人工濕地污水處理技術研究現狀分析

范瑩　劉芊宏

摘要：文章介紹了人工濕地的發展現狀，對人工濕地及其對不同污染物的污水處理原理進行了闡述，針對人工濕地污染物處理系統及其設計的關鍵因素進行了具體的說明，并結合人工濕地系統在各個領域的廣泛應用，介紹了其污水處理方法及流程。

關鍵詞：人工濕地；污水處理技術；去除機理；廢水；懸浮物去除；有機物去除 文獻標識碼：A

中圖分類號：X703 文章編號：1009-2374（2016）30-0099-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.048

1 概述

隨著工業化發展，污水處理技術的發展和提高成為目前亟待解決的問題，而人工濕地技術作為一種可持續發展的污水處理技術方法也越來越引起人們的重視和研究，追溯其歷史來源于1953年德國Kathe Seidel博士研究發現了蘆葦能去除大量無機和有機污染物，隨之激發了德國以及整個歐洲在這方面的研究，目前人工濕地技術已在歐洲得到了普遍的推廣應用。而我國在人工濕地技術方面的研究起步較晚，1987年建立了第一個人工濕地，最初的人工濕地技術也僅僅應用在生活污水的處理上，具有處理污水出水水質穩定、對氮磷等有很強的去除能力、系統管理方便等特點，目前已逐漸推廣至工業廢水、養殖廢水等領域中，代表了人工濕地技術在未來發展的一個新趨勢。

2 人工濕地污水處理系統及原理

2.1 人工濕地概述

人工濕地通常是由填料層、微生物、水生植物、脊椎和無脊椎動物、水體5大部分組成，人工濕地系統一般可以分為3類，如表1所示：

由表1可以看出，表面流濕地由于以自然泥土作為基質，經濟上建設花費較小，且人工濕地表面有較充足的氧氣，但由于其污水僅僅在表面流動，所以占地面積大，且水力負荷較低，處理效率低下；垂直流濕地屬于構造性人工潛流濕地，處理效率很高，尤其是針對氮磷的處理效率，且不容易堵塞，但是系統相對復雜且經濟建設花費很高；水平潛流濕地是將需要處理的污水在填料層從進水端水平流向出水端，所以有很好的保溫效果，因此有效地降低了惡臭以及蚊蠅產生的可能，對有機物以及重金屬的去除效果尤其好。通常會針對這三種濕地系統的優缺點建立組合人工濕地，以達到高效的污水去除效果。

2.2 人工濕地污水處理原理

人工濕地系統主要是人工投放鋪設的基質、種植的植物、引進微生物等形成一個微小局部的生態系統，形成了生態污水處理系統。下面我們將簡要介紹人工濕地的集中污染物去除機理。

2.2.1 懸浮物去除。污水進入濕地系統時，懸浮物去除主要由濕地中的重力沉降、生物群落的吸附、絮凝共同作用完成。如果懸浮物含量比較高，那么可以通過設置格柵、沉砂池、沉淀池、厭氧沉淀塘等預處理設施，去除污水中的懸浮物，同時濕地中的多種微生物也會發生降解分解、代謝吸收、沉降等多種作用而同化組成細胞的成分，從而達到去除懸浮固體的作用。

2.2.2 有機物去除。有機物的去除都可以通過微生物降解去除，其中有機物中的可溶性的有機物可以通過植物吸收、轉化，微生物降解等過程去除，不溶性的有機物主要通過填料的沉淀、過濾等物理作用去除。

2.2.3 磷的去除。人工濕地對磷的去除是通過微生物的氧化分解、植物分解、化學作用以及物理沉積等。其中物理作用主要是磷通過自身的重力作用以及濕地中的基質及植物根系阻攔而慢慢沉淀；化學作用主要是由于人工濕地中的磷會和其他的鐵、鈣、鎂、鋁等陽離子發生離子交換等化學沉淀作用。植物分解和同化作用主要是經過植物攝取、轉化、植物吸收等，儲存在一些水生植物體內的磷會隨著植物的枯萎死亡而重新釋放回水體中。如果以除磷為目的，可定期從濕地系統中收割植物。微生物作用主要是通過同化作用和超荷積累兩種方式實現的，同化作用是自氧微生物和異氧微生物吸收、轉換磷來實現。而超荷積累則是微生物在特定水體環境中，對磷的一種過度積累現象。

2.2.4 氮的去除。人工濕地氮的去除主要通過揮發、氨化、植物吸收、硝化和反硝化以及基質吸附等途徑。同時由于氮也是植物、微生物細胞等所需的營養元素，所以一部分氮被植物、微生物吸收同化。一般人工濕地在中性和弱堿性之間，可采用收割去除的方法，當處理低濃度污水時，有很好的效果。

2.3 人工濕地污水處理系統

在人工濕地污水處理系統中，如圖1中系統設計的關鍵在于濕地的水流方式、污水的停留時間以及濕地有效面積等，其中濕地的水流方式常見的有推流式、階梯進水式、回流式以及綜合式。污水的停留時間則可以定義為可用容積和平均水量的比值，即是：

式中：t代表污水的停留時間；V是濕地容積（m3）；ε是濕地孔隙率；Q是平均流量。

人工濕地的面積一般根據進出水中BOD5的濃度來確定，針對不同類型的人工濕地系統有不同的計算方法。針對表面流人工濕地，為了計算方便，在確定了水力負荷的前提下，通?？梢圆捎萌缦鹿接嬎惚砻媪鳚竦孛娣e：

式中：S代表濕地表面積（m2）；Q代表流量（m3）；代表水力負荷（cm/d）。

對于垂直潛流人工濕地，可由下列公式計算：

式中：S是濕地面積；Ci是進水BOD5值（mg/L）；Co是出水BOD5值；Vf是分批進料中每次的進水量；t是兩次進水的間隔時間；h是濕地深度；k1是吸附參數；k2是反應參數。對于水平流人工濕地，其設計比較成熟，一般采用Kickuth方程：

式中：S是濕地表面積；Q是污水日流量；Ci是進水BOD5值（mg/L）；Co是出水BOD5值；k為常數。

3 人工濕地的應用

人工濕地技術處理污水目前已經從最初的處理生活污水拓展到各個領域的應用，下面我們將具體介紹人工濕地技術處理生活污水、養殖廢水、橡膠廢水、油田廢水以及造紙廢水等的方法。

3.1 生活污水

近年來隨著我國城市化進程的加快，城市生活污水排放量也隨之增加。傳統的生化處理技術對氮、磷等營養物質去除效果不佳，且基建投資大，運行費用高，而人工濕地技術具有投資少、效果好、運行維護方便的特點，為綜合解決上述問題提供了一條新途徑。目前利用人工濕地處理生活污水國內已提出多種方法進行了測試并逐步投入使用，例如通過實驗分析間歇流人工濕地對生活污水的處理性能，間歇流可以有效緩解植物根系氧氣釋放不足的缺點，從而達到污染物去除；另外采用實際實驗證明，采用改進的三級串聯垂直流人工濕地對城市污水處理廠的二級出水進行深度凈化處理。結果發現，該人工濕地對城市生活污水深度凈化效果顯著，出水水質也達到了很好的效果。

3.2 養殖廢水

養殖廢水主要是牲畜的排泄物和沖洗水的混合物，所以污水中氮磷、有機物、高懸浮物含量較高，臭味大，是一種高濃度有機廢水，通過對含高濃度有機物和氮磷的養殖場污水采用復合垂直流人工濕地進行處理，結果表明，隨著硝化反應的進行，pH值降低；循環出水通過引入部分氧氣，延長了污染物和附著于植物根系微生物的接觸時間，提高了對污染物的去除率。

3.3 人工濕地處理橡膠廢水

橡膠生產廢水主要是浮膠顆粒、植物蛋白、橡膠乳清、糖類、脂肪等大分子有機污染物，同時由于生產過程有氨水、甲酸，導致廢水中污染物含量很高，利用潛流式人工濕地處理橡膠廢水，結果主要污染物COD、BOD5等去除率較高，系統耐沖擊負荷強，出水水質穩定。

3.4 人工濕地處理油田廢水

目前現有三種方法處理油田廢水：第一，采用自由表面流的蘆葦濕地處理超稠油廢水，經過處理后的水大大減小了對土壤的污染程度，同時對蘆葦自身的生長并沒有產生損害；第二，采用香根草、蒲草以及蘆葦等搭建人工濕地并進行處理煉油廢水，經過實驗測試證明，搭建的人工濕地在前期對煉油廢水有很高的凈化效率，尤其是氨氮等，但隨著時間推移，其凈化效果也隨之出現一定程度的下降，然后逐步趨于穩定；第三，采用工廠式生物處理和人工濕地相結合的方法處理采油污水，目前也已經投入使用，達到了很好的效果，且系統運行也相對比較穩定。

3.5 造紙廢水

人工濕地對于造紙廢水的處理也有廣泛的應用，因為它能夠充分利用基質微生物植物這個復合生態系統的物理、化學和生物三重協調作用，通過過濾、離子交換、植物吸收以及微生物分解等來實現對造紙廢水的高效凈化，同時通過整個生態系統的生物循環實現廢水的資源化和無害化。

4 結語

人工濕地作為一種可持續發展的污水處理技術手段，從最初的僅應用在生活污水的處理中，目前已被投入到廣泛的應用中，并取得了很好的效果和效益，雖然人工濕地在污水處理方面的應用仍然存在一些問題，但隨著人們環保意識的日益提高以及人工濕地技術的不斷提高和完善，人工濕地技術在污水處理的各個領域將會發揮更大的作用。

參考文獻

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