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连续与间隔进水模式对构造湿地基质生态功能的影响探究

一、引言

1.1研究背景

水是生命之源，是人类社会赖以生存和发展的基础性自然资源和战略性经济资源。然而，随着全球工业化、城市化进程的加速推进，人口数量的持续增长以及人类生产生活活动的日益频繁，水污染问题愈发严峻，已成为全球性的环境挑战。据相关统计数据显示，全世界每年约有4200多亿立方米的污水被排入江河湖海，致使5.5万亿立方米的淡水遭受污染，这一数据相当于全球径流总量的14%以上。在中国，水污染形势同样不容乐观。2005年，全国废水排放总量高达524.5亿吨，工业废水排放达标率有待进一步提升，城市污水处理率仅为149.8万吨。污水中的有害物质，如酸、碱、氧化剂，以及铜、镉、汞、砷等重金属化合物，苯、二氯乙烷、乙二醇等有机毒物，不仅会导致水生生物死亡，破坏水生态平衡，还会对饮用水源造成污染，威胁人类的身体健康。同时，污水中的有机物在被微生物分解时会大量消耗水中的溶解氧，进而影响水生生物的生存，当水中溶解氧耗尽后，有机物会进行厌氧分解，产生硫化氢、硫醇等具有刺激性气味的难闻气体，使水质进一步恶化。

面对日益严重的水污染问题，污水处理技术的研发与应用显得尤为重要。构造湿地技术作为一种新型的生态污水处理技术，近年来在污水处理领域得到了广泛的关注与应用。构造湿地是通过人工设计与施工构建而成，具备围堤和防渗层的沟状、塘状或床型的污水处理湿地。它通常由多个湿地单元组成一个相对独立的污水处理系统，其内部包含水、处于饱和状态下的基质层、水生植物、野生动物以及微生物等要素，是一个复杂的生态系统。构造湿地的污水处理过程是一个物理、化学和生物协同作用的过程。污水在流经生长有植物的介质时，会发生过滤、沉淀、吸附等物理和物理化学作用，同时污染物与基质之间会发生多种形式的生化反应。其中，微生物在污水处理过程中发挥着关键作用，它们能够通过代谢活动将污水中的有机物、氮、磷等污染物进行分解、转化，从而实现污水的净化。

构造湿地技术具有诸多显著优势，这也是其在污水处理领域得以广泛应用的重要原因。首先，其基建投资费用较低，一般仅为传统活性污泥法的1/2，这对于资金相对短缺的地区来说具有很大的吸引力。其次，运转费用低，约为传统工艺的二分之一，能够有效降低污水处理的成本，提高经济效益。再者，处理效率高且稳定，一般能够达到城镇污水排放标准的一级A甚至更高标准，能够确保出水水质的达标排放。此外，构造湿地还具有易于维护管理的特点，设备操作简单，对操作人员的专业素养要求相对较低，降低了运行管理的难度。同时，它对水力负荷和污染负荷的波动具有较强的耐受能力，即使在停车后也可随时启动，并且对出水水质的影响较小，具有较高的稳定性和可靠性。而且，构造湿地可根据地形地貌进行灵活设计，各个处理单元无需集中设置，可以通过管道或沟渠连接成一个完整的污水处理系统，具有很强的适应性。另外，湿地系统不设置二沉池，污泥产量较少，主要是初沉池的污泥，减少了污泥处理的成本和环境压力。最后，由于沉淀、填料颗粒的吸附以及阳光照射等作用，其对微生物的去除率可达到99%以上，出水一般无需消毒处理，进一步简化了处理流程。

在构造湿地系统中，进水方式是影响其处理效果和运行稳定性的关键因素之一。进水方式主要包括连续进水和间隔进水两种。连续进水是指污水不间断地流入湿地系统，这种进水方式能够使湿地系统始终处于运行状态，处理水量相对稳定。然而，连续进水也存在一些不足之处。由于污水持续流入，湿地系统的水力负荷相对较高，容易导致湿地内部水流速度过快，使得污染物与微生物、植物以及基质的接触时间不足，从而影响污染物的去除效果。此外，长期的高水力负荷还可能对湿地系统的结构和功能造成一定的破坏，降低湿地的使用寿命。间隔进水则是指污水按照一定的时间间隔周期性地流入湿地系统。这种进水方式可以使湿地在进水间歇期内有足够的时间进行自我修复和调整，恢复微生物的活性和湿地的生态功能。同时，间隔进水能够有效控制湿地的水力负荷，使污染物与微生物、植物以及基质有更充分的接触时间，从而提高污染物的去除效率。此外，间隔进水还可以通过调整进水周期和时间，更好地适应不同水质和水量的变化，增强湿地系统的适应性和稳定性。

微生物和酶在构造湿地系统中扮演着至关重要的角色。微生物是湿地生态系统中的重要分解者，它们能够利用污水中的有机物作为碳源和能源，通过一系列的代谢活动将其分解为二氧化碳和水等无害物质，同时实现自身的生长和繁殖。不同种类的微生物在湿地系统中承担着不同的功能，例如硝化细菌能够将氨氮氧化为硝态氮，反硝化细菌则可以将硝态氮还原为氮气，从而实现氮的去除；聚磷菌能够在好氧条件下过量摄取磷，在厌氧条件下释放磷，通过这种方式实现对磷的去除。酶是微生物代谢过程中产生的一类具有催化