢复对策研究进展.净水技术.2007,（5）:45-48

[7]陈晓东,常文越,王磊等.北方人工湿地污水处理技术应用研究与示范工程[J].环境保护科学,2007,32(2):25-28

[8]熊佐芳1,冼萍1,周云新2,李平1,邓慧 .自然导气措施对垂直流人工湿地堵塞的影响.中国给水排水.2011,27(13):26-30

[9]CLAUDIA T，JOAQUIM C，MANEL P． Constructed wetland clogging: A proposal for the integration and reuse of existing knowledge［J］． Ecological Engineering，2009，35: 1710 －1718

[10]徐德福,李映雪,方华,吴芳芳.蚯蚓对人工湿地系统优化分析.南京信息工程大学学报.自然科学版.2010,2（3）：242-247

[11]Richardson J L, Vepraskas M J. Wetland soils: genesis, hydrology,landscapes and classification [M]. Boca Raton, FL: CRCPress,2000

作者简介：宋爱红，女，1990年3月出生于陕西西安，长安大学在读研究生，主要研究污水处理理论及技术