人工湿地污水处理技术机理与发展展望

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[摘 要]人工湿地有着独具特色的净污机理、功能，正在不断地受到全球的重视。本文在国内外研究的基础上，简要介绍了人工湿地处理污水的机理和人工湿地的工艺流程，分析了人工湿地的优势与不足，结合我国国情认为发展人工湿地处理污水具有广阔的发展前景。

[关键词]人工湿地 污水处理 机理

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0341-01

湿地是指被地表水或地下水长期或间断性地淹没或饱和，并通常伴生有优势的水生植被与水生生物的地方。湿地具有十分强大的生态功能，如生物多样性保护，气候调节，野生资源开发等。在污水净化方面，湿地被认为是“天然的污水净化器”。与常规的污水处理系统相比，湿地技术具有廉价、易操作不需要消耗化石燃料和化学药品等特点。

湿地可分为自然湿地和人工湿地两大类。美国Hammer博士将人工湿地定为“为了人类的利用和利益，通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由饱和基质、挺水植物与沉水植物、动物和水体组成的复合体”[1]。人工湿地通过模拟天然湿地的物质循环和能量了流动，在污水处理方面具有广泛的应用。

1 人工湿地处理污水机理

1.1 湿地植物的作用

植物是人工湿地的重要组成部分。用于处理湿地的植物通常是生长快、生物量大、吸收能力强的水生草本植物。人工湿地根据主要植物优势种的不同，被分为浮水植物人工湿地，浮叶植物人工湿地，挺水植物人工湿地，沉水植物人工湿地等不同类型。湿地中的植物能够为水体输送氧气，增加水体的活性，对于湿地净化污水的作用能起到极重要的影响。

首先，湿地植物具有分解和转化有机物和其他物质的能力。植物通过吸收同化作用，从污水中吸收可利用的营养物质，如水体中的氮和磷等。水中的铵盐、硝酸盐以及磷酸盐均能通过这种作用得到去除。

其次，湿地植物的根系能大量的吸附和富集重金属和有毒有害物质。其中，沉水植物的吸附能力较强。根系密集发达交织在一起的植物也能拦截吸附水中的固体颗粒。

再次，植物为微生物的吸附生长提供了更大的表面积。植物的根系是微生物重要的栖息、附着和繁殖的场所，而微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。

1.2 土壤的净化机理

土壤是湿地的基质与载体，其去污过程来自离子交换、专性与非专性吸附、螯合作用、沉降反应等[2]。污水进入湿地系统，污水中的固体颗粒与基质颗粒之间会发生作用，水流中的固体颗粒直接碰到基质颗粒表面被拦截。水中颗粒迁移到基质颗粒表面时，在范德华力和静电力作用下以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下，被粘附与基质颗粒上，也可能因为存在絮凝颗粒的架桥作用而被吸附。

此外，由于湿地床体长时间处于浸水状态，床体很多区域内基质形成土壤胶体，土壤胶体本身具有极大的吸附性能，也能够截留和吸附进水中的悬浮颗粒。

1.3 微生物的消解作用

微生物是污水中最先出现并对污物起吸收与降解作用的生物群体，还能捕获溶解的成分给它们的动物或植物共生体利用。湿地系统中的微生物是降解水体中污染物的主力军。好氧微生物通过呼吸作用，将废水中的大部分有机物分解成为二氧化碳和水，厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷，硝化细菌将铵盐硝化，反硝化细菌将硝态氮还原成氮气。通过这一系列的作用，污水中的主要有机污染物都能得到降解同化，成为微生物细胞的一部分，其余的变成对环境无害的无机物质回归到自然界中。

2 人工湿地的工艺流程

近年来， 根据国内外专家的论证与实际工程的运行情况， 对比传统活性污泥法及目前中、小型城市污水处理厂较流行的氧化沟和SBR 工艺， 人工湿地主要由三部分组成，如图1所示[3]：

（1）收集和预处理系统。城市污水由污水管网进行收集，收集后经过格栅、沉淀池等预处理系统进行预处理。

（2）配水和集水系统。污水经过预处理后，由配水井、配水槽等进行配水。

（3）植物池。植物池是人工湿地的核心，在植物池内设置不同种类的植物，形成小型的水环境生态系统，对污水进行处理。

图1 人工湿地系统工艺流程示意图

3 人工湿地系统的优势与不足

与传统污水处理手段相比，人工湿地污水处理技术有着自身独特的优势，同时也存在一定的不足。

3.1 优势

（1）人工湿地污水处理系统的建设管理费用较低，且易于维护。

（2）由于植物选择的多样性，人工湿地污水处理系统具有丰富的形式。

（3）可进行有效可靠的废水处理；

（4）由于人工湿地污水处理系统的存在降低了城市污水厂等的水力和污染负荷；

（5）可提供和间接提供效益，如水产、绿化、野生动物栖息、娱乐等。

3.2 不足

（1）受气候条件限制较大：植物的选择对于人工湿地的效率具有很大的影响，而气候条件会限制植物的生成。如在寒冷的北方地区不适合选择热带植物。

（2）占地面积大：人工湿地作为一种小型的生态系统，为了增加抗负荷能力，一般需要很大的面积。因此人工湿地污水处理系统一般具有占地面积大的特点，需要解决土地及选址问题。

（3）容易产生淤积、饱和现象：人工湿地污水处理系统相对比天然湿地较脆弱，如果湿地中的微生物相繁殖维护不当，便容易产生淤积、阻塞现象，使水力传导性，湿地处理效果和运行寿命降低。且基质的吸附作用是去除污染物的主要途径，污水处理过程中，基质的吸附能力会下降。如不进行有效维护就会导致淤积，饱和现象的发生。

4 展望

人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统，研究表明， 人工湿地具有很高的去污能力，在一定的条件下BOD、COD 的去除率可达80%～90%[4]。虽然存在一些缺点， 但同时具有建造和运行费用便宜、技术要求不高、易于维护等多项优点。总体来看，我国目前对该领域还缺乏足够的认知和研究，导致了应用方面的迟缓。由于该技术符合我国国情，所以必将具有广阔的发展前景。 因此，结合国情，提高认知，有针对性地开展研究工作，并选择好应用领域有规模地实施，是当前利国利民、势在必行的一项工程。

参考文献

[1] Hammer， D.A. Constructed wetlands for wastewater treatment. Michigan： Lewis Publishers Inc. 1989.5-20.

[2]夏汉平. 人工湿地处理污水的机理与效率[J]. 生态学杂志. 2002，21（4）：51-59.

[3]刘全中.人工湿地系统水质净化技术的工艺设计[J].给水排水，2001，27（8）： 35-36.

[4]沈耀良.新型废水处理技术-人工湿地[J].污染防治技术，1996，9（1-2）： 1-8.

作者简介：梁大山（1992-），男，甘肃庆阳人，硕士，研究方向：水污染控制及高级氧化技术.