淺談人工濕地污水處理技術及其發展

文/侯碩碩 中核新能核工業工程有限責任公司 山西太原 030012

作為一個相對較為完備的生態系統，自然濕地具備許多生態功能，主要由沼澤、凍土和水域等地形地貌組成。自然濕地不僅能夠調節氣候還能在降解污染物的同時起到維持生態平衡的作用。相較于自然濕地而言，人工濕地的占地面積和濕地坡度較為固定，技術人員通過在人工濕地中添加一部分土壤、砂和礫石等物質來種植生長期長、外觀美觀、經濟價值高的植物，并依據土壤、填料、植物和微生物的具體反應構建完善的污水處理系統，達到凈化污染水質。與傳統的活性污泥法、氧化溝法、間歇式活性污泥法和吸附生物降解法相比，人工濕地處理系統具有脫氮除磷率高、建設運行成本低、無能耗、管理簡單、運行成本低等優點。維護、低二氧化碳排放，具有廢水資源利用、觀賞價值高和提供給野生動物合適的棲息地等生態效益。在濕地日常管理和維護中，必須保持濕地床層生物填料間隙暢通，及時管理濕地植物，保證濕地系統的正常運行。

1、人工濕地污水處理機制

早在上世紀中葉，德國學者就通過實驗驗證過蘆葦清除水中有機物和無機物的有效性，并根據實驗結果提出了一種全新的植物過濾系統。此后，業內專家發明了“根區法”污水處理技術，在一定程度上象征著人工濕地污水處理技術的初步建成。人工濕地由人工基質作為填料和水生植物作為生態系統組成。系統借助底物、水生植物和微生物之間發生的相互作用，依據過濾、沉淀、吸附、離子交換、底物微生物分解等化學及物理反應，進而實現對廢水的高效凈化。

根據本項目接受的污水類型，人工濕地系統的污水處理工藝基本可以劃分為預處理、人工濕地和后處理三步。值得一提的是，預處理應該在分析污水水質、預定出水水質和人工濕地類型后再具體確定。當前國內人工濕地的污水預處理工藝最常用的是格柵法、調節沉淀法和初沉法。人工濕地單元主要囊括集配水裝置、基質、防滲層、水生生物和通風裝置等主要組成部分，后處理技術主要是放置在人工濕地單元后，目的是使污水排放達標的處理過程。

2、人工濕地污水處理系統分類

從工程設計原則的角度出發，進一步分析水流差異可得，人工濕地污水處理系統主要有以下三種：水平潛流濕地系統、表面流濕地系統和垂直流濕地系統。其中，水平潛流濕地系統具有良好的保水性，能夠消除一些重金屬和有機物，且不太容易受到自然環境因素的影響。表面流濕地系統并不要求使用人工基質作為填料，相對而言其成本較低，但對水的負荷也比較低，其凈化能力實屬有限。垂直流濕地系統很好地融合了這兩種系統的優點，但由于成本高，其應用范圍有限，尚未得到廣泛應用。

3、人工濕地污水處理技術存在的缺陷

考慮到人工濕地污水處理系統的特殊性，該系統會比較容易受到氣候條件的影響。除此之外，因為污水處理系統的整體凈化性能會隨著污水在濕地水體中的運動時長增加而增加，需要足夠的填充空間來防止污水沉積，其面積比一般污水處理廠大2-3倍。因此，本項目選址時應考慮遠離城區的郊區。人工濕地污水處理系統的凈化過程需要依靠自身已有的水系統，然而人工干預的凈化范圍實屬有限。隨著時間的推移，諸如重金屬、懸浮固體和其他污染物會逐漸累積，致使大量微生物繁衍。如果不能做到及時的維護，人工濕地就會出現淤積的情況，這在一定程度上會降低水的導電性和處理性。在實際的系統運行過程中，人工濕地固有水體中的基質會逐漸趨于飽和狀態，從而會喪失一部分原有的自身凈化能力。因此，有必要定期對基質進行處理。

4、人工濕地污水處理技術分析

人工濕地污水處理系統一般會選用已有農田、荒地、部分廢水池、洼地和沼澤地的灌溉渠道實施建設，該系統的主要組成部分有人工基質和常見沼氣植物。人工濕地污水處理系統是一個相對較為奇特的生態系統，它會借助系統內各種生物和土壤的共同融合，從多個層次過濾和消除水體污染物，從而實現預期的凈水目的。該系統的工藝設備相對較為簡單，設備管理十分方便，設備的能耗也相對較低，施工成本和運行成本不高，且能承受較大的沖擊負荷，凈化水質相對其他生態系統比較穩定。值得一提的是，人工濕地的缺點是占地面積較大，要想使系統正常運行起來，首先要解決土壤和水體供氧充足的問題，還要顧及到溫度和植物生長季節的影響。

水生植物可以在吸收一些營養物質的同時將植物上部的氧氣有效輸送到根部，進而在根區或根際構建理想的有氧環境，目的在于促進有機物分解和硝化細菌生長，最終實現對氮和磷的有效去除。學者以往的研究表明，不同水生植物的凈化能力是有差異的。需要注意的是，在自然環境有所差異的地區其種植的植物夜有區別，要求技術人員在種植植物前仔細調研當地的自然環境。

這些部分植物為人工濕地的建設提供了科學依據。眾所周知，綠色植物的觀賞價值較高，為了在一定程度上提高濕地的人工造景效果，且在植物成熟后也能夠有效收獲植物，進而獲取部分經濟效益。與此同時，綠色植物能夠憑借自身的光合作用在水中產生足量的氧氣，并且在處理池中形成一定的溶解氧濃度梯度。綠色植物還能吸收和利用水中的部分營養物質，其植物根系對重金屬等有毒物質有著吸收作用，尤其是沉水植物根系。因此，植物不僅可以提高凈水效率，而且可以顯著延長濕地系統的壽命。

結論：

近年來，人工濕地污水處理系統逐漸走進大眾視野，相較于傳統的污水處理技術，該系統在工程造價、凈化能力和運行成本等方面具有更大的優勢，但比較容易受到氣候條件和占地面積的限制。總而言之，充分結合我國目前的基本國情，人工濕地污水處理技術在不久的將來會迎來黃金發展時期，所處的污水處理領域也將有更廣闊的發展前景。