利用人工濕地技術處理污水的研究

任斌

【摘要】闡述了人工濕地的定義、分類、構造，論述了利用人工濕地進行污水處理的運行機理，通過研究人工濕地污水處理技術現狀及發展，明確了建立人工濕地進行污水處理具有良好的應用前景，今后應進一步加強人工濕地的基礎理論研究，進一步推廣人工濕地的應用。

【關鍵詞】人工濕地；污水處理；機理

水資源是國民經濟和社會發展的基礎自然資源，水環境污染制約經濟發展，危害人體健康，研究新型污水處理技術已經迫在眉睫，人工濕地污水處理技術應運而生，成為一種簡單有效的生態工程污水處理技術。

1、人工濕地的概述

人工濕地是指通過模擬天然濕地的結構與功能，選擇一定的地理位置與地形，根據人們的需要人為設計與建造的濕地。自首屆國際人工濕地處理污水大會于1988年在美國召開后，Constructed wetland才逐漸取代其他術語而成為人工濕地的通用名詞。

目前對人工濕地定義已經取得了基本一致的認識：它是模擬自然濕地的人工生態系統，是一種由人工建造和監督控制的、類似沼澤地的地面。

2、人工濕地的分類

根據污水在濕地床中流動的方式，可將人工濕地分為3種類型：垂直流人工濕地、潛流式人工濕地和表面流人工濕地。

2.1 垂直流人工濕地

垂直流人工濕地污水水流方向基本上從濕地表面沿縱向流向填料床的底部，在底部由鋪設的集水管將水流收集并排出濕地系統。這種濕地對介質要求較高，水流容易堵塞，不利于推廣使用，但與表面流、潛流式人工濕地相比，它具有較強的去除有機物和氮的能力。

2.2 潛流式人工濕地

潛流式人工濕地由一個或多個填料床組成，污水從一端水平流過填料床到另一端。污水在濕地床表面下滲流，一方面可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及表層土和填料截留作用處理；另一方面則由于水流在地表下流動，保溫性能好，尤其適合北方地區的氣候特點。

2.3 表面流人工濕地

表面流人工濕地的水力路徑以地表推流為主，污水在填料表面漫流，這最接近自然濕地。絕大部分有機物的去除依靠生長在植物水下的莖和桿上的生物膜來完成。表面流人工濕地的去污能力高于天然濕地處理系統，但與垂直流、潛流式人工濕地相比，其去污效果相對較差。

3、人工濕地的構造

人工濕地一般由基質、水生植物和微生物組成。

3.1 基質。人工濕地基質又稱填料、濾料。主要有土壤、沙土、礫石、石塊等，通過沉淀、過濾、吸附等作用去除污染物，是濕地化學反應的主要界面之一。不同的基質對人工濕地處理效果影響較大，目前潛流型人工濕地大多使用當地的河砂和礫石作為基質材料，表面流型人工濕地多采用當地土壤作為基質材料。

3.2 水生植物。水生植物是人工濕地的重要組成部分，一般采用具有處理性能好、成活率高、且有一定美學和經濟價值的水生植物。目前人工濕地植物研究的重點放在蘆葦和香蒲上，并且在實踐中廣泛應用。

3.3 微生物。微生物是人工濕地凈化廢水的主要“執行者”，他們把有機質作為豐富的能源，將其轉化為營養物質和能量。污水中的有機污染物質包括含氮、含磷化合物，經微生物的作用降解成終極產物釋放到大氣中，或固定于土壤，或者成為水生植物及微生物可吸收的營養物質，或者轉化為對水環境無毒或弱毒的物質。

4、人工濕地的機理

4.1 有機物的去除。人工濕地對有機物有較強的凈化能力，有機物的去除主要依靠微生物的作用。可溶性有機物可以通過植物根系生物膜的吸收、吸附及生物代謝降解過程而被分解去除。一般人工濕地對COD的去除率可達80%以上，對BOD的去除率在85%-95%之間。

4.2 氮的去除。人工濕地中氮主要是通過微生物的硝化和反硝化作用、植物的吸收、氨的揮發以及基質的吸附和過濾等過程而去除。

污水中的氮包括無機氮和有機氮。無機氮可以被人工濕地中的植物吸收，合成植物蛋白質，最后通過植物的收割形式從人工濕地系統中去除，但這一部分氮僅占總氮量的8%-16%。

有機氮的去除主要依靠硝化菌和反硝化菌的硝化和反硝化作用。硝化反應在好氧環境下進行：第一步由亞硝酸菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽；第二步由硝酸菌將亞硝酸鹽進一步氧化為硝酸鹽；反硝化作用是在無氧環境下進行，反硝化菌通過氧化分解作用，將硝態氮還原為N2或N2O。

4.3 磷的去除。人工濕地對磷的去除主要由植物吸收、微生物降解及物理化學作用完成。磷的存在方式主要有：有機磷、不溶性磷酸鹽和可溶性磷酸磷為主。

污水中的無機磷在植物吸收的作用下，可變成植物的有機成分，這部分磷可通過植物收割得以去除，但是植物的吸收是有限的；而有機磷則可以通過聚磷菌過量吸收去除。對于不溶性磷酸鹽主要通過基質的阻截、吸附去除；而對于可溶性磷酸鹽則通過與土壤、基質中的Al3+、Fe3+、Ca2+等發生化學沉淀反應去除。但是這也只能改變磷在人工濕地系統中的存在方式，并沒有起到真正意義的除磷效果。

5、人工濕地的前景

影響人工濕地系統運行的因素繁多，其中氣候及地域條件影響較大。因此，為全面了解濕地對污水的去除機制，改善人工濕地對污水的凈化效率，未來應針對以下進行研究：

5.1 優化人工濕地基質條件、溫度和水質條件等因子，構建外部因子的最適環境與人工濕地微生物種群生消關系；

5.2 根據不同特性生活污水、不同地區及不同氣候條件的使用數據建立數據庫，促進人工濕地處理污水治理技術的推廣；

5.3 隨著運行時間增長，人工濕地中填料會出現堵塞，甚至吸附飽和，我們需要尋找途徑來解決這一問題，確保濕地長期穩定運行。

6、結論

總得來說，人工濕地污水處理系統是一種較好的污水處理方式，它防止環境的再污染，獲得污水處理與資源化的最佳效益，因此具有較高的環境效益、經濟效益及社會效益。

參考文獻：

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[2]宋志文，畢學軍，曹軍.人工濕地及其在我國小城市污水處理中的應用[J].生態學雜志，2003，22（3）：74-78.