人工濕地是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種廢水生物處理新技術(shù)，它具有投資低、能耗低、出水水質(zhì)好，有較強(qiáng)的脫氮除磷功能以及運(yùn)行管理方便等特點(diǎn)，因而該技術(shù)已被世界各國所接受，并用來處理多種形式的廢水（吳曉磊，1995）。人工濕地對(duì)廢水的處理綜合了物理、化學(xué)和生物3種作用。它成熱后，填料表面和植物根系中生長了大量微生物，形成了生物膜。廢水流動(dòng)時(shí)，SS能被填料及根系阻擋截留，有機(jī)物通過生物膜的吸附、同化及異化作用而得以去除。

保持濕地系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)作能力非常重要，垂直流人工濕地在運(yùn)行中容易出現(xiàn)的一個(gè)問題是基質(zhì)阻塞。隨著基質(zhì)的逐漸阻塞，濕地的水力傳導(dǎo)性也降低，從而影響水流路徑（如促進(jìn)表面流動(dòng)），最終也影響天濕地的處理效果和運(yùn)行壽命（Tanner et al 1995）。同時(shí)，基質(zhì)的通氣狀況又會(huì)影響到基質(zhì)的供氧狀況，從而影響到好氧微生物的活動(dòng)，最終也影響濕地的處理效果。因此水力傳導(dǎo)性和通氣狀況的優(yōu)劣直接決定著人工濕地系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)作能力，而這兩方面直接與人工濕地的基質(zhì)堵塞有關(guān)，本文對(duì)基質(zhì)堵塞的影響因素作了分析。

1 影響因素分析

1.1 基質(zhì)材料的影響

過濾材料粒徑大小直接影響基質(zhì)的孔隙大小和水容量，因此它是影響人工濕地是否發(fā)生堵塞的重要影響因素（Platzer and Mauch, 1997）。莫鳳鸞等（2004）在深圳洪湖公園的人工濕地研究中，在1997年至1999年5月間濕地系統(tǒng)共發(fā)生5次堵塞，采用粒徑較大的碎石代替原來的沙子作濕地材料后，系統(tǒng)運(yùn)行正常。

1.2 進(jìn)水污染物負(fù)荷

(1) 懸浮物的影響

人工濕地進(jìn)水中的懸浮物尤其是不可生物降解性的懸浮物負(fù)荷是影響濕地堵塞的重要因素（Platzer and Mauch，1997），因此必須對(duì)人工濕地的進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，以降低進(jìn)水中的懸浮物。Bouwer(1980) 等推薦進(jìn)水中懸浮物的最大值為20 mg/L, 負(fù)荷相當(dāng)于8 g/(m2.d)。付貴萍等（2004）采用11 g/(m2.d)的進(jìn)水懸浮物負(fù)荷，系統(tǒng)運(yùn)行5年未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

(2) 有機(jī)負(fù)荷的影響

普遍認(rèn)為有機(jī)物負(fù)荷對(duì)基質(zhì)堵塞有重大影響。Platzer 和 Mauch（1997）的研究發(fā)現(xiàn)，堵塞一般發(fā)生在基質(zhì)上層0~15cm處，有機(jī)負(fù)荷過高是堵塞的主要影響因素，并且在濕地基質(zhì)的堵塞中有機(jī)負(fù)荷的影響比進(jìn)水有機(jī)物濃度的影響更大，在中歐的氣候條件下，濕地基質(zhì)不發(fā)生堵塞的有機(jī)物負(fù)荷上限是25g COD/m2/d。但也有研究表明，堵塞只與達(dá)到平衡狀態(tài)前的有機(jī)物負(fù)荷有關(guān)，利用人工濕地對(duì)地下水回灌的試驗(yàn)表明，有機(jī)物負(fù)荷BOD可達(dá)40 g/(m2.d)（Wong and Somes, 1995）。由于污水中連續(xù)的營養(yǎng)供應(yīng)，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的生物量不斷增加也是造成堵塞的一個(gè)因素；厭氧條件也加速了系統(tǒng)的堵塞（Winter and Goetz, 2003）。

1.3 濕地植物的影響

溫地植物根和根系對(duì)基質(zhì)的穿透作用以及根和根系的腐爛，在基質(zhì)中形成了許多微小的

氣室或間隙，減少了基質(zhì)的封閉性，增強(qiáng)了基質(zhì)的疏松度，從而使得濕地的水力傳導(dǎo)性和通氣狀況得到加強(qiáng)和維持，確保人工濕地系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行與處理效果。但另一方面，濕地植物地上部分衰落時(shí)的殘留物、根系及根系分泌物會(huì)造成系統(tǒng)中有機(jī)物累積量的增加。

成水平等（1997）在人工濕地凈化污水試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過3~5個(gè)月的污水處理后，不種植物的對(duì)照土壤基質(zhì)板結(jié)，發(fā)生淤積；而種有燈心草等植物的濕地滲濾性能好，污水能很快滲入基質(zhì)。還有資料表明，即使較板結(jié)的土壤，經(jīng)過植物根系2~5年的穿透作用，其水力傳導(dǎo)性可與砂礫、碎石相當(dāng)。莫鳳鸞等（2004）發(fā)現(xiàn)，種植弊草的濕地組比種植水蔥的基質(zhì)堵塞嚴(yán)重，這表明濕地基質(zhì)的滲透性與植物的種類有很大關(guān)系。

1.4 有機(jī)物積累造成的系統(tǒng)堵塞

有研究表明，濕地基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)積累具有很高的引起阻塞的可能（Tanner et al, 1998）。

濕地有機(jī)物的投入量主要由廢水中貢獻(xiàn)的有機(jī)物量、植物的生物產(chǎn)量和生物產(chǎn)量的分配所決定的，植物的生物產(chǎn)量由植物地上部分殘留、根產(chǎn)量與根分泌物組成。濕地系統(tǒng)有機(jī)物輸出途徑主要有兩個(gè)方面，一個(gè)是濕地系統(tǒng)中有機(jī)物分解所放出的二氧化碳和其他無機(jī)物質(zhì)，另一個(gè)是隨廢水流出所帶走的有機(jī)物質(zhì)（杜中典等，2002）。當(dāng)有機(jī)質(zhì)輸出小于輸入時(shí)就會(huì)出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的積累現(xiàn)象。

堵塞過程可分為三個(gè)階段。第一階段是滲透速率總接近系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)的滲透速率，但呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)；接著是一個(gè)實(shí)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。Laak（1986）指出濕地系統(tǒng)在未達(dá)到平衡狀態(tài)之前，堵塞僅僅依靠有機(jī)負(fù)荷。濕地系統(tǒng)達(dá)到平衡之后，當(dāng)有機(jī)物積累到一定程度，沉積在濕地表面的有機(jī)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)和聚尿類物質(zhì)，以及由于受低溫限制而沒有發(fā)生化學(xué)變化的有機(jī)化合物，導(dǎo)致了系統(tǒng)孔隙的外部堵塞，沉積在孔隙內(nèi)的有機(jī)物導(dǎo)致了孔隙內(nèi)部的堵塞。

濕地系統(tǒng)中積累的有機(jī)物在水平方向上的分布規(guī)律為，廢水入口處，有機(jī)物的積累量較大，而且隨著距離的增加，有機(jī)物積累量逐漸下降。例如，Tanner等（1995）通過垂直流砂濾床取樣分析得出，種植植物的濕地系統(tǒng)廢水入口處有機(jī)物積累量最高達(dá)9.5kg/m2, 而在出口處則下降落到2~5kg/m2。有機(jī)物積累量在垂直方向上的分布隨著床體深度的增加而呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。

簡放凌（1995）指出，如果濕地系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)物的積累量達(dá)到5%以上時(shí)，過濾功能就會(huì)失效。牛曉音等（2002）研究了杭州西湖邊人工濕地經(jīng)一年多運(yùn)行后有機(jī)質(zhì)的積累情況，同時(shí)測(cè)定了基質(zhì)的孔隙度和水力傳導(dǎo)性，其結(jié)果表明，人工濕地在運(yùn)行一年后總有機(jī)質(zhì)積累達(dá)到0.658kg/m2，并且60%有機(jī)質(zhì)積累主要在0~10cm；濕地上下層有機(jī)質(zhì)積累有明顯差異，且隨著基質(zhì)中的深度和離入水口的距離呈下降趨勢(shì)，基質(zhì)孔隙度與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)積累少，則孔隙度大，有機(jī)質(zhì)積累對(duì)水力傳導(dǎo)性有一定影響。

1.5 溫度

溫度對(duì)土壤堵塞具有雙重影響（雷明和李凌云, 2004）。一方面，較高的溫度導(dǎo)致了高的生物活性和較高的生長速率，但同時(shí)由于微生物的快速增長，填充了填料的孔隙，從而引發(fā)基質(zhì)堵塞；另一方面，較低溫度抑制了生物活性，代謝速度慢，致使有機(jī)固體顆粒在填料中的大量累積和濾料中厭氧程度的加劇，也易引發(fā)濕地堵塞。

2 避免堵塞的措施

針對(duì)造成濕地堵塞的原因可以濕地設(shè)計(jì)與運(yùn)行中分別采取相應(yīng)的避免堵塞措施。當(dāng)垂直流人工濕地用來治理含較多不易降解的SS成分時(shí)，堵塞容易發(fā)生。可以通過廢水的前處理，減少進(jìn)水中難降解的SS來防止堵塞的發(fā)生。由于濕地系統(tǒng)中植物能夠向系統(tǒng)中貢獻(xiàn)較多的有機(jī)物，因而植物對(duì)系統(tǒng)的堵塞也有很大影響。減少由植物造成有機(jī)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)表面積累的有機(jī)物粘膜。針對(duì)有機(jī)質(zhì)積累的空間分布特點(diǎn)，在靠近進(jìn)水口端可以采用粒徑較大的礫石作為過濾材料，這一點(diǎn)在濕地設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以充分考慮。濕地由于廢水中連續(xù)的營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)，系統(tǒng)內(nèi)生物量的產(chǎn)生也是影響堵塞的一個(gè)因素。微生物可能將少量慢分解的和難分解的化合物輕度改變就直接進(jìn)入穩(wěn)定的腐殖質(zhì)成分，而且生物量的體積對(duì)系統(tǒng)堵塞的影響要比其干重大。為了維持濕地的功能，生物量的產(chǎn)生速度和礦化速度必須達(dá)到一種平衡狀態(tài)（Platzer 和Mauch, 1997）。Blazejewski等（1997）認(rèn)為厭氧條件加速了系統(tǒng)的堵塞，因而間歇的進(jìn)水方式和適當(dāng)?shù)臐竦馗苫�期�?duì)于系統(tǒng)避免堵塞也是必要的。對(duì)于已經(jīng)堵塞的填料層可采取的恢復(fù)措施有停床輪作、更換表層填料等手段。

3小結(jié)

基質(zhì)堵塞是影響人工濕地正常運(yùn)行的主要問題，基質(zhì)材料、濕地植物、進(jìn)水污染物負(fù)荷、有機(jī)物累積等是濕地堵塞的主要因素，在濕地設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中需對(duì)給予充分重視，以保持濕地系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)作能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 成水平，況琪軍，夏宜崢. 香蒲、燈心草人工濕地的研究（Ⅰ）—凈化污水的效果[J]. 湖泊科學(xué), 1997, 9(4): 351-358.

[2] 付貴萍，吳振斌，張晟等. 構(gòu)建濕地堵塞問題的研究[J]. 環(huán)境科學(xué)，2004，25（3）：144-149.

[3] 雷明，李凌云. 人工濕地土壤堵塞現(xiàn)象及機(jī)理探討[J]. 工業(yè)水處理，2004，24（10）：9-12.

[4] 莫鳳鸞，王平，李淑蘭等，人工濕地系統(tǒng)的維護(hù)[J]. 云南環(huán)境科學(xué)，2004，23（增刊）：5-8.

[5] 吳曉磊. 人工濕地廢水處理機(jī)理[J]. 環(huán)境科學(xué)，1995，16（3）：83-86.

[6] 杜中典，崔理華，肖鄉(xiāng)等. 污水人工濕地系統(tǒng)中有機(jī)物積累規(guī)律與堵塞機(jī)制的研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2002，21（5）：474-476.

[7] 簡放凌. 高濃度工業(yè)廢水有機(jī)物在土壤中的動(dòng)態(tài)變化及其預(yù)測(cè)研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，1995，14（2）：72-74.

[8] 牛曉音，樊梅英，常杰等. 人工濕地運(yùn)行過程中有機(jī)物質(zhì)的積累[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2002，22（8）：1240-1246.

[9] Bouwer H, Rice R C, Lance J C etal. Rapid-infiltration research at Flushing Meadous project, Arizona[J]. Journal Water Pollution control Federation, 1980, 52: 2457-2469.

[10] Laak R. Wasterwater Engineering Design for Unsewered Areas. 2nd edition[M]. Lancaster: Technomic, 1986.

[11] Platzer C, Mauch K. Soil clogging in vertical flow reed beds-mechanisms, parameters, consequences and solutions[J]? Water Science and Technology, 1997, 35(5): 175-181.

[12]Tanner C C, Sukias J P. Accumulation of organic solids in gravel-bed constructed wetlands[J]. Water science and technology, 1995, 32(3): 229-239.

[13] Tanner C C, Sukias J P S, Upsdell M P. Organic matter accumulation during maturation of gravel-bed constructed wetlands treating farm dairy wasterwaters[J]. Water Research. 1998, 32(10): 3046-3054.

[14] Winter K J, Goetz D. The impact of sewage composition on the soil clogging phenomena of vertical flow constructed wetlands[J]. Water Science and Technology, 2003, 48(5): 9-14.

[15] Wong T H F, Somes N L G. A stochastic approach to designing wetlands for stormwater pollution control[J]. Water Science and Technology, 1995, 32(1): 145-151.來源：谷騰水網(wǎng) 作者: 管淑英