人工濕地日常維護

人工濕地&小微濕地基礎知識培訓九）人工濕地常見問題及日常維護引言 11人工濕地防滲的必要性 12人工濕地防滲技術要求 錯誤!未定義書簽。3人工濕地常用的防滲技術 錯誤!未定義書簽。3.1黏土防滲 錯誤!未定義書簽?；炷练罎B墻技術 錯誤!未定義書簽。膨潤土防滲毯防滲技術 錯誤!未定義書簽。膜料防滲 錯誤!未定義書簽。4復合土工膜防滲技術 錯誤!未定義書簽。4.1概述 錯誤!未定義書簽。復合土工膜的作用機理 錯誤!未定義書簽。復合土工膜的選擇 錯誤!未定義書簽。復合土工膜技術特點 錯誤!未定義書簽。復合土工膜施工工藝與施工技術研究 錯誤!未定義書簽。人工濕地維護引言人工濕地作為一種新型的處理技術，在水環(huán)境保護中具有重要的意義和廣闊的應用前景。隨著人工濕地處理工程數(shù)量的增多，迫切地需要建立科學的管理制度和維護方法，以充分發(fā)揮其美化水環(huán)境和提升人文環(huán)境的雙重作用。本文對人工濕地處理系統(tǒng)中水位控制、進出水裝置維護、護堤維護、植物管理、氣味控制、蚊蠅控制和野生動物管理等方面進行了分析探討，系統(tǒng)論述了人工濕地處理系統(tǒng)在運行管理和維護中需要考慮的主要事項。對將來建立完善的人工濕地處理系統(tǒng)的管理體系具有一定的借鑒意義人工濕地存在的問題有機質(zhì)累積和堵塞問題人工濕地能有效地去除污水中的有機物、懸浮物、TN、TP、重金屬和病原體等污染物質(zhì)。但是，濕地通常都供氧不足，隨著時間的推移，被截留的懸浮物在濕地中存在積累現(xiàn)象，還有微生物的增長（相當于活性污泥的增長），都會使基質(zhì)層的滲流能力減弱，如果維護不當，便很容易產(chǎn)生淤積、阻塞現(xiàn)象，使水力傳導性、濕地處理效果和運行壽命降低。隨著污水處理過程的不斷運行，數(shù)年內(nèi)基質(zhì)的吸附能力通常會趨于飽和，也會影響濕地的處理效果。排除淤積、飽和現(xiàn)象的最佳途徑是要在有備用池的前提下，定期地對基質(zhì)進行去淤、更換，對植物進行收割。處理能力難以提高問題從人工濕地對污染物去除機理可以看出，污染物的去除主要是通過，微生物作用，基質(zhì)吸附和植物吸收等幾個方面。然而僅靠植物的輸氧不能充分滿足微生物活動的需求，基質(zhì)吸附會達到動態(tài)平衡，植物的直接吸收量較低，如通過對濕地植物的收割對氮、磷的去除量小于20%。因此人工濕地運行穩(wěn)定后，處理能力要想進一步提高比較困難。植物的輸氧能力問題植物輸氧能力問題倍受關注，人們普遍認為濕地植物能夠把氧傳輸至植物根部并釋放，使周圍的微環(huán)境依次呈現(xiàn)出好氧、缺氧和厭氧的狀態(tài)，并主要通過微生物的作用來去除污水中各種污染物。然而早期的工作表明，用于三級或者深度處理的濕地并不適合用于處理污染較嚴重的污水，低負荷運行的處理機制不適用于污染較嚴重的城市污水，因為按好氧機制處理該污水需要大量的氧氣。實踐和研究己經(jīng)表明，從植物根部滲透的少量氧氣相對于城市污水的實際負荷所需要的氧氣來說是微不足道的，如蘆葦、沉水植物、浮葉植物分別為0.02-12、0.5-5.2、0.25-9.6g/(m2?d),可見濕地植物傳輸?shù)难鯕馐怯邢薜?。人工濕地的持續(xù)利用問題人們建造濕地處理污水的原因之一是因為人工濕地往往比天然濕地有更高的凈化能力,但人工濕地的處理功能并不是能長久保持的,幾年之后就可能演變成自然濕地特性。因此,如何長久保持人工濕地的處理能力是值得研究的一個課題。如，Startin等人認為一般處理城市徑流的人工濕地壽命是20?25年，25年左右就應該將填料和沉積在濕地內(nèi)的沉淀物全部清除。孳生蚊蟲和散發(fā)氣味的問題這一類問題往往發(fā)生在污染物濃度較高的濕地，濕地有足夠的水分，因此它往往又是許多疾病載體的良好生境，例如蚊子、蒼蠅、釘螺等就易在濕地中滋生。為了避免蚊蠅釘螺爆發(fā)，盡可能清除水體表面殘余的植被，以利于水體通風透光和蚊蛹的捕食者靠近并消滅它們；引入寄生蚊蠅體內(nèi)的線蟲；灌入污水的有機物濃度不要太高，以避免水體形成過度的厭氧狀態(tài)；應用對環(huán)境無污染、無殘留效果的化學試劑人工滅螺。然而，這些害蟲的繁殖速度極快，且適應能力強，欲通過上述幾種方法徹底殺滅它們是不可能的。因此，如何控制這些害蟲及其疾病傳播途徑亦是今后濕地研究工作所不容忽視的。不良氣味可能是人工濕地用于污水處理的另一個問題。實際上，幾乎所有的濕地，不論是自然的還是人工的，一般都會有一定的氣味，而且氣味隨溶解氧量或流入的水質(zhì)不同而不同，其中在厭氧條件下最易產(chǎn)生不良氣味。氣味太重不僅惡臭難聞，使參觀者與管理者都敬而遠之，而且會使?jié)竦刂械膭又参镏舷⑺劳?，人和動物食用了濕地生物后也可能會累積毒素而產(chǎn)生不良后果。不良氣味主要來自逸出的NH3、H2S以及N和S的各種揮發(fā)性有機合物等。降低BOD水平可減低難聞氣體的產(chǎn)生，但如何有效控制，目前似乎還無良策。人工濕地堵塞問題人工濕地的阻塞現(xiàn)象堵塞(clogging)是一種自然現(xiàn)象。人工濕地系統(tǒng)作為一種有效的污水土地處理技術，堵塞是影響其應用和推廣的主要因素之一。當堵塞現(xiàn)象發(fā)生時，使得廢水的有效停留時間減少，原來的流動路徑短路，廢水在濕地表面徑流，影響濕地長期運行的穩(wěn)定性，甚至使?jié)竦叵到y(tǒng)失去其應有的功能。當基質(zhì)堵塞和發(fā)生持續(xù)淹水時，凈化效率將顯著下降。堵塞過程一般可分為以下三個發(fā)展階段。第一個階段是滲透速率接近系統(tǒng)開始運行時的滲透速率，但呈現(xiàn)逐漸下降趨勢；接著是一個實質(zhì)性的平穩(wěn)下降階段；最后是間歇的系統(tǒng)堵塞階段直至持續(xù)堵塞發(fā)生。有學者指出濕地系統(tǒng)在未達到平衡狀態(tài)之前，堵塞僅僅依靠有機負荷。濕地系統(tǒng)達到平衡之后，當有機物積累到一定程度，沉積在濕地表面的有機物形成了一層黑色粘膜，包括厭氧分解產(chǎn)物，比如多糖類物質(zhì)和聚脲類物質(zhì)，以及由于受低溫限制而沒有發(fā)生化學變化的有機化合物，導致了系統(tǒng)孔隙的外部堵塞，沉積在孔隙內(nèi)的有機物導致了孔隙內(nèi)部的堵塞。人工濕地堵塞機理由于濕地堵塞問題十分復雜，因此堵塞的機理比較難以闡述，目前國內(nèi)外針對人工濕地堵塞的機制、對策而專門開展的研究還比較少，簡單的說，堵塞機制和原因可歸結為物理、化學、生物三個方面。堵塞的物理機制：首先，填料粒徑分布對孔隙大小和水容量有決定性的影響，它是影響土壤堵塞的主要因素，粒徑大小對土壤堵塞的恢復也很重要。其次，堵塞層的機械壓縮會造成填料孔隙率的減少，也是濕地堵塞的原因之一，如果填料中土壤耐水性團粒穩(wěn)定度較低，團粒在長期浸水的情況下膨脹崩解變成細微的粘土粒子且在滲水作用下不斷向下移動形成致密的不透水層，最終導致堵塞。最后，濕地基質(zhì)孔隙堵塞的另一個主要原因是難降解有機物的積累，詹德昊等研究表明有機質(zhì)含量與基質(zhì)深度負相關，濕地系統(tǒng)中有機質(zhì)含量與基質(zhì)滲透系數(shù)呈明顯的負相關性。堵塞的化學機制：影響基質(zhì)孔隙幾何形狀及穩(wěn)定性的因素有很多，如基質(zhì)中水相的電解質(zhì)濃度、有機物組成、pH、氧化還原電位以及固相的礦物成分、表面特性等，這些因素決定了基質(zhì)的飽和水力傳導系數(shù)。有文獻指出當基質(zhì)中有較多Ca2+存在時，如果進水中含有大量置換能力強的H+、Na+等陽離子，這些離子會與Ca2+發(fā)生置換反應，若同時有SO42-存在，便會形成難溶性物質(zhì)并造成堵塞。堵塞的生物機制：由于廢水中連續(xù)的營養(yǎng)物質(zhì)的供應，系統(tǒng)內(nèi)生物量的產(chǎn)生也是影響堵塞的一個因素，微生物對人工濕地的堵塞起著不可忽視的作用。濕地中積累的腐殖質(zhì)與細菌分泌的一些胞外多聚物很容易形成高含水量、低密度的膠狀淤泥，造成濕地的堵塞。此外，濕地中硫還原細菌，產(chǎn)甲烷菌以及生物脫氮作用產(chǎn)生的氣體所形成的包氣帶也可能是堵塞的原因之一。另外由于濕地系統(tǒng)中植物能夠向系統(tǒng)中貢獻較多的有機物，因而植物對系統(tǒng)的堵塞也有很大的影響。植物殘體及其分泌物也是人工濕地有機質(zhì)的重要來源之一，有報道稱人工濕地約27%的孔隙堵塞源于濕地植物的根與地下莖，73%是由于進水及植物地上部分殘體所造成的有機物積累。2.3人工濕地堵塞原因分析根據(jù)文獻及結合本試驗的發(fā)現(xiàn)，孔隙堵塞現(xiàn)象發(fā)生主要有下列原因：過量沉積作用造成的堵塞。包括過量的SS吸附和沉淀，過多的動植物腐爛物（如植物根系、莖葉、死亡微生物尸體等）沉積。濕地床填料的孔隙不均勻，填料中的細小顆粒在濕地床長期運行中會隨著水流進入填料小孔內(nèi)。微生物的生長在濕地基質(zhì)表面形成一層生物膜，隨著微生物的生長，生物膜的厚度增加，基質(zhì)孔隙會隨之減小。植物根系發(fā)育占據(jù)一定的孔隙，但腐爛根系又使新的孔隙生成。無機凝膠體對于孔隙的填充和不溶性的磷酸多鈣鹽、CaCO3的沉淀和沉積。在本試驗濕地中，采用的波形潛流形式加長了水力流程長度，使水流形式更為復雜，從而導致水頭損失加大，加劇了濕地堵塞的危險。2.4人工濕地預防堵塞措施人工濕地堵塞后，目前還沒有很好的恢復對策。國外流行的做法是讓堵塞后的床體經(jīng)過幾個星期的停床休整來部分恢復滲透性，而輪休期的長短則取決于天氣條件。間歇的投水方式和適當?shù)臐竦馗苫趯τ谙到y(tǒng)避免堵塞也是必要的。為了維持濕地長期穩(wěn)定高效的凈化效果，必須做好預處理措施，同時采用高空隙率的填料和優(yōu)良的挺水植物。在系統(tǒng)運行期間，可通過采用下列方法對系統(tǒng)進行維護，以恢復系統(tǒng)的滲透性能，解決系統(tǒng)堵塞的問題。選擇合適的填料粒徑及級配粒徑較大的基質(zhì)可以有效地防止堵塞的發(fā)生，但過大的粒徑會縮短水力停留時間，影響凈化效果，因此需要在保證凈化效果和防止堵塞兩者之間選擇一個最佳平衡點；對于有多層填料的垂直流人工濕地，除填料粒徑，不同粒徑填料之間配比的選擇也十分重要。清理系統(tǒng)植物濾池的表面有助于改善系統(tǒng)的滲透性。我們發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)運轉一年以后，植物濾池表面有許多植物落葉，因而每年對池內(nèi)的植物裁剪兩次對于保持系統(tǒng)的滲透性是較好的。減少由植物造成有機物堵塞的辦法是選擇一種植物品種，其殘留物中所含難降解化合物的水平較低，或者定期收割植物的地上部分以及定期去除系統(tǒng)表面積累的腐爛物質(zhì)，以降低濕地的降解壓力。加強污水的預處理，主要是為了去除污水中的懸浮物質(zhì)，以減少懸浮物對系統(tǒng)造成堵塞?？勺鳛闈竦仡A處理系統(tǒng)的工藝包括：1）一級與強化一級；2）二級生化；3）篩濾；4）厭氧生物處理；5）混凝－沉淀；6）其他處理工藝。更換濕地表層填料，人工濕地中有機物的積累主要發(fā)生在表層，有機質(zhì)積累對水力傳導性和凈化效果均有一定影響。因此定期更換濕地表層填料可以防止?jié)竦乇韺拥亩氯?，保持人工濕地的穩(wěn)定運行，但缺點是對大規(guī)模的濕地而言，其工程量過大。間歇的投水方式和適當?shù)臐竦馗苫趯τ诒苊舛氯彩潜匾?。人工濕地維護相對于傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)而言，人工濕地系統(tǒng)的運行管理要簡單的多，但不能因此忽視運行管理給人工濕地系統(tǒng)帶來的影響?？茖W的運行管理不僅可以保持人工濕地處理系統(tǒng)對污染物穩(wěn)定、高效的去除效果，減少危害人工濕地使用壽命的情況發(fā)生，同時通過適當?shù)墓芾砭S護，可以解決人工濕地可能帶來的一些生態(tài)問題，充分發(fā)揮其美化環(huán)境、豐富物種的社會效應。3.1水位的控制對于一個設計良好的人工濕地來說，水位控制和流量調(diào)整是影響其處理性能的最重要的因素。水位的改變不僅會影響人工濕地處理系統(tǒng)的水力停留時間，還會對大氣中的氧向水相擴散造成影響。當水位發(fā)生重大變化時，要立即對人工濕地處理系統(tǒng)進行詳細的檢查，因為這可能是滲漏、出水管的堵塞或護堤損壞等情況造成的。在冬季進行適當?shù)乃徽{(diào)整可以阻止?jié)竦乇鶅?。在深秋氣候寒冷時，可以將水面提升50cm左右，直到形成一層冰面。當水面完全冰凍后，通過調(diào)低水位在冰凍層下形成一個空氣隔離層，由于上面冰雪的覆蓋，可以保持濕地系統(tǒng)中具有較高的水溫。表面流型及潛流型人工濕地均可以采用這種方法來提高其在冬季的處理效果。而對于潛流型人工濕地來說，植物生長時，保持濕地的水位極其重要。有關研究表明，在人工濕地建立初期，當植物成活后，可以通過降低水位來刺激其地下根的伸展。這種技術在歐洲已經(jīng)很成熟，當水位降低后，迫使植物根系向下發(fā)展以滿足生長對水的需求，從而刺激了植物根系向下的生長。同時，很多技術人員也發(fā)現(xiàn)，在植物的生長季節(jié)每個月將濕地排干一次，然后馬上升高水位，可以將氧氣帶入濕地。這不僅有助于氧化沉淀在濕地里的有機碳化物、硫化鐵和其他缺氧化合物，并且可能抑制細菌的活性。AleksandraDrizo等研究發(fā)現(xiàn)，采用鋼渣為填料的潛流型人工濕地，放空并停用4個星期足以恢復填料74%的滯磷能力。對于表面流型人工濕地，水位的調(diào)整與植物的生長也有密切聯(lián)系。啟動階段水位應該逐步提高，以免植物幼苗被淹死或脫離土壤隨水漂走。在該系統(tǒng)運行期間，管理者可以考慮在每年春天降低水位以促進新芽的生長。這樣做可以使陽光更容易穿透水體照射到喜光的植物上。當新芽長出水面后，管理者應該升高水位。當然并不是所有的系統(tǒng)都能夠在春天時采用這個方法來增加植物生長量，因為降低水位會影響水力停留時間，進而影響出水水質(zhì)。進出水裝置的維護為了獲得人工濕地處理系統(tǒng)預期的處理效果，保持進出水流量的均衡性是非常必要的，這就要求管理者對進出水裝置進行定期維護。對進出水裝置要進行周期性的檢查并對流量進行校正。同時要定期去除容易堵塞進出水管道的殘渣。對于使用格柵的人工濕地處理系統(tǒng)，必須定期清洗以防止細菌過量生長，這些細菌在低流量的情況下可能會影響水的流量分布。可以采用高壓水槍或機械方法對浸沒在水中或埋在填料中的進出水管道進行定期的沖洗。入流污水中的懸浮固體會在潛流型人工濕地系統(tǒng)的進水段慢慢積累。這些積累物減少了濕地系統(tǒng)中填料間的空隙，從而減少了系統(tǒng)的水力停留時間，使水力傳導性下降，嚴重時會使水面升高而導致漫流。對于調(diào)節(jié)裝置設計合理的濕地系統(tǒng)，可將水位降低幾英寸，這相當于增大了濕地系統(tǒng)的坡度，使水的流速加快，從而克服堵塞增加的水流阻力。當濕地系統(tǒng)的漫流情況非常糟糕時，需要將系統(tǒng)前端1/3部分的植物挖走，并挖出填料，更換上新的填料并重新種植植物。為了避免發(fā)生類似的情況，對于那些懸浮固體負荷較高的污水，如具有較高濃度藻類的穩(wěn)定塘出水，并不推薦采用潛流型人工濕地。3.3護堤的維護要經(jīng)常對護堤進行檢查，防止水面以下護堤的外部斜坡面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，過多的或顏色異常暗綠的植被生長都是出現(xiàn)滲漏的癥狀。定期清除護堤和堤面上的雜草，以免雜草蔓延到人工濕地處理系統(tǒng)中與濕地植物形成強有力的競爭。對于較淺的潛流型人工濕地處理系統(tǒng)，定期去除濕地床中的樹苗也是非常必要的。因為隨著樹木的生長，其根系可能會穿透防滲膜墊層，同時成熟的樹木會遮擋陽光，抑制濕地水生植物的生長。3.4植物的管理對于設計合理并投入運行的人工濕地處理系統(tǒng)來說，常規(guī)的植物管理維護并不是必需的。因為植物群落具有良好的自我維護性。它們生長、死亡，在下一年又會繼續(xù)生長。在環(huán)境條件合適的情況下，植物會自然地蔓延到未播種的地方，也會從那些環(huán)境壓力較大的地方遷移。管理者可以通過收割的方式，控制植物向開闊水域的蔓延。植物管理主要是維護那些預先種在人工濕地處理系統(tǒng)中的植物種群。正如前面所說，可以通過調(diào)節(jié)水位來促進植物的生長，對于那些植物量不足的濕地系統(tǒng)，還可能需要采用降低進水負荷、施用殺蟲劑或重新種植的方式來改善這一情況。對于潛流型濕地系統(tǒng)產(chǎn)生的雜草，從廢水處理的角度來說，這并非完全是壞事，然而雜草會影響系統(tǒng)的美觀，有些雜草還會對濕地植物形成強有力的競爭，因此也要看情況進行清除，可以通過春季淹水或手工去除的方法來控制雜草的生長及蔓延。植物的收割和葉片的去除要根據(jù)濕地系統(tǒng)的設計來定。對于表面流型人工濕地來說，死的植物殘體會隨水漂流，堵塞水位控制裝置，如果不去除，還會溢出堤堰而影響出水質(zhì)量，這種情況在秋季尤為明顯。同時，滯留在人工濕地中的濕地植物會分解出大量的N、P及有機物等，使相應污染物的出水濃度增高。但也有學者指出，在表面流型人工濕地土壤層以上形成的落葉沉積層能夠強化硝酸鹽的去除效率[8]。因此表面流型人工濕地系統(tǒng)可根據(jù)處理目標及出水效果的實際情況來決定是否進行植物收割及去除葉片。對于一個設計及管理良好的潛流型人工濕地處理系統(tǒng)來說，收割植物并不是一定要做的。清除死的植物能夠使來年春天新的植物生長的更旺盛。冬天燃燒植物可以用來控制害蟲，而留一些落葉可以增加砂礫表面的絕熱性，使?jié)竦叵到y(tǒng)內(nèi)維持較高的溫度[9]。在植物生長高峰季節(jié)收割植物有利于去除系統(tǒng)中的氮含量，對系統(tǒng)中磷的去除非常有限，而這與收割成本相比可能并不合算。不過從審美的觀點來看，在每年秋天收割植物后會使來年春天植物生長的更加旺盛和美觀。3.5氣味的控制對于潛流型人工濕地來說，氣味基本上不會成為人工濕地處理系統(tǒng)令人厭惡的問題。而表面流型人工濕地如果進水負荷過高，會形成厭氧的水域，釋放出難聞的氣體。這種情況主要是由于進水的有機負荷過高或氨氮負荷過高造成的因此降低有機物和氮的負荷可以控制濕地系統(tǒng)散發(fā)出難聞的氣味。由于植物能夠?qū)⒀鯕鈧鬏數(shù)较到y(tǒng)中，因此在布局上可以將那些開闊的水域分散在種植較多植物的水域中[4]。如果人工濕地由于厭氧情況使出水中含有較多的硫化氫，那些本來用于向出水中傳輸氧氣并作為景觀的小瀑布和跌水等結構，會將水中的硫化氫解吸出來，使這種難聞的氣味彌漫到附近的空氣中。3.6蚊蠅的控制由于蚊子能夠傳染疾病，影響人類的健康，因此蚊子的控制是表面流型人工濕地處理系統(tǒng)必須考慮的生態(tài)問題。尤其當人工濕地處理系統(tǒng)離人類居住區(qū)較近時，這個問題如果得不到解決，會引起附近居民的反感。雖然無法做到根除濕地系統(tǒng)中產(chǎn)生的蚊蠅，但通過大量的研究，已經(jīng)形成了一些比較成熟的控制蚊蠅的方法。保持人工濕地系統(tǒng)中水體流動是非常有利于減少蚊蠅數(shù)量的，可以通過水泵提取或在水面安置機械曝氣設備來強化邊緣水域的水體流動，這不利于蚊蠅幼蟲的發(fā)育，同時會增加水中的溶解氧含量，有利于提高出水水質(zhì)。也可以在人工濕地系統(tǒng)中設置灑水裝置，通過向水面灑水來阻礙蚊蠅向水中產(chǎn)卵，這樣不僅可以達到控制蚊蠅的目的，還可以和水景觀結合起來增加濕地系統(tǒng)的觀賞性。濕地系統(tǒng)中高大的挺水植物成熟后容易發(fā)生彎曲或伏倒在水面上，這種生