人工湿地如何降低低温影响

一、气候温度对人工湿地的影响

人工湿地受气候温度条件影响较大，随季节的变化，人工湿地对污染物的去除效果也随之变化。人工湿地中的植物和微生物对温度尤为敏感，如果植物和微生物在湿地中的生长受到影响，将直接影响人工湿地的处理效果。大量研究表明，水温低于10℃ 时，人工湿地的处理效率会明显下降，且有学者认为，在 4℃ 以下时湿地中的硝化作用趋于停止。同时，在较低温度和氧含量的情况下，微生物活性也会降低，使微生物对有机物的分解能力下降。聂志刚等研究了季节变化对人工湿地处理效果的影响，结果发现，各人工湿地随季节的变化去除率排序为夏季＞秋季＞春季＞冬季，NH₄⁺ -N、高锰酸盐指数变化较大，冬季去除率下降尤为明显。在冬季低温条件下，不仅对人工湿地的去除效果产生影响，同时还存在人工湿地处理工艺脱氮效率低、基质易堵塞、床体缺氧等问题。由于人工湿地受气候温度条件影响较大，这也是限制人工湿地在寒冷地区推广应用的原因之一。

表 1 湿地存在的问题及其影响

二、人工湿地的保温措施

低温对人工湿地造成了不利的影响，为了保证人工湿地的运行效果，国内外学者研究了各种保温措施，通过保温，减缓了植物休眠，促进了人工湿地对污染物的去除效果。

1. 选择合适的湿地类型

按系统布水方式，人工湿地可分为表面流和潜流两种，在低温条件下，表面流人工湿地污水在表面流动，保温能力较差，水温降低易对微生物数量和活性造成影响，表面冰层使大气复氧能力下降，导致运行效果不佳。而潜流型人工湿地则具有一定的优势，潜流型湿地与大气之间有覆盖层隔断，在冬季对污水在床体中的保温效果较好。同时，潜流型人工湿地在处理过程中被表层土覆盖，可减少因污水蒸发蒸腾和流动造成的能量损失。刘学燕等开展了潜流人工湿地系统处理官厅水库水的冬季实验研究，结果表明，潜流人工湿地系统在隔离层保护下可以正常运行，并且，潜流人工湿地在冬季寒冷低温条件下对微污染地表水有较好的净化效果。因此，相对于其他湿地而言，潜流人工湿地在冬季或北方寒冷地区使用更具有优势，而在寒冷地区人工湿地的应用研究中大多数也都采用潜流型。

2.设计覆盖层

覆盖物在整个湿地保温中起到隔离作用，有效的隔离可以提高湿地的污水处理效率。华莱士等认为，好的覆盖材料应具有以下特性: 能完全分解而不影响系统正常运行；pH 为中性；结构蓬松，纤维含量高，隔热性好；易使种子在覆盖物上生长；有较好的湿气涵养能力。非理想的覆盖材料不利于植物的生长，导致植物根渗水困难，另外，非理想的覆盖物还会降低处理效果。目前对于覆盖层有植物覆盖、地膜覆盖等，各种覆盖方法都有它们的优缺点( 见表 3) ，但是在应用过程中要综合可虑各方面因素，选择合适的覆盖方法以预防低温对湿地造成不利影响。

（1）植物覆盖

目前的植物覆盖材料包括直接将实地表面枯萎植物收割进行实地均匀覆盖，也可以选择其他的植物，如稻草、麦秆、炭化后的芦苇 屑等。李亚峰等采用炭化后的芦苇屑对沈阳某人工湿地进行保温后，湿地可以正常运行，出水效果良好。张显龙等在沈阳冬季将湿地植物芦苇、美人蕉、灯心草等收割铺在湿地表面，再在上面覆盖一层薄膜，填料床内被处理的污水水温可以保持在 15 ～ 18℃ 。当塑料薄膜上有比较厚的积雪时，更能使湿地内水温有所提高。此方法对表面流、潜流湿地都有很好的保温效果。植物覆盖操作较为简单，但植物腐烂会释放出一定量的污染物，有可能造成二次污染，因此必须在第二年开春前将覆盖植物清除。此外植物的枯叶会随风飘扬，可能会影响周围的卫生环境。 

（2）地膜覆盖

地膜覆盖是根据农业种植中的地膜技术发展来的，将其用作湿地的保温措施。张建等在湿地表面覆盖塑料地膜，发现覆盖地膜后能有效地提高系统对污染物的去除效果，氨氮平均去除率由 29. 4%上升到67. 6% ，COD 的平均去除率由29. 0% 提高到46. 6% ，同时，覆盖地膜后系统温度的升高能提高系统中微生物的活性。雒维国等通过在人工湿地的植物表面覆盖多层 PVC 透气薄膜，有效提高湿地内温度，防止了结冰并减缓了植物休眠，提高了湿地的脱氮效果． 地膜覆盖法其覆盖膜易破、铺设操作较为复杂、投资较高，且来年必须清理并妥善处理，否则会造成白色污染，难以在野外大面积应用． 

（3）其他覆盖方法

除了以上的覆盖方法，许多学者还研究将两种方法或几种方法结合使用，既提高了污水的温度，也提高了人工湿地对污水的净化能力。刘学燕等采取 5 cm 空气 + 10 cm 冰层和 5 cm 缝隙 + 15 cm秸秆对人工湿地进行隔离保护，冬季低温条件下能正常运行，但使用不同的覆盖物进行隔离保温，对系统的处理性能有很大的影响，使用空气层加秸秆等隔离物保护的效果优于空气层加冰层保护的效果。该方法是未来保温措施发展的方向，将几种措施结合起来，可以达到扬长避短，但是在实际应用中也要具体情况具体分析，尽量选择适宜的方法对湿地进行保温，减少气候温度条件对人工湿地的影响。

表 3 各设计覆盖层保温方法优缺点 

 

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