徐 坤，吳軼輝，何嘉輝，黃龍翔，黃海宇

(廣州市水之道生態(tài)環(huán)境修復(fù)有限公司，廣州市新之地環(huán)保產(chǎn)業(yè)股份有限公司，廣東 廣州 510380)

隨著社會的不斷發(fā)展以及城鎮(zhèn)化的不斷加快，大量的生活污水、工業(yè)廢水及農(nóng)業(yè)污水流入湖泊、河流等地表水體中，這些污水中的營養(yǎng)物質(zhì)及污染物質(zhì)導(dǎo)致河流、湖泊的富營養(yǎng)化，易導(dǎo)致藻類爆發(fā)，破壞水生態(tài)系統(tǒng)，甚至還會威脅人類身體健康[1]。因此，要想保證社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，就必須控制地表水體富營養(yǎng)化氮磷超標(biāo)，消滅黑臭水體。

人工濕地作為一種較為生態(tài)的污水處理和水環(huán)境修復(fù)技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①污染物去除效率高；②單位噸水處理成本低，運(yùn)營維護(hù)簡單方便；③抗沖擊能力強(qiáng)，針對不同工況選擇不同結(jié)構(gòu)；④濕地植物不僅能凈化水質(zhì)，還能美化環(huán)境。正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，人工濕地技術(shù)已經(jīng)成為城鎮(zhèn)污水和農(nóng)村污水處理系統(tǒng)中重要組成部分，近年來已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。人工濕地污水處理系統(tǒng)主要由濕地墻體，濕地填料，濕地植物等組成，濕地填料通過吸附截留污水污染物、濕地植物通過根系的吸收沉淀以及微生物和動物的吸收降解等作用可以有效的去除污水中大量的營養(yǎng)物質(zhì)、懸浮物、重金屬、油脂及病原微生物等[2]。

目前國內(nèi)外對于潛流濕地處理污水的工藝研究比較多，國外專家及學(xué)者主要研究潛流濕地墻體及填料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，濕地內(nèi)水動力及水質(zhì)模擬，濕地填料組合及配比、深度、孔隙率，濕地植物的選擇，污染物的去除效率及微生物的馴化，而國內(nèi)主要對流濕地墻體及填料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，濕地植物的選擇，去除污水中污染物的效率，填料的組成及配比方面進(jìn)行研究。潛流濕地只要通過濕地填料和濕地植物作用凈化水質(zhì)，濕地填料有著不可替代的作用，一方面，濕地填料在潛流濕地污水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中占最大體積[3]，另一方面，填料在濕地中為濕地植物的生長提供扎根處，為微生物的附著提供載體，同時，填料本身可以吸收污水中氮磷等污染物，除此之外，填料自身的理化性質(zhì)對水體中污染物質(zhì)的去除和整個濕地系統(tǒng)的運(yùn)行都有一定的影響，填料的組成對污水有機(jī)負(fù)荷的大小，進(jìn)水水庫流速以及濕地系統(tǒng)的占地面積等因素有著較大的影響，因此，填料可以直接影響整個潛流濕地污水處理工藝的處理效果[4-5]。以下論文從潛流濕地污水處理系統(tǒng)填料的組合及配比，去除污染物的效率以及填料粒徑對污染物去除效率等方面展開綜述。

1 潛流濕地污水處理工藝中填料的組合及配比

對于潛流濕地而言，濕地填料的設(shè)計(jì)關(guān)乎到整個濕地系統(tǒng)的運(yùn)行效果，因此，填料的設(shè)計(jì)尤為重要。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)項(xiàng)目所在地的不同情況，設(shè)計(jì)不同的填料類型，這取決于不同地方的水質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)入濕地系統(tǒng)的污水的理化性質(zhì)，項(xiàng)目所在地的地質(zhì)條件和土壤類型以及填料的生產(chǎn)產(chǎn)地等各個因素。在選擇填料的過程中，我們應(yīng)綜合考慮以下幾點(diǎn)：(1)填料的水力滲透系數(shù)；(2)對污染物的去除效果；(3)填料的產(chǎn)地及運(yùn)輸。目前，潛流濕地污水處理工藝中常見的填料主要分為以下三大類：天然礦物、工業(yè)副產(chǎn)物以及人工合成填料。表1是國內(nèi)外經(jīng)過研究后推薦在潛流濕地污水處理工藝中推薦使用的填料[6]。

表1 潛流濕地污水處理工藝填料種類

在潛流濕地剛剛投入使用的時候，考慮到植物種植的問題，濕地填料大多選用滲透率較高的天然土壤，例如壤土(最小吸水率為13mm/h)、砂質(zhì)壤土(最小吸水率為25mm/h)、壤質(zhì)砂土(最小吸水率為51mm/h)等，且當(dāng)時設(shè)計(jì)的是單一的填料形式[7]，但是這種填料形式在使用一段時間后發(fā)現(xiàn)有很大的弊端，既達(dá)不到對單一污染物的去除要求，又不能對多種不同的污染物同時發(fā)揮作用，而且由于天壤土壤粒徑較小，孔隙率達(dá)不到規(guī)范要求，經(jīng)常會發(fā)生濕地堵塞無法運(yùn)行的現(xiàn)象。因此，根據(jù)具體項(xiàng)目的進(jìn)水污水的性質(zhì)特點(diǎn)以及污染物的種類及含量，專家提出針對性的對不同污染物的種類及含量進(jìn)行分析配比，通過配比組合出一種復(fù)合式填料，這種除了發(fā)揮各自對污染物的去除能力之外，還能通過各個填料之間的協(xié)同作用，從而達(dá)到更好水質(zhì)效果。研究表明[2]：利用廢磚塊和廢陶配比而成的混合填料體系和傳統(tǒng)的填料形式相比，對COD的作用較為明顯；利用沸石和石灰石配比而成的混合填料體系對總氮、總磷的去除效果均優(yōu)于單一的填料形式，在研究過程中發(fā)現(xiàn)，石灰石在潛流濕地系統(tǒng)中存在不利于微生物的生長，但是與沸石配比后，沸石起吸附氨氮作用，石灰石有利于促進(jìn)硝化作用，這兩種填料的配比后，發(fā)生協(xié)同作用，對總氮的去除效果較好。目前，對于潛流濕地填料應(yīng)用上沒有統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的配比規(guī)范及用法，在設(shè)計(jì)過程中只能按照之前的案例及經(jīng)驗(yàn)判斷使用填料的種類及配比，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，推薦使用以土壤基質(zhì)為基底，增加沸石，碎石，石灰石，礫石，陶粒等孔隙率符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，滲透系數(shù)較好，性質(zhì)穩(wěn)定，對污染物的去除能力較強(qiáng)且常見的幾種填料相互配比，形成新的復(fù)合填料形式。表2為近年來國內(nèi)外一些案例及研究經(jīng)驗(yàn)推薦使用的填料組成及配比。

表2 近年來國內(nèi)外一些案例及研究經(jīng)驗(yàn)推薦使用的填料組成及配比

2 潛流濕地污水處理工藝中填料對去除污染物效率的影響

因此，填料的類型，理化性質(zhì)、搭配方式及配比都會對濕地系統(tǒng)中的污染物去除效果產(chǎn)生顯著的影響。

3 潛流濕地處理工藝中填料粒徑對污染物去除效率的影響

填料的滲透系數(shù)是指在潛流濕地處理系統(tǒng)中，單位時間內(nèi)水在介質(zhì)中運(yùn)行的距離，是濕地污水處理系統(tǒng)中滲透性能的影響因素之一，整個濕地系統(tǒng)的滲透性對污水處理系統(tǒng)的水文效應(yīng)和去除污染物的能力有較大影響。 研究表明：潛流濕地中填料的粒徑直接影響到水力的傳導(dǎo)性能和孔隙率的大小，進(jìn)而直接影響整個濕地的水力停留時間(HRT)以及對污染物的去除效率。

對于濕地填料而言，在濕地中除自身對水質(zhì)凈化起作用外，還需要為微生物的附著提供載體，所以，需要選擇孔隙率和比表面積較大的填料介質(zhì)從而增加微生物的附著面積，增加微生物的附著面積，進(jìn)而提高濕地系統(tǒng)對污染物的去除效率。在濕地運(yùn)行的過程中，微生物不斷在填料上附著，填料間就會生成許多微小的不溶物質(zhì)，易造成濕地堵塞，導(dǎo)致濕地發(fā)生雍水狀況，在填料設(shè)計(jì)過程中，這也是不可忽視的一個因素。

綜上所述，濕地系統(tǒng)的填料粒徑越小，各系統(tǒng)對污染物的處理效果越好，但隨著粒徑的減小，系統(tǒng)水頭損失變大，容易發(fā)生堵塞[11]。合理的填料粒徑可以保證濕地的正常運(yùn)行以及運(yùn)行效果，趙文喜等研究表明[12]：礫石填料的常用尺寸為3～6、5～10、6～12mm，當(dāng)潛流濕地的上、下行流分別設(shè)置0～4mm(300mm厚)、4～8mm(100厚)、4～8mm(500mm厚)、8～16mm(350mm厚)的碎石填料時，可以有效防止?jié)摿鳚竦匕l(fā)生堵塞問題，同時也能保證濕地的去污效果。

4 總結(jié)與建議

綜上所述，目前國內(nèi)外對于填料的研究主要需要從三個方面進(jìn)行：

(1)研究填料本身及填料間對于污水污染物的去除效果，特別對于單一填料的特異性功能及各填料間的協(xié)同作用對于污染物的影響，優(yōu)化不同填料間的組合和配比。

(2)對具體的填料通過物理、化學(xué)和生物的方式進(jìn)行改造，目的是通過人工的方式增加填料本身的吸附能力，增大填料的比表面積以及孔隙率等，使其在去除污水污染過程中發(fā)揮更好的作用。

(3)在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)具體的地質(zhì)條件、污水的理化性質(zhì)、水流方式進(jìn)行具體的分層設(shè)計(jì)，在濕地進(jìn)水端和集水端設(shè)計(jì)粒徑較大的填料，主要處理區(qū)設(shè)計(jì)有利于污染物去除的填料，亦可以上下分層，多層填料設(shè)計(jì)有利于控制濕地填料的滲透系數(shù)，降低濕地堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，增加濕地的去污效果。