人工濕地污水處理系統研究及性能改進初探

【摘 要】本文以人工濕地污水處理系統為研究對象，首先針對人工濕地污水處理系統在實踐應用過程中的優勢以及一般性分類進行了簡要分析，在此基礎之上從污染物降解動力學特征以及水流動力學特征這兩個方面入手，針對人工濕地污水處理系統性能改進的措施展開了較為詳細的分析與闡述，旨在于為今后相關研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

【關鍵詞】人工濕地；污水處理系統；優勢；分類；性能改進；措施；分析

一、人工濕地污水處理系統應用優勢及其分類分析

眾所周知，有關自然濕地的模擬是人工濕地污水處理系統得以實現與發展的基礎所在。自然屬性的實地是水生生態與陸生生態在自然界復雜多變環境下所形成的一種固定性過多地帶。有關研究學者曾經明確指出：自然濕度是具備最高初級生產力特征的生態系統構成要素。在現代化環境保護的研究視野下，濕地一方面為大量野生性動植物的生長與繁殖提供了必要的環境與場所支持，另一方面還在調節氣候、涵養水分的同時實現對污水的凈化與處理。

傳統意義上濕地污水的處理方式基本包括活性污泥法以及穩定塘法這兩種類型。以上兩種濕地污水處理方式在實踐應用過程當中均表現出了包括經濟性、可操作性、高效性、低能耗性以及穩定性在內的多點應用優勢，并且也為濕地周邊農業及漁業的發展營造了有利環境。然而，在全球經濟一體化發展趨勢不斷加劇以及城市化建設規模持續擴大的背景作用之下，越來越多的有毒有害物質開始浸入自然濕地區域，自然濕地資源的有效性特征與其在處理這部分有毒有害物質過程中的超負荷特性構成了極為顯著的矛盾。基于這一實際情況，相關人員提出了一種基于人工濕地模擬自然濕地方式實現對污水凈化與處理的操作系統。

值得注意的一點是：區別于上文中所述的自然濕地污水處理而言，建立在人工濕地基礎之上的整個污水處理系統各環節運行特性始終受到人為監督與控制。在具備一定長寬比例以及坡度的洼地位置，由土壤以及砂石原料構成混合型填料床，并將污水處理性能顯著，成活率較高且生長周期較長的植物（現階段主要包括鳳眼蓮以及蘆葦等在內）種植于床體之上，配合水體以及填料中所生存的微生物，構成一個完整且獨特的生態環境系統。在污水流經人工濕地污水處理系統的過程當中，通過床體表面以及填料縫隙位置所發揮的沉淀反應、吸附反應、過濾反應以及分解反應等，實現對污水的高效處理與凈化。

現階段，按照水利方式的差異性，人工濕地污水處理系統主要可以分為以下兩種類型：①.地表流人工濕地污水處理系統：此種類型的人工濕地污水處理系統性能基本與沼澤屬性表現為一致性狀態，污水以一種相對較慢的速度流經人工濕地表面位置。實踐應用過程當中投資較少，操作較為簡單。然而其缺陷在于占地面積較大并且污水處理凈化能力有所受限；②.潛流人工濕地污水處理系統：在此種系統的執行污水處理與凈化動作的過程當中，污水自高段位置保持均勻性速度流經填料床，考慮到該床底設置于防水層部件，導致此種類型的人工濕地水力負荷指標與污染負荷指標始終控制在較大范圍內，能夠針對BOD、COD以及SS在內的多種重金屬物質發揮極為顯著的凈化功效。然而其局限性在于：有關此種污水處理系統的控制相對較復雜，無法保障有效的脫N以及脫P性能。

二、人工濕地污水處理系統性能改進措施分析

在當前技術條件支持下，相關研究人員有關人工濕地凈化過程的認知與分析絕大情況下多是建立在對“黑箱理論”的研究與分析基礎之上。有關污水在人工濕地系統凈化過程中的認知存在較為明顯的缺陷性。以上問題直接導致相關人員在建造整個人工濕地的過程當中主要依從于經驗性特征，人工濕地系統構建受主觀性因素的影響較大。在不同的經驗特性作用之下，勢必會導致各地人工濕地所對應的凈化效率存在較為顯著的差異性。結合對人工濕地內部系統的深入分析，通過工藝設計的方式研究人工濕地污水處理系統的性能改進工作要點，已成為現階段推動人工濕度污水處理工作質量不斷提升的最關鍵途徑之一。

從化學工程反應器理論的研究視角角度上來說，在實踐應用過程當中，會對整個人工濕地污水處理工作效率產生決定性影響的工作要素主要涉及到兩個方面：其一是人工濕地污水處理系統中污染物發生降解反應過程中所表現出的動力學特征因素；其二是人工濕地污水處理系統內部水流動力學特征因素。除以上兩個方面的因素以外，包括環境溫度因素以及氧氣含量因素同樣會對整個水工濕地污水處理系統工作效率的發揮以及推廣速度的提升產生極為重要的影響。基于以上分析，建立在有關人工濕地污水處理系統性能改進的研究過程當中，重點采取如下幾個方面的措施，確保人工濕地污水處理系統運行性能的可靠性。

1.人工濕地污水處理系統污染物降解動力學特征因素改進措施分析：在有關人工濕地污水稱處理系統的設計過程當中，要求相關工作人員結合所需處理污水中含有污染物的類型以及特性，基于對這部分污染物在發生降解反應過程中所對應的動力學規律表達形式進行設計。在此基礎之上實現對整個人工濕地污水處理系統組合性能的計算與確定。以現階段比較常見的COD為例，在研究過程當中，對于COD而言，污水水體當中COD的含量與COD所對應的凈化負荷指標表現出了明顯的正比例線性相關關系。換句話來說：出水水體中所含有COD總量指標將伴隨著水力停留時間的持續延長而有所顯著降低。按照以上關系，可以構建一個基于COD有效去除的一級反應速率方程。具體的表達方式如下所示。

D[COD]/dt=k*[COD]

在該一級反應速率方程當中，k定義為COD所對應的反應速率常數取值情況。結合有關COD一級反應速率方程的構建，一方面能夠發揮對整個人工濕地污水處理系統設計的優化發展，另一方面也能夠保障整個系統管理與控制工作的有效開展。從實踐應用的角度上來說，通過構建有關COD一級反應方程的方式可以計算得出與之相對應的反應速率常數值表，從而明確在整個人工濕地正常運行狀態下，一定污染物在發生完全降解反應過程中所對應的水力停留時間指標。然而不可否認的一點是：以上建立在COD基礎之上的一級反應速率方程并無法將整個污染物復雜化的降解反應過程完全反應出來，現階段僅通過動力學特征的計算，實現對人工濕地污水系統建設的指導。

2.人工濕地污水處理系統水流動力學特征因素改進措施分析：污染物所表現出的遷移過程在很大程度上受到了來自于人工濕地系統水流流動特征的影響。通過研究水流動力學特征的方式，能夠發揮其在提高整個人工濕地污水處理系統凈化效果中的重要意義與價值。相關實踐研究證實：對于整個人工濕地污水處理系統而言，較大的出水速率以及較大的出水量往往對應著較好的污水處理系統凈化效果。通過發揮植物根水流疏導功能以及氧氣傳遞功能的方式確保整個人工濕地污水處理系統出水速率指標的有效提升。在這一過程當中還需要注意的一點是：一般情況下，較大的水體容積往往能夠實現對更多污水量的容納與吸收，這對于整個人工濕地污水處理系統凈化性能的提升而言同樣有著重要意義。基于以上分析，在有關水流動力學特征因素的改進過程當中需要著重關注兩個方面的問題：一方面，植物的存在能夠實現對水體污染物的有效吸收，強化微生物活性，提升污水處理系統凈化性能；另一方面，植物根系的存在使得人工濕地孔隙度有所降低，這在一定程度上減少了長期停留于人工濕地系統中的水量，這顯然是不利于污水處理系統凈化性能發揮的。以上問題也就要求在人工濕地植物選取的過程當中應當謹慎考量，優選須根莖狀植物，從而正確處理以上指標之間的對應關系。

三、結束語

通過本文以上分析不難發現：人工濕地污水處理系統有著極為顯著的經濟性優勢、環境性優勢以及社會性優勢。實踐研究同時證實：經由人工濕地污水處理系統所處理后的出水水體質量較好，能夠普遍應用于包括農、林、牧、副、漁在內的相關行業領域，在現代社會建設發展中發揮著極為重要的意義。總而言之，本文針對有關人工濕地污水處理系統及其在性能改進過程中所涉及到的相關問題做出了簡要分析與說明，希望能夠引起各方工作人員的特別關注與重視。

參考文獻：

[1]鄭連存，張欣欣，閆海等.潛水流濕地污水處理反應器模型求解[J].北京科技大學學報，2008，30（7）：714-716.

[2]張永勇，張光義，夏軍等.濕地污水處理機理的研究[J].環境科學與技術，2005，28（z1）：165-167.

[3]程鳳林，鄭連存.非穩態情況下潛流濕地數學模型的求解及分析[J].華北水利水電學院學報，2008，29（6）：97-99.

[4]黃健，趙曉芬.微生物在人工濕地污水處理中的研究進展[J].海洋湖沼通報，2012，（2）：151-156.

[5]彭潤芝，董澤琴，史莉等.\"地溝式滲濾+碎石床濕地\"污水處理技術研究[J].貴州環保科技，2004，10（z1）：20-23.27.