人工濕地系統床體中的氧環境及濕地床體的復氧能力是決定有機物與氨氮去除的主要因素,直接影響濕地對污染物的凈化效果及正常運轉。作為一種新型強化人工濕地,潮汐流人工濕地可以通過潮汐運行過程中床體浸潤面變化產生的孔隙吸力將大氣氧吸入床體,進而明顯提高了濕地床的氧傳輸量和污染物的凈化效果。

一、潮汐流人工濕地污水強化處理技術

人工濕地是一種通過模擬自然濕地并由人工設計和建造的具有可控性和工程化特點的生態污水凈化技術。傳統的人工濕地主要可分為兩大類:表面流人工濕地系統和潛流人工濕地系統。潛流濕地系統又可根據水流在濕地床內的流動方向分為水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。與自然濕地相類似的是表面流人工濕地主要利用生長在植物莖、桿上的生物膜來去除污染物,因而這種濕地系統難以充分發揮濕地介質及植物根系對污染物的降解作用,雖具有投資少、操作簡單等優點,但處理效果差、易傳播病菌、受氣候影響大,冬季表層結冰,夏季易滋生蚊蠅和建設面積大。潛流人工濕地系統可以充分利用填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料截流等作用,具有水力負荷與污染負荷承受能力大,對BOD5、COD、TSS等處理效果好,受氣溫影響較小,衛生條件好等優點,但是其建造、維護、控制相對復雜,成本相對較高。

潮汐流人工濕地作為一種新型的強化濕地系統是通過利用床體飽和浸潤面的潮汐運行產生的孔隙吸力將大氣中的O2吸入床體,使濕地床體中的氧傳輸量及利用率有了明顯提高,進而強化濕地對污染物的凈化效果。根據Austin等的報道,與曝氣人工濕地相比處理相同體積的污水,潮汐流人工濕地所消耗的能量及占地面積是曝氣人工濕地的一半,既保證了處理效果和處理量,還降低了能耗,縮小了占地面積,具有很好的發展前景。

二、案例分析

目前已有的針對渾河沈陽-撫順區域重污染支流污染選用潮汐流人工濕地處理的應用實例發現,潮汐流人工濕地技術對氨氮的去除效果比潛流型人工濕地高出約30%,且在低溫條件下(水溫為9~13℃)潮汐流人工濕地對氨氮去除率仍可達34%,并提升了河道整體的工藝景觀效果,說明潮汐流人工濕地對于北方地區重污染支流具有較好的治理效果,具有較高的推廣價值。

總之,雖然潮汐流人工濕地較高的氧利用率及較好的復氧能力可以強化硝化過程的發生,使NH4+-N最大程度的被氧化為NO3–N,然而濕地床體中較好氧環境卻直接限制了反硝化過程的發生,使得系統出水中富集大量的NO3–N,直接限制了其對TN的徹底脫除。因此,如何在維持潮汐流人工濕地強硝化能力的基礎上,適當調控潮汐流人工濕地的復氧量和氧化還原環境,將是探究潮汐流人工濕地強化脫氮的重要內容。我們可以通過延長淹沒時間控制潮汐流人工濕地內部呈厭氧環境,來提高系統反硝化能力,進而提高其對TN的去除率。