程麗芬

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

人工濕地是一種新型污水處理技術(shù)，由非生物(透水性基質(zhì))和生物(生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者)組成，通過(guò)物理、化學(xué)及生物協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化作用。利用人工濕地處理污水研究始于20世紀(jì)80年代，最初應(yīng)用于西德的Othfrensen，我國(guó)首例采用人工濕地處理污水的研究是1988年至1990年在北京昌平進(jìn)行的表面流人工濕地。目前，對(duì)人工濕地處理廢水的研究主要集中在對(duì)生活廢水的處理上，對(duì)人工濕地處理煤礦廢水的研究很少。廣東韶關(guān)市利用香蒲凈化鉛鋅礦廢水效果非常好，COD，固體懸浮物及Zn，Cu和Cd的去除率分別為92.19%，99.62%，97.02%，96.87% 和 96.39%;唐述虞等人采用人工濕地技術(shù)處理鐵礦排放廢水后，酸性廢水 pH值由2.16升高到6.11，Cu，F(xiàn)e，Mn 3種金屬離子去除率達(dá)70.19% ～99.18%，其含量均達(dá)到國(guó)家允許排放標(biāo)準(zhǔn)，且濕地中的植物生長(zhǎng)茂盛。美國(guó)佛羅里達(dá)州的HiddenRiver雨水濕地處理系統(tǒng)的SO去除率達(dá)到53%.以上研究表明，針對(duì)煤礦廢水酸度低、有機(jī)質(zhì)和重金屬含量高的特點(diǎn)，應(yīng)用人工濕地治理的可行性較大。目前，處理煤礦廢水的主要方法有中和沉淀法、硫化沉淀法和微生物法等。通過(guò)研究人工濕地系統(tǒng)布水方式、填充基質(zhì)、植物品種的配置，形成多種治理模式，根據(jù)煤礦礦區(qū)不同的污水來(lái)源和特點(diǎn)進(jìn)行分類處理，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

1 煤礦礦區(qū)廢水的分類

煤礦廢水是礦區(qū)環(huán)境污染的主要來(lái)源之一，其中又以酸性廢水的危害最為嚴(yán)重。多數(shù)小煤礦廢水一般不進(jìn)行循環(huán)利用，直接排入河流、湖泊等水體，造成污染。煤礦廢水種類繁多，不同煤質(zhì)產(chǎn)生的污水類型差別較大，按廢水來(lái)源可分為煤矸石淋濾水、礦坑水、洗煤水和礦區(qū)居民的生活污水4類。

2 煤礦礦區(qū)廢水的人工濕地治理模式

2.1 煤矸石淋濾水治理模式

2.1.1 煤矸石淋濾水特點(diǎn)

煤矸石富含堿金屬(鈉)、堿土金屬(鈣、鎂)、硫化物及部分有機(jī)物，是構(gòu)成無(wú)機(jī)鹽類污染的物質(zhì)基礎(chǔ)。大氣降水淋溶了煤矸石中的無(wú)機(jī)鹽類污染物質(zhì)，隨淋溶水從矸石山漫流至地表，以矸石山為中心，四周區(qū)域被大面積污染。煤矸石淋濾水通常呈酸性，屬于面源污染，涉及面積大，流速、流量變化大，難以集中處理，是礦區(qū)治理的難點(diǎn)。

2.1.2 治理模式

針對(duì)煤矸石淋濾水直接進(jìn)入地表水、地下水和土壤，造成大面積的面源污染，緩沖濕地帶是理想的治理技術(shù)。緩沖濕地帶指在地表匯流區(qū)和流經(jīng)地區(qū)種植條帶狀植被的區(qū)域，也稱為植被緩沖帶。緩沖濕地帶吸收污染物質(zhì)、改善水質(zhì)的能力主要受濕地與污水面積之比、水在濕地中滯留時(shí)間及濕地位置3個(gè)因素的影響。因?yàn)槲⑸飳?duì)污染物的分解需要足夠的面積，同時(shí)也需要一定的時(shí)間。濕地與污染面積之比越大(最好為 1∶46至 1∶100，1∶333至1∶5 000是改善水質(zhì)的最底線)，濕地吸收污染物、改善廢水水質(zhì)的能力越強(qiáng)。水在濕地中滯留的時(shí)間越長(zhǎng)，濕地越能有效地吸收水中的污染物。為有效地改善水質(zhì)，水在濕地中至少要滯留1周。植被緩沖帶的寬度取決于當(dāng)?shù)匚廴疚锏淖畲鬂舛?，為達(dá)到改善整個(gè)流域水質(zhì)的目的，植被緩沖帶應(yīng)位于能最大量攔截徑流的位置。

該模式包括緩沖草帶和復(fù)合帶，草本在緩沖、滯留沉積物方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，配置喬灌花卉，不僅可以改善水質(zhì)，緩減煤矸石燃燒造成的風(fēng)干粉塵污染，同時(shí)兼有景觀效果。煤矸石可作為潛流式濕地的填充基質(zhì)，通過(guò)廢物利用降低治理成本。

2.2 礦坑水治理模式

2.2.1 礦坑水特點(diǎn)

礦坑水主要來(lái)源于生產(chǎn)過(guò)程中外排的井下水，在礦區(qū)廢水中占的比例最大，是引起礦區(qū)水資源短缺的重要原因。排出的礦坑水在地表形成小溪或小河進(jìn)入低洼地，成分為煤塵、巖粒和一定量的細(xì)菌。

2.2.2 治理模式

低洼地大多屬于礦區(qū)的閑置土地，具有天然的人工濕地雛形，只要對(duì)它進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸?，即可?gòu)建成一個(gè)簡(jiǎn)單的人工濕地，將其稱之為“匯”濕地。從地質(zhì)生態(tài)學(xué)角度講，在煤礦區(qū)內(nèi)，采煤活動(dòng)將埋藏在地下的各種元素迅速搬運(yùn)到地表，參與到現(xiàn)代地球表面的物質(zhì)、能量循環(huán)系統(tǒng)。輸送到地表的“古物質(zhì)”對(duì)現(xiàn)代天然水土運(yùn)動(dòng)和生物活動(dòng)造成強(qiáng)烈的干擾和沖擊，各種元素分布的新格局影響了人們的正常生產(chǎn)和生活，這就是礦坑水污染產(chǎn)生的本質(zhì)。在一定區(qū)域內(nèi)，“匯”濕地作為一個(gè)匯區(qū)存在，聚集著來(lái)自上游的各種元素，在濕地內(nèi)通過(guò)過(guò)濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水不斷的沉積、埋藏、壓密，甚至固結(jié)成巖。香蒲對(duì)該類廢水處理效果顯著，可以作為優(yōu)勢(shì)物種栽植在低洼地。該模式不僅利用了閑置土地，且投入低，節(jié)約了成本。

2.3 洗煤水治理模式

2.3.1 洗煤水特點(diǎn)

洗煤方法分為干法和濕法2類，絕大多數(shù)選煤廠采用濕法選煤。在濕法選煤工藝中，水是不可缺少的。一般來(lái)說(shuō)，洗選1 t原煤用水量為4.0 m3.其中，清水耗量約0.5 m3～1.5 m3.洗煤廢水的特點(diǎn)是:顆粒表面帶有較強(qiáng)的負(fù)電荷，是一種弱堿性的膠體體系;SS，COD，Cr濃度均很高;細(xì)小顆粒含量高，粘度大;污泥比阻大，過(guò)濾性能差。

2.3.2 治理模式

洗煤水不僅具有懸濁液的特征，還帶有膠體的性質(zhì)，細(xì)煤泥顆粒、粘土顆粒等粒度非常小，不易靜沉，宜采用絮凝劑+純?nèi)斯竦氐闹卫砟Ｊ?。首先，?duì)洗煤廢水進(jìn)行閉路循環(huán)，采用無(wú)機(jī)鹽類絮凝劑或有機(jī)高分子絮凝劑進(jìn)行預(yù)處理，絮凝體形成快、活性高、沉性高、沉淀快，因而對(duì)懸濁液和膠體的初步凈化效果顯著。純?nèi)斯竦匾话忝娣e較小，處理效率高。我國(guó)第1個(gè)植物碎石床人工濕地——白泥坑人工濕地水利負(fù)荷0.37 m3/(m2·d)，即每處理1 t污水需要2.7 m2.汪俊三教授研究的示范工程顯示，人工濕地的水利負(fù)荷提高到1.0 m3/(m2·d)，即每處理1 t污水占地面積僅為1 m2～2 m2.

純?nèi)斯竦叵到y(tǒng)種類繁多，根據(jù)水體流動(dòng)的方式通常將人工濕地分為3類:表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、垂直流人工濕地。在運(yùn)行過(guò)程中往往將3者進(jìn)行排列組合，或串聯(lián)或并聯(lián)，針對(duì)不同污染物類型采用不同的水生植物，選用不同的基質(zhì)。目前，大部分人工濕地采用蘆葦、香蒲、藨草和水蔥等，缺乏針對(duì)性。對(duì)洗煤水具有特定去除效果的植物幾乎沒有，仍需要進(jìn)行進(jìn)一步篩選和研究。

2.4 生活污水治理模式

2.4.1 生活污水特點(diǎn)

礦區(qū)居民所產(chǎn)生的生活污水的主要成分是有機(jī)污染物、氮、磷、SS和病原體等，主要來(lái)源于煤礦居民區(qū)和工業(yè)區(qū)的浴室、辦公樓、單身宿舍、洗衣房、鍋爐房等用水場(chǎng)所。其浴室排水的比重較大，占到40% ～60%，濃度低。煤礦生活用水量偏大，經(jīng)濟(jì)成分單一，具有一般生活污水所具有的有機(jī)污染物，但在其污染物濃度上又有別于一般生活污水。

2.4.2 治理模式

目前，國(guó)內(nèi)外人工濕地的研究主要集中在生活污水處理模式，在基質(zhì)和植物選取方面取得了一些成果。頁(yè)巖的吸附容量最高，達(dá)到730 mg/kg填料;其次為礬土，達(dá)到355 mg/kg填料;Maerl(一種海草的石灰質(zhì)體)、浮石土和沸石礦的應(yīng)用增加了濕地填料的種類。水生植物除蘆葦?shù)瘸Ｒ娭参锿?，燈芯草、蒲草、美人蕉、風(fēng)車草和再力花等應(yīng)用也較多。且國(guó)內(nèi)有很多示范基地，如，廣東省沙田人工濕地、廣東省白泥坑人工濕地、北京市永定河人工濕地等。

3 討論

濕地作為一個(gè)特殊的生態(tài)系統(tǒng)有其自身的復(fù)雜性，加之廢水類型的復(fù)雜多樣，具體的情況千差萬(wàn)別。所以，在利用濕地凈化廢水，特別是煤礦山廢水，還有著諸多問(wèn)題亟待解決。前人所研究的各個(gè)濕地的環(huán)境，包括氣候、底泥、面積、植物種類、數(shù)量等，以及所排放廢水的性質(zhì)、水量、pH值、硫酸根濃度、COD等都差異較大。因此，在對(duì)具體某處濕地進(jìn)行研究時(shí)，應(yīng)實(shí)地展開調(diào)查取樣，針對(duì)不同類型的污水水源及特點(diǎn)，采用不同的濕地水流方式、植物配置、基質(zhì)類型。關(guān)于人工濕地在各類污水治理的報(bào)道很多，而在煤礦廢水的應(yīng)用報(bào)道僅限于礦山酸性廢水。人工濕地在煤礦廢水中的應(yīng)用缺乏針對(duì)性，造成該技術(shù)不能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。因此，濕地凈化廢水的深入研究對(duì)促進(jìn)礦區(qū)實(shí)現(xiàn)煤礦廢水資源化具有實(shí)際意義。

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