人工湿地日常维护.docx
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人工湿地日常维护
人工湿地&小微湿地基础知识培训
（九）
人工湿地常见问题及日常维护
人工湿地维护
引言
人工湿地作为一种新型的处理技术，在水环境保护中具有重要的意义和广阔的应用前景。
随着人工湿地处理工程数量的增多，迫切地需要建立科学的管理制度和维护方法，以充分发挥其美化水环境和提升人文环境的双重作用。
本文对人工湿地处理系统中水位控制、进出水装置维护、护堤维护、植物管理、气味控制、蚊蝇控制和野生动物管理等方面进行了分析探讨，系统论述了人工湿地处理系统在运行管理和维护中需要考虑的主要事项。
对将来建立完善的人工湿地处理系统的管理体系具有一定的借鉴意义
1人工湿地存在的问题
1.1有机质累积和堵塞问题
人工湿地能有效地去除污水中的有机物、悬浮物、TN、TP、重金属和病原体等污染物质。
但是，湿地通常都供氧不足，随着时间的推移，被截留的悬浮物在湿地中存在积累现象，还有微生物的增长（相当于活性污泥的增长），都会使基质层的渗流能力减弱，如果维护不当，便很容易产生淤积、阻塞现象，使水力传导性、湿地处理效果和运行寿命降低。
随着污水处理过程的不断运行，数年内基质的吸附能力通常会趋于饱和，也会影响湿地的处理效果。
排除淤积、饱和现象的最佳途径是要在有备用池的前提下，定期地对基质进行去淤、更换，对植物进行收割。
1.2处理能力难以提高问题
从人工湿地对污染物去除机理可以看出，污染物的去除主要是通过，微生物作用，基质吸附和植物吸收等几个方面。
然而仅靠植物的输氧不能充分满足微生物活动的需求，基质吸附会达到动态平衡，植物的直接吸收量较低，如通过对湿
地植物的收割对氮、磷的去除量小于20%。
因此人工湿地运行稳定后，处理能力要想进一步提高比较困难。
1.3植物的输氧能力问题
植物输氧能力问题倍受关注，人们普遍认为湿地植物能够把氧传输至植物根部并释放，使周围的微环境依次呈现出好氧、缺氧和厌氧的状态，并主要通过微生物的作用来去除污水中各种污染物。
然而早期的工作表明，用于三级或者深度处理的湿地并不适合用于处理污染较严重的污水，低负荷运行的处理机制不适用于污染较严重的城市污水，因为按好氧机制处理该污水需要大量的氧气。
实践和研究己经表明，从植物根部渗透的少量氧气相对于城市污水的实际负荷所需要的氧气来说是微不足道的，如芦苇、沉水植物、浮叶植物分别为0.02-12、0.5-5.2、0.25-9.6g/（m2·d），可见湿地植物传输的氧气是有限的。
1.4人工湿地的持续利用问题
人们建造湿地处理污水的原因之一是因为人工湿地往往比天然湿地有更高的净化能力，但人工湿地的处理功能并不是能长久保持的，几年之后就可能演变成自然湿地特性。
因此，如何长久保持人工湿地的处理能力是值得研究的一个课题。
如，Startin等人认为一般处理城市径流的人工湿地寿命是20～25年，25年左右就应该将填料和沉积在湿地内的沉淀物全部清除。
1.5孳生蚊虫和散发气味的问题
这一类问题往往发生在污染物浓度较高的湿地，湿地有足够的水分，因此它往往又是许多疾病载体的良好生境，例如蚊子、苍蝇、钉螺等就易在湿地中滋生。
为了避免蚊蝇钉螺爆发，尽可能清除水体表面残余的植被，以利于水体通风透光和蚊蛹的捕食者靠近并消灭它们；引入寄生蚊蝇体内的线虫；灌入污水的有机物浓度不要太高，以避免水体形成过度的厌氧状态；应用对环境无污染、无残留效果的化学试剂人工灭螺。
然而，这些害虫的繁殖速度极快，且适应能力强，欲通过上述几种方法彻底杀灭它们是不可能的。
因此，如何控制这些害虫及其疾病传播途径亦是今后湿地研究工作所不容忽视的。
不良气味可能是人工湿地用于污水处理的另一个问题。
实际上，几乎所有的湿地，不论是自然的还是人工的，一般都会有一定的气味，而且气味随溶解氧量或流入的水质不同而不同，其中在厌氧条件下最易产生不良气味。
气味太重不仅恶臭难闻，使参观者与管理者都敬而远之，而且会使湿地中的动植物窒息死亡，人和动物食用了湿地生物后也可能会累积毒素而产生不良后果。
不良气味主要来自逸出的NH3、H2S以及N和S的各种挥发性有机合物等。
降低BOD水平可减低难闻气体的产生，但如何有效控制，目前似乎还无良策。
2人工湿地堵塞问题
2.1人工湿地的阻塞现象
堵塞（clogging）是一种自然现象。
人工湿地系统作为一种有效的污水土地处理技术，堵塞是影响其应用和推广的主要因素之一。
当堵塞现象发生时，使得废水的有效停留时间减少，原来的流动路径短路，废水在湿地表面径流，影响湿地长期运行的稳定性，甚至使湿地系统失去其应有的功能。
当基质堵塞和发生持续淹水时，净化效率将显著下降。
堵塞过程一般可分为以下三个发展阶段。
第一个阶段是渗透速率接近系统开始运行时的渗透速率，但呈现逐渐下降趋势；接着是一个实质性的平稳下降阶段；最后是间歇的系统堵塞阶段直至持续堵塞发生。
有学者指出湿地系统在未达到
平衡状态之前，堵塞仅仅依靠有机负荷。
湿地系统达到平衡之后，当有机物积累到一定程度，沉积在湿地表面的有机物形成了一层黑色粘膜，包括厌氧分解产物，比如多糖类物质和聚脲类物质，以及由于受低温限制而没有发生化学变化的有机化合物，导致了系统孔隙的外部堵塞，沉积在孔隙内的有机物导致了孔隙内部的堵塞。
2.2人工湿地堵塞机理
由于湿地堵塞问题十分复杂，因此堵塞的机理比较难以阐述，目前国内外针对人工湿地堵塞的机制、对策而专门开展的研究还比较少，简单的说，堵塞机制和原因可归结为物理、化学、生物三个方面。
堵塞的物理机制：
首先，填料粒径分布对孔隙大小和水容量有决定性的影响，
它是影响土壤堵塞的主要因素，粒径大小对土壤堵塞的恢复也很重要。
其次，堵
塞层的机械压缩会造成填料孔隙率的减少，也是湿地堵塞的原因之一，如果填料中土壤耐水性团粒稳定度较低，团粒在长期浸水的情况下膨胀崩解变成细微的粘
土粒子且在渗水作用下不断向下移动形成致密的不透水层，最终导致堵塞。
最后，湿地基质孔隙堵塞的另一个主要原因是难降解有机物的积累，詹德昊等研究
表明有机质含量与基质深度负相关，湿地系统中有机质含量与基质渗透系数呈明
显的负相关性。
堵塞的化学机制：
影响基质孔隙几何形状及稳定性的因素有很多，如基质中
水相的电解质浓度、有机物组成、pH、氧化还原电位以及固相的矿物成分、表面特性等，这些因素决定了基质的饱和水力传导系数。
有文献指出当基质中有较
多Ca2+存在时，如果进水中含有大量置换能力强的H+、Na+等阳离子，这些离子会与Ca2+发生置换反应，若同时有SO42-存在，便会形成难溶性物质并造成堵塞。
堵塞的生物机制：
由于废水中连续的营养物质的供应，系统内生物量的产生也是影响堵塞的一个因素，微生物对人工湿地的堵塞起着不可忽视的作用。
湿地中积累的腐殖质与细菌分泌的一些胞外多聚物很容易形成高含水量、低密度的胶状淤泥，造成湿地的堵塞。
此外，湿地中硫还原细菌，产甲烷菌以及生物脱氮作用产生的气体所形成的包气带也可能是堵塞的原因之一。
另外由于湿地系统中植物能够向系统中贡献较多的有机物，因而植物对系统的堵塞也有很大的影响。
植物残体及其分泌物也是人工湿地有机质的重要来源之一，有报道称人工湿地约27%的孔隙堵塞源于湿地植物的根与地下茎，73%是由于进水及植物地上部分残体所造成的有机物积累。
2.3人工湿地堵塞原因分析
根据文献及结合本试验的发现，孔隙堵塞现象发生主要有下列原因：
①过量沉积作用造成的堵塞。
包括过量的SS吸附和沉淀，过多的动植物腐
烂物（如植物根系、茎叶、死亡微生物尸体等）沉积。
②湿地床填料的孔隙不均匀，填料中的细小颗粒在湿地床长期运行中会随着水流进入填料小孔内。
③微生物的生长在湿地基质表面形成一层生物膜，随着微生物的生长，生物膜的厚度增加，基质孔隙会随之减小。
④植物根系发育占据一定的孔隙，但腐烂根系又使新的孔隙生成。
⑤无机凝胶体对于孔隙的填充和不溶性的磷酸多钙盐、CaCO3的沉淀和沉积。
⑥在本试验湿地中，采用的波形潜流形式加长了水力流程长度，使水流形式更为复杂，从而导致水头损失加大，加剧了湿地堵塞的危险。
2.4人工湿地预防堵塞措施
人工湿地堵塞后，目前还没有很好的恢复对策。
国外流行的做法是让堵塞后的床体经过几个星期的停床休整来部分恢复渗透性，而轮休期的长短则取决于天气条件。
间歇的投水方式和适当的湿地干化期对于系统避免堵塞也是必要的。
为
了维持湿地长期稳定高效的净化效果，必须做好预处理措施，同时采用高空隙率的填料和优良的挺水植物。
在系统运行期间，可通过采用下列方法对系统进行维护，以恢复系统的渗透性能，解决系统堵塞的问题。
①选择合适的填料粒径及级配粒径较大的基质可以有效地防止堵塞的发生，但过大的粒径会缩短水力停留时间，影响净化效果，因此需要在保证净化效果和防止堵塞两者之间选择一个最佳平衡点；对于有多层填料的垂直流人工湿地，除填料粒径，不同粒径填料之间配比的选择也十分重要。
②清理系统植物滤池的表面有助于改善系统的渗透性。
我们发现在系统运转一年以后，植物滤池表面有许多植物落叶，因而每年对池内的植物裁剪两次对于保持系统的渗透性是较好的。
③减少由植物造成有机物堵塞的办法是选择一种植物品种，其残留物中所含难降解化合物的水平较低，或者定期收割植物的地上部分以及定期去除系统表面积累的腐烂物质，以降低湿地的降解压力。
④加强污水的预处理，主要是为了去除污水中的悬浮物质，以减少悬浮物对系统造成堵塞。
可作为湿地预处理系统的工艺包括：
1）一级与强化一级；2）二级生化；3）筛滤；4）厌氧生物处理；5）混凝－沉淀；6）其他处理工艺。
⑤更换湿地表层填料，人工湿地中有机物的积累主要发生在表层，有机质积累对水力传导性和净化效果均有一定影响。
因此定期更换湿地表层填料可以防止湿地表层的堵塞，保持人工湿地的稳定运行，但缺点是对大规模的湿地而言，其工程量过大。
⑥间歇的投水方式和适当的湿地干化期对于避免堵塞也是必要的。
3人工湿地维护
相对于传统的污水处理系统而言，人工湿地系统的运行管理要简单的多，但不能因此忽视运行管理给人工湿地系统带来的影响。
科学的运行管理不仅可以保持人工湿地处理系统对污染物稳定、高效的去除效果，减少危害人工湿地使用寿命的情况发生，同时通过适当的管理维护，可以解决人工湿地可能带来的一些生态问题，充分发挥其美化环境、丰富物种的社会效应。
3.1水位的控制
对于一个设计良好的人工湿地来说，水位控制和流量调整是影响其处理性能的最重要的因素。
水位的改变不仅会影响人工湿地处理系统的水力停留时间，还会对大气中的氧向水相扩散造成影响。
当水位发生重大变化时，要立即对人工湿地处理系统进行详细的检查，因为这可能是渗漏、出水管的堵塞或护堤损坏等情况造成的。
在冬季进行适当的水位调整可以阻止湿地冰冻。
在深秋气候寒冷时，可以将水面提升50cm左右，直到形成一层冰面。
当水面完全冰冻后，通过调低水位在冰冻层下形成一个空气隔离层，由于上面冰雪的覆盖，可以保持湿地系统中具有较高的水温。
表面流型及潜流型人工湿地均可以采用这种方法来提高其在冬季的处理效果。
而对于潜流型人工湿地来说，植物生长时，保持湿地的水位极其重要。
有关研究表明，在人工湿地建立初期，当植物成活后，可以通过降低水位来
刺激其地下根的伸展。
这种技术在欧洲已经很成熟，当水位降低后，迫使植物根系向下发展以满足生长对水的需求，从而刺激了植物根系向下的生长。
同时，很多技术人员也发现，在植物的生长季节每个月将湿地排干一次，然后马上升高水位，可以将氧气带入湿地。
这不仅有助于氧化沉淀在湿地里的有机碳化物、硫化铁和其他缺氧化合物，并且可能抑制细菌的活性。
AleksandraDrizo等研究发现，采用钢渣为填料的潜流型人工湿地，放空并停用4个星期足以恢复填料74%的滞磷能力。
对于表面流型人工湿地，水位的调整与植物的生长也有密切联系。
启动阶段水位应该逐步提高，以免植物幼苗被淹死或脱离土壤随水漂走。
在该系统运行期间，管理者可以考虑在每年春天降低水位以促进新芽的生长。
这样做可以使阳光更容易穿透水体照射到喜光的植物上。
当新芽长出水面后，管理者应该升高水位。
当然并不是所有的系统都能够在春天时采用这个方法来增加植物生长量，因为降低水位会影响水力停留时间，进而影响出水水质。
3.2进出水装置的维护
为了获得人工湿地处理系统预期的处理效果，保持进出水流量的均衡性是非常必要的，这就要求管理者对进出水装置进行定期维护。
对进出水装置要进行周期性的检查并对流量进行校正。
同时要定期去除容易堵塞进出水管道的残渣。
对于使用格栅的人工湿地处理系统，必须定期清洗以防止细菌过量生长，这些细菌在低流量的情况下可能会影响水的流量分布。
可以采用高压水枪或机械方法对浸没在水中或埋在填料中的进出水管道进行定期的冲洗。
入流污水中的悬浮固体会在潜流型人工湿地系统的进水段慢慢积累。
这些积累物减少了湿地系统中填料间的空隙，从而减少了系统的水力停留时间，使水力传导性下降，严重时会使水面升高而导致漫流。
对于调节装置设计合理的湿地系统，可将水位降低几英寸，这相当于增大了湿地系统的坡度，使水的流速加快，从而克服堵塞增加的水流阻力。
当湿地系统的漫流情况非常糟糕时，需要将系统前端1/3部分的植物挖走，并挖出填料，更换上新的填料并重新种植植物。
为了避免发生类似的情况，对于那些悬浮固体负荷较高的污水，如具有较高浓度藻类的稳定塘出水，并不推荐采用潜流型人工湿地。
3.3护堤的维护
要经常对护堤进行检查，防止水面以下护堤的外部斜坡面出现渗水现象，过多的或颜色异常暗绿的植被生长都是出现渗漏的症状。
定期清除护堤和堤面上的杂草，以免杂草蔓延到人工湿地处理系统中与湿地植物形成强有力的竞争。
对于较浅的潜流型人工湿地处理系统，定期去除湿地床中的树苗也是非常必要的。
因为随着树木的生长，其根系可能会穿透防渗膜垫层，同时成熟的树木会遮挡阳光，抑制湿地水生植物的生长。
3.4植物的管理
对于设计合理并投入运行的人工湿地处理系统来说，常规的植物管理维护并不是必需的。
因为植物群落具有良好的自我维护性。
它们生长、死亡，在下一年又会继续生长。
在环境条件合适的情况下，植物会自然地蔓延到未播种的地方，也会从那些环境压力较大的地方迁移。
管理者可以通过收割的方式，控制植物向开阔水域的蔓延。
植物管理主要是维护那些预先种在人工湿地处理系统中的植物种群。
正如前面所说，可以通过调节水位来促进植物的生长，对于那些植物量不足的湿地系统，还可能需要采用降低进水负荷、施用杀虫剂或重新种植的方式来改善这一情况。
对于潜流型湿地系统产生的杂草，从废水处理的角度来说，这并非完全是坏事，然而杂草会影响系统的美观，有些杂草还会对湿地植物形成强有力的竞争，因此也要看情况进行清除，可以通过春季淹水或手工去除的方法来控制杂草的生长及蔓延。
植物的收割和叶片的去除要根据湿地系统的设计来定。
对于表面流型人工湿地来说，死的植物残体会随水漂流，堵塞水位控制装置，如果不去除，还会溢出堤堰而影响出水质量，这种情况在秋季尤为明显。
同时，滞留在人工湿地中的湿地植物会分解出大量的N、P及有机物等，使相应污染物的出水浓度增高。
但也有学者指出，在表面流型人工湿地土壤层以上形成的落叶沉积层能够强化硝酸盐的去除效率[8]。
因此表面流型人工湿地系统可根据处理目标及出水效果的实际情况来决定是否进行植物收割及去除叶片。
对于一个设计及管理良好的潜流型人工湿地处理系统来说，收割植物并不是一定要做的。
清除死的植物能够使来年春天新的植物生长的更旺盛。
冬天燃烧植物可以用来控制害虫，而留一些落叶可以增加砂砾表面的绝热性，使湿地系统内维持较高的温度[9]。
在植物生长高峰季节收割植物有利于去除系统中的氮含量，对系统中磷的去除非常有限，而这与收割成本相比可能并不合算。
不过从审美的观点来看，在每年秋天收割植物后会使来年春天植物生长的更加旺盛和美观。
3.5气味的控制
对于潜流型人工湿地来说，气味基本上不会成为人工湿地处理系统令人厌恶的问题。
而表面流型人工湿地如果进水负荷过高，会形成厌氧的水域，释放出难闻的气体。
这种情况主要是由于进水的有机负荷过高或氨氮负荷过高造成的，因此降低有机物和氮的负荷可以控制湿地系统散发出难闻的气味。
由于植物能够将氧气传输到系统中，因此在布局上可以将那些开阔的水域分散在种植较多植物的水域中[4]。
如果人工湿地由于厌氧情况使出水中含有较多的硫化氢，那些本来用于向出水中传输氧气并作为景观的小瀑布和跌水等结构，会将水中的硫化氢解吸出来，使这种难闻的气味弥漫到附近的空气中。
3.6蚊蝇的控制
由于蚊子能够传染疾病，影响人类的健康，因此蚊子的控制是表面流型人工湿地处理系统必须考虑的生态问题。
尤其当人工湿地处理系统离人类居住区较近时，这个问题如果得不到解决，会引起附近居民的反感。
虽然无法做到根除湿地系统中产生的蚊蝇，但通过大量的研究，已经形成了一些比较成熟的控制蚊蝇的方法。
保持人工湿地系统中水体流动是非常有利于减少蚊蝇数量的，可以通过水泵提取或在水面安置机械曝气设备来强化边缘水域的水体流动，这不利于蚊蝇幼虫的发育，同时会增加水中的溶解氧含量，有利于提高出水水质。
也可以在人工湿地系统中设置洒水装置，通过向水面洒水来阻碍蚊蝇向水中产
卵，这样不仅可以达到控制蚊蝇的目的，还可以和水景观结合起来增加湿地系统的观赏性。
湿地系统中高大的挺水植物成熟后容易发生弯曲或伏倒在水面上，这种生境非常有利于蚊蝇的孳生。
因此可以通过加强湿地植物的管理来控制蚊蝇，在水边不种植水生植物，或种植低矮的植株并每年进行收割。
必要时可以在蚊蝇产卵的季节使用杆菌（thuringus）杀死蚊卵，或使用能够导致蚊子幼虫发育衰减的激素来控制蚊蝇。
实践证明，向系统中投放食蚊鱼和蜻蜓的幼虫来控制蚊子也是一种非常有效的方法。
这不仅可用在气候温暖的地域，在寒冷的北方，也可以使用食蚊鱼，不过由于其无法越冬，来年需要重新投放。
有时候植物的叶片堆积的过于密集，食蚊鱼可能无法达到湿地的所有部分，当出现这种情况时可以适当稀疏植被。
同时结合其他的自然控制方法，如造蝙蝠穴和构筑燕巢引来燕子和蝙蝠来控制蚊虫也非常有效。
3.7野生生物的控制
人工湿地处理系统运行起来后，会慢慢出现一些野生生物，如鸟类、哺乳动物、爬行动物和昆虫等。
这些野生生物形成湿地系统特有的食物链，丰富了湿地系统的生物多样性。
野生生物通常被视为有益于维护湿地的处理功能，因为它们从湿地植物中获取营养物质，随后将这些营养物质带走，分布到整体的环境中。
然而，针对某些对湿地系统及周围环境带来不良影响的野生生物，则必须加以控制。
麝鼠等啮齿类动物会严重损坏湿地系统中的植物，它们以香蒲和芦苇等植物作为食物，并用其枝叶做窝。
同时麝鼠也喜欢在护堤和湿地中打洞，有关研究表明，将堤面坡度设置成5∶1或更小，可以有效地防止护堤上出现洞口。
临时提升运行水位可以有效阻止这些动物，同时采用捕鼠夹来诱捕也是行之有效的控制手段。
昆虫也会造成危害，人工湿地处理系统中种植的植物会像农作物一样感染病虫害。
虽然植物表观的损坏不会影响处理效果，但会影响人工湿地的美观。
因此，病虫害的防治也非常重要。
农药等化学药剂并不是防止病虫害的好方法，因为施用农药会向人工湿地处理系统中引入新的污染物。
可以在湿地附近营造一些鸟巢，吸引麻雀或燕子等鸟类入住，这些天然的捕食者可以在控制昆虫中发挥积极的作用。
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