人工濕地因其成本低廉,、易于維護(hù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在此類地區(qū)具有廣泛的應(yīng)用前景。截至目前,，人工濕地已被證明是處理生活污水的一種經(jīng)濟(jì)有效的手段,，并且已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，取得了較理想的效果,，成為生活污水處理的主流工藝之一,，尤其適宜在農(nóng)村推廣。

但從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看,，我國(guó)北方寒冷地區(qū)城鎮(zhèn)集約化程度不高,小城鎮(zhèn)數(shù)量眾多,、地點(diǎn)分散、污水無(wú)害化處理設(shè)施缺乏,。受到低溫脅迫的影響,，在北方寒冷地區(qū)，人工濕地運(yùn)行周期短,，甚至冬季無(wú)法運(yùn)行,，從而限制了該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用,。

1.低溫對(duì)人工濕地去除效率的影響

低溫對(duì)有機(jī)物和ss去除效率的影響低溫條件下，大部分植物枯死,，微生物活性降低,，限制了去除效率。不溶性有機(jī)物通過(guò)濕地的沉降和過(guò)濾被生物利用,；可溶性有機(jī)物被微生物代謝得到去除，最終生成CO2和H2O,。污水中SS的去除是由于植物根系,、密集的填料相互協(xié)同，對(duì)污染物物理沉降,、截留和過(guò)濾作用實(shí)現(xiàn)的,。冬季植物根系仍然可以起到攔截作用，故對(duì)SS去除效率較高,。

2.低溫對(duì)脫氮除磷的影響

冬季低溫條件下,，人工濕地脫氮除磷的效率普遍較低。冬季低溫會(huì)阻礙植物的正常生長(zhǎng),，導(dǎo)致其生物量和對(duì)營(yíng)養(yǎng)物需求的變化,，使 植物 對(duì)氮磷去除率下降。低溫條件下,，微生物 的新陳代謝受到影響,，數(shù)量和活性下降。脫氮微生物受低溫影響較大,，有研究表明,，硝化作用在4℃以下趨于停止，而硝化作用是除氮的限制步驟,，故冬季人工濕地脫氮效率降低,。低溫條件下，水體中 溶解氧 的缺乏將影響聚磷菌過(guò)量吸收磷,，同時(shí)微生物原先在好氧環(huán)境下過(guò)量吸收的磷又重新釋放,。如果水力停留時(shí)間縮短，過(guò)大的流速可能將系統(tǒng)中沉積的磷素沖出,，造成整體上磷去除率的下降,。

低溫條件下強(qiáng)化人工濕地措施

人工濕地冬季運(yùn)行效果不佳，是制約著中國(guó)北方地區(qū)廣泛應(yīng)用的主要因素之一,。通過(guò)冬季運(yùn)行實(shí)踐匯總,，發(fā)現(xiàn)采取適當(dāng)?shù)亩颈卮胧ㄈ绫砻娓采w、對(duì)裸露地面的輸水設(shè)施進(jìn)行保溫等）和優(yōu)化運(yùn)行管理方式（如強(qiáng)化預(yù)處理,、連續(xù)進(jìn)水,、定水位出水,、保持適當(dāng)進(jìn)水量等），保證了人工濕地冬季的穩(wěn)定運(yùn)行及各類污染物的高效去除,。說(shuō)明人工濕地在中國(guó)北方冬季低溫運(yùn)行是可行的,。在采取適當(dāng)措施后，北方潛流濕地的冬季運(yùn)行仍可維持較好的處理效果,。

1.保溫

低溫條件下人工濕地在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)注重保溫,，覆蓋隔離物是最簡(jiǎn)單有效的方法之一。通常認(rèn)為好的覆蓋物應(yīng)具有以下性質(zhì)：分解不會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)二次負(fù)荷,；pH值中性,，有營(yíng)養(yǎng)平衡成份；結(jié)構(gòu)蓬松,，隔熱效果好,，不會(huì)堵塞濾床；保水性好,。

2.優(yōu)化配置

①優(yōu)化設(shè)計(jì)濕地類型

低溫條件下冰凍現(xiàn)象頻繁,，表面流人工濕地的水在表層流動(dòng)，表層冰使水流緩滯,，微生物活性降低,，同時(shí)冰層阻隔了大氣復(fù)氧，使得去除效果不理想,。有研究表明,，表面流人工濕地在冬季的處理效果下降明顯。潛流人工濕地水在內(nèi)部流動(dòng),，水力負(fù)荷較高,。而土壤層保溫效果好，植物的根系充分發(fā)揮截留污染物的作用,，同時(shí)微生物受氣溫影響較小,，去除污染物效果好。故潛流人工濕地的運(yùn)行要優(yōu)于表面流人工濕地,，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮,。

②優(yōu)化篩選濕地植物

低溫條件下人工濕地應(yīng)選擇耐寒、生長(zhǎng)周期相對(duì)長(zhǎng)的植物,。試驗(yàn)結(jié)果表明,，油菜、黃花鳶尾,、水芹,、燈心草、虎耳草、桂花,、花菖蒲可作為冬季人工濕地的選擇植物,。研究發(fā)現(xiàn)，在低濃度的含氮磷水環(huán)境中,，水蔥脫氮除磷能力較強(qiáng),。利用菹草、伊樂(lè)藻和西伯利亞鳶尾組合的人工濕地在冬季也能保持良好的凈化效果,。除此之外,，適宜冬季人工濕地的植物還有水鱉和浮萍。

③優(yōu)化選擇濕地基質(zhì)

低溫條件下應(yīng)選用孔隙率大,、通氣性好,、比表面積大的基質(zhì)?；|(zhì)對(duì)磷的吸附主要是化學(xué)吸附，基質(zhì)在濕地除磷方面起主要作用,。一般認(rèn)為基質(zhì)的類型有天然基質(zhì),、工業(yè)廢料和人工合成材料等。天然基質(zhì)中除磷效果較好的有頁(yè)巖,、石灰石,、沸石等。工業(yè)廢料中比較優(yōu)越的有鋼渣,、高爐渣和煤灰渣,，但是鋼渣出水的pH值過(guò)高。人工合成材料又包括改性材料,、金屬氧化物及鹽類材料等,。人工合成材料的處理效果好，但是價(jià)格略高,。應(yīng)充分發(fā)揮各種基質(zhì)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行組合應(yīng)用池,，以達(dá)到更好的處理效率。

3.其他措施

①預(yù)處理

冬季低溫條件下,，濕地前端可以設(shè)置預(yù)處理單元,，以減輕濕地的運(yùn)行負(fù)荷，同時(shí)預(yù)處理單元可以降低污染物負(fù)荷,。預(yù)處理構(gòu)筑物可以是沉淀池,、化糞池和厭氧消化池等。

②人工曝氣

低溫條件下,，人工曝氣會(huì)提高水中的溶解氧,，提高硝化效率和磷的去除率。曝氣后水流條件改善，可以防止基質(zhì)堵塞,。植物和微生物活性的提高,、數(shù)量的增殖，也將為氮磷的去除助力,。

③降低水力負(fù)荷

冬季冰凍現(xiàn)象和基質(zhì)的堵塞會(huì)導(dǎo)致水力停留時(shí)間縮短,，無(wú)法滿足氮磷去除所需要的時(shí)間。同時(shí)水力負(fù)荷增大會(huì)將系統(tǒng)中原有的磷素帶出,，影響處理效率,。故在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低水力負(fù)荷,。

④補(bǔ)充碳源

污水中C/N是影響反硝化的關(guān)鍵因素之一,，冬季普遍水中的碳源不足而導(dǎo)致氮磷去除效果下降。研究結(jié)果表明,，在硝氮濃度高的污水中,，補(bǔ)充有機(jī)碳源可以提高除氮效果。研究發(fā)現(xiàn),，C/N對(duì)生物溶磷的影響很大,，在C/N為35：1之前溶磷量的值與C/N值呈正相關(guān)。

冬季組合工藝處理灌溉尾水的運(yùn)行效果

一般而言,，經(jīng)適度處理后的生活污水可用做灌溉用水,、養(yǎng)殖業(yè)的衛(wèi)生用水和環(huán)境用水等。其中灌溉所需的水量最大,，且對(duì)污水的處理程度的要求相對(duì)較低,，是比較容易實(shí)現(xiàn)的資源化利用途徑，其主要污染物含量與農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求比較接近,。

采用“水耕蔬菜人工濕地+垂直流人工濕地”組合工藝處理灌溉尾水,，由于水耕蔬菜人工濕地具有較強(qiáng)的顆粒態(tài)污染物截留去除作用，放置在組合工藝中的前端去除大部分顆粒性污染物,，減緩或消除垂直流人工濕地堵塞現(xiàn)象的發(fā)生,，并充分利用垂直流人工濕地對(duì)溶解態(tài)氮磷去除的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提高工藝的水質(zhì)凈化效果,，有效控制氮磷污染物向環(huán)境的流失,。

溫度是影響人工濕地運(yùn)行效果的重要的因素之一，而冬季由于農(nóng)田需水量的減少,，會(huì)產(chǎn)生大量農(nóng)灌尾水,，因此針對(duì)系統(tǒng)冬季的處理效果下降問(wèn)題，采取保溫強(qiáng)化措施,，系統(tǒng)在保溫條件下的污染物去除特性,，以及水力負(fù)荷等工藝參數(shù)的優(yōu)化,。

水力負(fù)荷對(duì)水耕蔬菜人工濕地污染物去除效果的影響

水力負(fù)荷對(duì)人工濕地污染物的去除具有重要影響，特別是在冬季其影響更為顯著,，在冬季一般采用降低水力負(fù)荷來(lái)提高出水水質(zhì),。

采用大棚保溫措施，系統(tǒng)進(jìn)出水水溫均高出未采取保溫強(qiáng)化措施系統(tǒng)2℃左右,，但由于整體水溫較低,，其中12月至1月溫度尤為低，水路凍結(jié),，實(shí)驗(yàn)暫停,。其他期間平均水溫為2~11℃。

運(yùn)行中其他問(wèn)題的應(yīng)對(duì)策略：

1.濕地堵塞問(wèn)題

美國(guó)EPA對(duì)實(shí)際運(yùn)行的100多個(gè)濕地的調(diào)查結(jié)果顯示,，將近一半的濕地在運(yùn)行5年后出現(xiàn)了堵塞問(wèn)題,。堵塞是一個(gè)多因素共同作用的結(jié)果：

一是預(yù)處理不到位。污染負(fù)荷過(guò)大致使大量不溶性有機(jī)物進(jìn)入濕地,，在基質(zhì)內(nèi)大量積累,，從而降低了水力傳導(dǎo)性，導(dǎo)致堵塞,。預(yù)處理可以提高濕地處理效率,，減輕濕地系統(tǒng)污染負(fù)荷，緩解堵塞的形成,，延長(zhǎng)使用壽命等。預(yù)處理的方法很多,，主要有預(yù)沉,、混凝、過(guò)濾,、吸附,、軟化、水解酸化,、曝氣,、消毒等，目前應(yīng)用的預(yù)處理工藝主要有格柵,、濾池,、沉淀池、曝氣池,、水解酸化池,、氧化塘、消毒池等,。

二是基質(zhì)選擇或搭配不合理,，致使基質(zhì)比表面積和孔隙率降低。

三是水力負(fù)荷過(guò)大導(dǎo)致有機(jī)物短期內(nèi)大量積累形成濕地水流短路。

此外,，濕地流程,、進(jìn)水方式不同，污水在基質(zhì)間流速,、流態(tài)發(fā)生改變也會(huì)影響基質(zhì)堵塞,。

對(duì)此可以通過(guò)加強(qiáng)系統(tǒng)進(jìn)水預(yù)處理、基質(zhì)粒徑的合理選擇及搭配,、采用間歇進(jìn)水,、控制水力負(fù)荷及有機(jī)負(fù)荷、與其他工藝的耦合等途徑解決,。

2.除磷能力不足

目前認(rèn)為基質(zhì)在除磷過(guò)程中發(fā)揮的作用最大,，而篩選對(duì)磷吸附能力較高的基質(zhì)、研究新型材料以加強(qiáng)對(duì)磷的去除是當(dāng)前除磷研究的重點(diǎn)之一,。植物和微生物的耦合作用也是濕地除磷的一個(gè)重要機(jī)制,。雖然植物和微生物單獨(dú)作用對(duì)磷直接去除貢獻(xiàn)率較小，但其協(xié)同作用可以通過(guò)影響濕地水流流態(tài),、供氧能力等改變濕地中磷素的賦存形態(tài),，從而促進(jìn)磷素去除?？梢酝ㄟ^(guò)篩選吸收能力強(qiáng)的植物,、通過(guò)多種植物的優(yōu)化組合等手段強(qiáng)化濕地對(duì)磷的去除等。

3.水力負(fù)荷偏低

與傳統(tǒng)污水處理工藝相比,，人工濕地具有工藝簡(jiǎn)單,、投資少、凈化效果好的優(yōu)點(diǎn),，但同時(shí)存在水力負(fù)荷偏低,、占地面積偏大的缺點(diǎn)。為了推動(dòng)濕地在生活污水中的應(yīng)用,，需要對(duì)不同流程濕地系統(tǒng)中污水的流體力學(xué)特性進(jìn)行系統(tǒng)研究,，深入探討水力負(fù)荷、污水停留時(shí)間,、出水速率,、濕地孔隙率等與凈化效果之間的耦合關(guān)系，以便為濕地的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ),。

4.設(shè)計(jì)規(guī)范欠缺

人工濕地已在我國(guó)廣泛應(yīng)用,，但目前國(guó)內(nèi)尚缺乏系統(tǒng)權(quán)威的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)規(guī)范,。有關(guān)部門(mén)應(yīng)盡快建立健全人工濕地污水處理規(guī)程,，為濕地規(guī)劃設(shè)計(jì)提供合理的參數(shù),，從而降低建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)人工濕地在生活污水處理等領(lǐng)域的健康快速發(fā)展,。