人工湿地防堵塞管理

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。例如石灰石质基质中的钙会与进水中的置换能力强的 H+、 Na+等阳离子发生置换反应，进而与水中的硅反应产生无机凝胶或与 SO42-反应生成沉淀致使空隙堵塞。

③生物方面： 湿地中积累的腐殖质与细菌分泌的一些胞外多聚物很容易形成高含水量、低密度的胶状淤泥，造成湿地的堵塞。此外，湿地中硫还原细菌、产甲烷菌以及生物脱氮作用产生的气体所形成的包气带也可能是造成堵塞的原因之一。

三、人工湿地堵塞影响因素

影响基质堵塞的因素很多，具体来说可分为填料、进水悬浮颗粒物浓度（进水 SS）、生物膜、有机物负荷、植物等五个方面。

①填料对基质堵塞的影响包括两个方面， 一方面基质粒径的大小及分布决定了空隙的大小及水力传导率，是影响基质堵塞的主要因素。另一方面是基质自身结构特性会影响到堵塞。

②进水悬浮颗粒物浓度（进水 SS）在滤料截留的作用下会沉积，从而导致堵塞。进水 SS 对于湿地床孔隙阻塞是主要原因。进水中悬浮颗粒全部为无机颗粒的系统较进水中全部为溶解态污染物质的系统更易造成淤堵； 如果被截留的有机 SS 能被微生物及时降解，有机 SS 对填料淤堵能够在很大程度上缓解。在湿地堵塞过程中，进水的 COD 和直径>50μm 的悬浮物起主要作用。

③被填料截留的不可生物降解无机 SS、被截留但未能及时降解的可生物降解有机 SS，生物膜是导致淤堵的主要原因，其中生物膜的过快增长会导致填料有效孔隙率下降进而导致阻塞。这也可以归为有机物累积或生物量累积，主要是以胶状淤泥的形式。温度过高或过低都会导致堵塞。一方面，较高的温度导致了高的生物活性和高的生长速率，但由于微生物的快速增长，填充了填料的孔隙，从而引发基质堵塞；另一方面，较低温度抑制了生物活性，代谢速度慢，致使有机固体颗粒在填料中的大量累积和土壤厌氧程度的加剧，也易引发基质堵塞。

④人工湿地系统进水有机负荷越大，系统越容易淤堵。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。

此外，湿地运行方式也会对基质堵塞的发生造成影响。湿地的运行方式直接影响湿地基质环境中的溶解氧浓度， 并与基质层整体的氧化还原电位呈正相关关系，长时间的连续进水会使系统的基质层一直处于还原状态，而间歇性运行则有利于湿地复氧。而当基质中氧气不足或处于还原状态时有机物降解速率会变慢，从而加剧了有机物的积累，进而导致堵塞。

四、人工湿地堵塞防控具体措施

①严格控制人工湿地进水 SS 浓度，通过清溪水处理厂深度处理段尽量降低出水 SS 浓度，而不拘于一级 A 要求的 10mg/L。

②及时清理湿地表面，该站系统渗透性。在系统运行一定时间以后，湿地系统表面有许多植物落叶及败落的茎干等，时间长了就累积成厚厚的一层，形成一个保护层，对系统的渗透性产生很大的影响，因此为保持系统的渗透性应定期修剪植物，清理表面落叶等。

③局部更换湿地填料：若过水能力已经出现问题，则只能进行部分填料更换。通常湿地单元进水段负荷较高，产生堵塞的几率大，一旦出现堵塞现象，可以更换湿地进水段局部填料。

④间歇运行，停床休作与轮作：长时间连续进水会使系统的基质一直处于还原状态，从而造成胞外聚合物的积累，导致逐步堵塞。人工湿地间歇运行和适当的湿地干化期，会使基质得到“休息”，保证基质一定的好氧状态，避免胞外聚合物的过度积累，防止基质堵塞。一般情况下，间歇时间越长，基质处理能力恢复得越好，其渗透率也越大，但是，间歇时间也不能无限延长，应同时考虑处理效率和处理负荷。这种方式在美国、日本等国家得到了较广泛的应用，在我国许多工程和试验中，间歇投配方式也得到了重视和应用。

⑤在清溪污水处理厂内经反硝化滤池曝气复氧： 由于厌氧状态是导致基质中胞外聚合物积累的重要原因，因此，对人工湿地进水进行曝气充氧可以起到一定的预防基质堵塞作用，一般情况下，在基质中渗透扩散的污水的 DO 值约为0-1.0mg/l，这明显偏低，而低 DO 值污水的长时间渗透，会使好氧微生物的分解活性受到影响。对污水进行曝气，可以提高基质的 DO 值，使微生物的分解作用得以更好的发挥，同时也可防止土壤中胞外聚合物的蓄积。

⑥采用微生物抑制剂或溶菌剂抑制微生物生长，进而防止基质堵塞：宜采用不损害基质微生物生存环境的措施来恢复基质的水力传导能力，因此，这种抑制微生物或杀死微生物来防治基质堵塞的措施在实际工程中谨慎采用。

⑦冬季低温时段的应对措施

冬季因为温度低造成湿地系统内微生物活性降低，湿地植物出现休眠现象，根系微生物代谢减缓甚至停止，导致湿地的处理效率大幅下降，难以保证湿地出水水质。
1）采用潜流湿地，利用其表层填料起到保温作用。

2）湿地内的各种植物及其收割部分亦可利用作为覆盖层，形成一定的保温层，使根围免于冰冻。
3）冬季可因地制宜设置覆盖层进行保温，但要考虑其对氧传输能力的影响。

4）通过水位调整亦可达到一定的保温作用，冬季将水面提升 50cm 左右，直到形成一层冰面。当水面完全冰冻后，通过调低水位在冰冻

参考文献：

1、王世和. 人工湿地污水处理理论与技术［M］. 北京：科学出版社，2007.

2、莫凤鸾,王平,李淑兰,等.人工湿地系统的维护[J].云南环境科学,2004,23(增刊):5- 8