人工湿地技术处理河道污水

摘要：随着国民经济的发展，农业面源、工业点源及城镇生活污水的不断增加，面对污水处理和水质管理则明显落后，大量直接排出的未经处理污水已造成水体环境严重污染，同时湖泊水体的富营养化问题也越来越严重，人工湿地的生态系统在对河道污水的处理中取得了十分满意的社会环境效益。基于此，本文对人工湿地技术处理河道污水进行了研究。

关键词：人工湿地技术河道污水

中图分类号： TU992 文献标识码： A

引 言

水是人类赖以生存的重要物质条件之一，长期以来，人类对水的不合理使用和工农业用水的严重污染，使大量的污水被排入到河道内，带来了严重的河道污染问题，呈现出脏、乱、差、臭的恶劣环境。水体污染使人类可利用的水资源逐年减少，华北地区水资源危机更是突出，在这种形势下，南水北调工程应运而生。但是，大量外源水的调入，将会产生更多的工业污水、生活污水以及污水处理厂排放的水，这些污染水体最终会被排入河道，带来河道污染，破坏沿岸生态环境，影响沿岸居民正常生活和生产，限制区域经济的发展，因此迫切需要对污染河道进行治理。目前在国内外河道污水治理方式中，常见的治理方式有：河道曝气技术、人工浮岛技术、投菌法、混凝法、氧化还原法、生物膜技术、人工湿地技术等。

一、人工湿地

1、人工湿地概念

湿地系指不问其为自然或人工、长久或暂时之沼泽地, 湿原, 泥炭地或水域地带; 带有或静止或流动, 或为淡水, 半咸水或为咸水水体者, 包括低潮时水深不超过6m 的水域。湿地是陆地与水体之间的过渡地带, 是一种高功能的生态系统, 具有独特的生态结构和功能。对于保护生物多样性, 改善自然环境具有重要作用。由于人类的不合理开发, 湿地资源在我国受到很大破坏。在特殊时期和环境条件下, 研究和建立人工湿地生态系统是对自然湿地生态系统的适度补充, 也是对其功能退化的恢复性建设。人工湿地是一种由人工建造和监督控制的, 与沼泽地类似的地面。湿地能净化污水, 是自然环境中自净能力很强的区域之一。它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用, 通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。

2、化机理

（1）湿地植物

植物为“自然系统”中的降解有机物微生物提供附着的场所，通常选择植入具有性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的挺水植物如芦苇、水葱、蒲草、香蒲、灯心草等。湿地植物的存在可以显著的提高湿地的处理效果， 起到输送氧的作用，对有机污染物和N，P 等营养化合物进行分解和合成代谢，在冬季还可以起到保温的作用。植物对污染物直接的去除机理主要包括： 生物吸附和细胞的内积累， 因此不同的光照强度和光照时间也会影响人工湿地的处理效果。

（2）微生物

人工湿地系统中的主要微生物包括细菌、真菌和放线菌等。细菌是湿地微生物中数量最多的一个类群，主要的细菌包括好氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫化细菌和磷细菌等。人工湿地处理系统中微生物和自然化学的净化作用占到了系统约90%，而且人工湿地中由于植物根系能存着常规水处理系统所不存在的微生物。污染物降解菌种类多样， 对某些特殊的难降解废水有着高效的净化能力。微生物的降解作用在人工湿地处理系统中起着重要的作用， 在难降解有机物的裂解和有毒物质的去除过程中起着主要的作用。在运行良好的人工湿地中微生物的生物量会逐渐增加， 待到某一水平后趋于稳定， 微生物的空间分布主要与根系的位置不同向不同， 同时随着土层的加深微生物的数量逐渐减少。人工湿地由于湿地植物的存在，在处理效果上会存在季节性的差异。而虽然在冬季湿地植物大部分枯萎死亡， 但湿地中的各类微生物数量基本上保持在较高的水平上， 这也是保证人工湿地在冬季仍有处理效果的重要原因。

（3）人工基质

人工基质的主要作用是提供湿地植物生长所需要的基质， 为污水在其中的渗流提供良好的水力条件， 为微生物提供良好的生长载体。表面流人工湿地，一般采用土壤和植物根系构成基质层；潜流人工湿地，一般采用砾石填料和土壤或砂构成基质层。

二、人工湿地植物的选择与配置原则

1、功能性原则

为了充分发挥人工湿地的污水处理效果， 应选取和配置抗污染能力强， 净化效果好的植物。应根据不同的人工湿地类型和工艺单元选择适宜的植物。对于表面流人工湿地可配置沉水植物、漂浮植物以及挺水植物， 对潜流和垂直流人工湿地可配置湿生植物和挺水植物。

2、地域性和环境适应性原则

植物生长具有明显的地域性， 人工湿地植物选择应以本地植物为主， 选用当地或本地区天然湿地中尚存的且对水体污染物有较强净化能力的植物。选用生长良好的本地土著植物构建人工湿地系统将提高对污水的净化能力。考虑具体的人工湿地环境因子的影响， 选用有较强适应能力的植物， 具有较强的抗冻、抗热、抗病虫害等能力的植物。人工湿地基质的种类较多， 理化性质差异比较大， 对植物生长和根际微生物活性有一定影响， 要根据基质的pH 值配置相应的植物； 对于含盐量比较高的人工湿地基质， 应选择耐盐性植物。

3、经济性原则

建造人工湿地时应考虑一定的经济价值， 引入实现生态和经济的可持续发展的生态工程管理模式。将收割后的植物残体用于堆肥以生产生物肥，回收的植物可以用作造纸原料、编织材料、牲畜的饲料或燃料等。农村污水治理中， 应考虑当地的农村经济水平和农民增收要求， 选择污水治理效果好、经济价值高的湿地植物， 实现人工湿地系统的多用途目标。

4、生态安全性原则

人工湿地植物群落构建中应根据湿地的不同区域配置多种植物， 多物种的生态系统比单一物种的系统要稳定， 植物多样性越高， 资源利用越充分，根区对氮、磷的利用程度越高。考虑不同种类的植物相互之问的作用， 一是对光、水和营养等资源的竞争； 二是植物通过释放化感物质， 影响周围植物的生长。

三、人工湿地示范工程

1、工程概况

人工湿地是近年来快速发展起来的一种人工构建并控制的，主要利用天然净化能力的污水处理技术。它利用了微生物、湿生植物、动物等一系列生物的代谢活动，综合了物理的、化学的、生物的复杂过程，使污水中污染成分得以降解，无害化或转化为可利用的物质。人工湿地的植物可通过收割移走并进一步资源化利用。污水中一些微量的金属通过人工湿地床基的吸附或沉淀作用去除，并被湿地植物吸附、吸收去除。污水中大部分病原菌和病毒被人工湿地床基好氧微型生物摄食分解，部分被植物根系分泌物杀灭。

2、复合型人工湿地

本复合型人工湿地处理工程是将垂直潜流与水平潜流人工湿地有机结合起来。因河水中含有一定量的悬浮物，易导致湿地的堵塞，本处理系统设施了预处理池，该池增加了生物载体，为强化型预处理设施（提升污水、去除悬浮物、降低污染物），为后续人工湿地的净化创造良好条件。所以，本复合型人工湿地可处理较高有机物浓度和悬浮物浓度的污水。该复合人工湿地主要依靠植物、微生物的综合作用下，使水中有机物被生物摄取和氧化分解；污水中氨氮则通过硝化－反硝化生化过程和植物吸收而去除；有机氮则通过生化作用矿化为氨氮、硝氮，进而通过植物吸收和硝化－反硝化过程去除；污水中磷大多以正磷酸盐形式存在，并主要通过人工湿地床基中的钙、铁、铝离子沉淀固着，以及植物的吸收过程去除。主要工艺流程如下：溪流污染源水解沉淀复合人工湿地表面流湿地受纳水体。本复合型人工湿地的设计流量为600/d，按每天运行12小时计算，主要设计指标如下：

(1)主要设计进出水指标

①进水：BO 35mg/L，COD 80mg/L，SS 100mg/L，TP 2mg/L，TN 16mg/L

②出水：BO 20mg/L，COD 50mg/L，SS 20mg/L，TP1.2mg/L，TN 10mg/L

(2)主体湿地设计数据

①湿地有效面积：2000㎡。

②植被选择：具有良好的生态适应能力和生态营建功能，以当地或本地区天然湿地中存在的植物为主，着重选用常绿冬季生长旺盛的水生植物类型，具有较高的一定景观价值、文化价值和综合利用价值。采用较多的是美人蕉、风车草、菖蒲、狐尾藻、芦苇、香蒲、再力花等水生植物。

四、人工湿地运行管理

本复合型人工湿地示范工程的运行管理比较简便，主要是人工湿地的日常维护、运行情况记录和进出水水质检测等。

1、运行与管理

⑴ 植物栽种后为保证成活率，应立即充水。充水的负荷应逐步提高。初期水位不宜过大，避免植物根部腐烂等问题。一般控制在200m~300mm为宜。

⑵ 水力负荷和污染物负荷在运行初期不宜过大，待运行稳定后可逐步提高至常态。

⑶ 预处理池要根据泥量（泥深约1m）和运行周期（≤15天）进行定期清淤；植物应根据设计要求进行的定期修整。

⑷ 对于突发事件应制定应急预案并报相关部门审批。

⑸ 设备要进行定期检查和日常运行数据的记录。

2、系统监测

⑴ 由于污水人工湿地生态处理工程的水力停留时间较长，运行稳定且变化较慢，因此不必频繁取样分析。

⑵ 运行期间水质异常的原因很多，应当对原因进行逐一排查，并适当增加监测的频率和内容进行分析。

⑶ 基建、设备等应该定期检查。制备与污泥沉积等的检查应根据不同的季节和处理水质合理安排检查频率。

⑷ 日常的主要水质检测指标为CODcr、pH、SS、氨氮等。

3、故障处理

⑴ 植物对于人工湿地处理系统具有重要的作用。植物的生长状况极大地影响工程的运行效果。植物的病虫害防治应根据植物类型、植物生长期等进行定期防治，在植物死亡期进行枯萎植物的清理工作。

⑵ 人工湿地系统中作用主体是多种多样的植物。除草剂、杀虫剂等的使用会使得植被的多样性减少，同时导致植被的大面积损坏。因此，不宜在人工湿地中使用除草剂和杀虫剂。

⑶ 应定期收获老的个体，以免其死亡腐败对系统产生二次污染。同时防止枯枝落叶将水流阻塞影响稳定运行。部分杂草可进行人工拔除。

四、总束结

人工湿地适用于各类污水的处理领域，其基质、湿地植物、微生物的复合作用，使得人工湿地对各类污染物都有着高效的去除能力。由于人工湿地的净化作用往往是许多净化机制的综合作用， 因此其确切的净化机制还有待进一步的研究。同时，由于系统的复杂，能衍生处理各种废水、与各工艺的组合处理及对湿地某净化过程的强化等， 也将是未来人工湿地的发展和研究的方向。另外，人工湿地占地大、对高浓度废水处理能力一般、长期运行处理效果下降等问题还需亟待解决。

参考文献

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