人工湿地污水处理技术的应用

【摘要】随着科技的发展，多种污水、废水的新型处理方式逐渐走进人们的眼球，其中人工湿地以其高效、低支出、环保、管理简单等优点获得了大家的认同并得到了广泛应用。

【关键词】人工湿地；污水处理；应用

中图分类号：X703

一、前言

文章着重介绍了人工湿地的特点，类型和作用机理，让大家对于人工湿地尤其是其优越性能有一个更加全面、深刻的认识，同时结合自身的经验和知识，展望其未来发展方向，希望能对人工湿地污水处理技术起到一定的促进作用。

二、人工湿地的概念及特点

人工湿地是近年来迅速发展的生物―生态治污技术，可处理多种工业废水，包括化工、石油化工、纸浆、纺织印染、重金属冶炼等各类废水，后又推广应用为雨水处理。这种技术已经成为提高大型水体水质的有效方法。人工湿地的显著特点之一是其对有机污染物有较强的降解能力。废水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留进而被微生物利用；废水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。随着处理过程的不断进行，湿地床中的微生物也繁殖生长，通过对湿地床填料的定期更换及对湿地植物的收割而将新生的有机体从系统中去除。

三、人工湿地的类型

人工湿地按水流类型可分为4类：

1.地表流湿地。废水在填料表面漫流，与自然湿地最为接近。这种湿地不能充分利用填料与植物根系。

2.潜流湿地。污水在湿地床的内部流动，一方面利川填料表面生长的生物膜、丰富根系及表层仁的填料截流等作用提供处理能力和效果，另一方面由于水流在地表下流动，保温性能好处理效果受气候影响小，卫生条件较好，是目前采用较多的一种类型。该工艺利用了植物根系的输氧作用，又称为污水处理的根区方法。

3.垂直流湿地。结合了地表流湿地和潜流湿地的特点，对于有机物和氮具有更高的净化效果，但是建造要求高。

4.潮汐流湿地系统。通过交通的进水和空气运动，氧的传速速率和消耗率大大提高。芦苇床交替被充满水和排干，极大地提高了处理效果。

四、人工湿地净化污水的原理

人工湿地的工艺原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化。这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合组成填料床，污染水可以在床体的填料缝隙中曲折流动，或在床体表面流动。在不同材质、不同粒径配比的基质填料上种植特定的处理性能好、成活率高的净水植物，形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理，从而成为人工建造的、可控制的、工程化的湿地生态系统。当污水通过湿地系统时，其中的污染物质通过沉积、过滤、吸附和分解等作用得到净化。同时，人工湿地中的植物除了增加湿地基质的透水性，还能与周围环境的原生动物、微生物等形成各种小环境，通过氧的传递，形成特殊的根际微生态环境，这一微生态环境具有很强的净化废水的能力。研究表明，城市污水在3～5h内流过200mh以上的沼泽湿地后，硝酸盐即可减少63%，磷减少57%。人工湿地对磷的去除是通过植物的吸收、微生物的积累和填料床的物理化学等几方面的共同协调作用完成的。由于该系统出水质量好，适合于处理饮用水源，或结合景观设计，种植观赏植物改善风景区的水质状况。其造价及运行费远低于常规处理技术。英、美、日、韩等国都已建成一批规模不等的人工湿地。

五、人工湿地的污染物的去除方式和精华机理

人工湿地处理系统对污水净化的作用机理是多方面的，主要包括：物理的沉降作用，污水经过基质层及密集的植物茎叶和根系，使悬浮物颗粒得到过滤，并沉积在基质层中；植物根系的阻截作用；某些物质的化学沉淀作用；土壤及植物表面的吸附与吸收作用；微生物的代谢作用等。此外，植物根系的某些分泌物对细菌和病毒有灭活作用；细菌和病毒也可能在对其不适宜环境中自然死亡。各污染物在湿地中的去除过程见表1。

1.基质及净化机理

基质在人工湿地的构造中占有较大面积，是人工湿地区别于自然湿地的重要方面。研究发现在排除了植物因子的前提下，人工湿地土壤一微生物系统对污水成分仍具有良好的去除作用。基质为湿地植物、微生物提供了生境，自身也参与了湿地净化污水的物理化学过程。自然泥土是人工湿地中经常使用的基质，。为了特殊目的，如提供磷的吸附，促进对金属的吸收，研究者选用基质时会考虑某个方面的特性，在目前，沙、石混合仍是最常用的形式。基质的去污过程来自离子交换、专性与非专性吸附、鳌合作用、沉降反应等。

2.水生植物及净化机理

目前对植物的废水处理的重要性方面，还存有争议。一些研究人员认为植物是湿地的必要部分，人工湿地中的湿生植物，不仅在外观上引人注目，在湿地净化污水的过程中也起着重要作用；但其他研究人员则认为它们的价值主要是美学方面。现有的大部分研究都证实湿地植物是湿地系统中的重要组成部分，在污水净化方面发挥了重要作用（表2）。植物及其枯枝败叶层形成了一个自然生物过滤器，有助于控制臭味；它们还能阻止杂草的生长，并使昆虫不至于在水面繁殖过多；植物自身可以吸收同化污水中的营养物质和有毒有害物质，将它们转化为生物量；植物根系促进了悬浮物在基质中的物理过滤过程，可防止基质的堵塞；植物在冬季形成一个绝热层，有助于使地下的基质免受霜冻。除此以外，植物的根系为细菌提供了多样的生境，并输送氧气至根区，有利于微生物的好氧作用。

3.微生物、藻类及其净化机理

微生物对整个生态系统具有重要的影响。微生物不仅是自然界的分解者，而且有些微生物也是食物链中的初级生产者，同时在自然界的元素转化中微生物也是一个不可缺少的成员。人工湿地中的微生物是湿地净化污水的主要机制之一，其中，细菌是湿地微生物中数量最多的一个类群，在污水净化过程中起到巨大作用，它使复杂的含氮机物转化成可供植物和微生物利用的无机氮化合物。它们共同协成了互利共生的有机系统，共同来完成污水净化的任务。

六、技术展望

人工湿地污水处理系统有着传统污水处理工艺不可比拟的优势：高效，投资少，运行、管理费用低，污水处理具有较强的针对性，能灵活地进行各种系统的组合及良好的景观效益，利于生态城市的建设，比较适用于处理水量不大，管理水平不高的城镇生活污水，也可广泛用于畜牧业、食品、矿山等工业废水的处理。人工湿地技术不断完善，研究者在人工湿地处理污水方面开展了大量研究，并取得了一些成果。如湿地受气候条件影响较大、溶氧不足、容易产生饱和、堵塞等问题，可以通过隔离保温、间歇式进水、停床休息、加强预处理（如沉淀、一级强化等技术措施加以解决。但其净化机理仍需要进一步研究，如湿地中金属离子、有机物和无机物在系统中的相互作用，植物根际微生物系统的作用，植物根系分泌物的研究以及新型填料的研究开发等。尽管如此，人工湿地研究已成为国际湿地研究的一个热点问题。

七、结束语

在环境日益恶化的中国，对污水进行有效的、环保的处理是现在亟需的。当然，我们在应用先进科学技术治理污染的同时，也因提高环保意识，这样才能从根本解决污染问题。

参考文献：

[1]高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程[M]下册.三版[M].北京：高等教育出版社， 2006[M].274～278.

[2]杨俊，龚琴红.人工湿地在我国农村生活污水治理中的应用[J].农业环境与发展，2007（2）.

[3]白晓慧，王宝贞，余敏等.人工湿地污水处理技术及其发展应用[J].哈尔滨建筑大学学报.19.

[4]岳春雷，常杰，葛滢，等.利用复合垂直流人工湿地处理生活污水[J].中国给水排水，2003（7）.