人工濕地污水處理系統(tǒng)研究及性能改進初探

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

【關(guān)鍵詞】人工濕地；污水處理系統(tǒng)；優(yōu)勢；分類；性能改進；措施；分析

一、人工濕地污水處理系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢及其分類分析

眾所周知，有關(guān)自然濕地的模擬是人工濕地污水處理系統(tǒng)得以實現(xiàn)與發(fā)展的基礎(chǔ)所在。自然屬性的實地是水生生態(tài)與陸生生態(tài)在自然界復(fù)雜多變環(huán)境下所形成的一種固定性過多地帶。有關(guān)研究學(xué)者曾經(jīng)明確指出：自然濕度是具備最高初級生產(chǎn)力特征的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成要素。在現(xiàn)代化環(huán)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(huán)境與場所支持，另一方面還在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水分的同時實現(xiàn)對污水的凈化與處理。

傳統(tǒng)意義上濕地污水的處理方式基本包括活性污泥法以及穩(wěn)定塘法這兩種類型。以上兩種濕地污水處理方式在實踐應(yīng)用過程當(dāng)中均表現(xiàn)出了包括經(jīng)濟性、可操作性、高效性、低能耗性以及穩(wěn)定性在內(nèi)的多點應(yīng)用優(yōu)勢，并且也為濕地周邊農(nóng)業(yè)及漁業(yè)的發(fā)展?fàn)I造了有利環(huán)境。然而，在全球經(jīng)濟一體化發(fā)展趨勢不斷加劇以及城市化建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴大的背景作用之下，越來越多的有毒有害物質(zhì)開始浸入自然濕地區(qū)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(zhì)過程中的超負(fù)荷特性構(gòu)成了極為顯著的矛盾。基于這一實際情況，相關(guān)人員提出了一種基于人工濕地模擬自然濕地方式實現(xiàn)對污水凈化與處理的操作系統(tǒng)。

值得注意的一點是：區(qū)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(chǔ)之上的整個污水處理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)運行特性始終受到人為監(jiān)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(gòu)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(xiàn)階段主要包括鳳眼蓮以及蘆葦?shù)仍趦?nèi)）種植于床體之上，配合水體以及填料中所生存的微生物，構(gòu)成一個完整且獨特的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。在污水流經(jīng)人工濕地污水處理系統(tǒng)的過程當(dāng)中，通過床體表面以及填料縫隙位置所發(fā)揮的沉淀反應(yīng)、吸附反應(yīng)、過濾反應(yīng)以及分解反應(yīng)等，實現(xiàn)對污水的高效處理與凈化。

現(xiàn)階段，按照水利方式的差異性，人工濕地污水處理系統(tǒng)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(tǒng)：此種類型的人工濕地污水處理系統(tǒng)性能基本與沼澤屬性表現(xiàn)為一致性狀態(tài)，污水以一種相對較慢的速度流經(jīng)人工濕地表面位置。實踐應(yīng)用過程當(dāng)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(tǒng)：在此種系統(tǒng)的執(zhí)行污水處理與凈化動作的過程當(dāng)中，污水自高段位置保持均勻性速度流經(jīng)填料床，考慮到該床底設(shè)置于防水層部件，導(dǎo)致此種類型的人工濕地水力負(fù)荷指標(biāo)與污染負(fù)荷指標(biāo)始終控制在較大范圍內(nèi)，能夠針對BOD、COD以及SS在內(nèi)的多種重金屬物質(zhì)發(fā)揮極為顯著的凈化功效。然而其局限性在于：有關(guān)此種污水處理系統(tǒng)的控制相對較復(fù)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(tǒng)性能改進措施分析

在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，相關(guān)研究人員有關(guān)人工濕地凈化過程的認(rèn)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(chǔ)之上。有關(guān)污水在人工濕地系統(tǒng)凈化過程中的認(rèn)知存在較為明顯的缺陷性。以上問題直接導(dǎo)致相關(guān)人員在建造整個人工濕地的過程當(dāng)中主要依從于經(jīng)驗性特征，人工濕地系統(tǒng)構(gòu)建受主觀性因素的影響較大。在不同的經(jīng)驗特性作用之下，勢必會導(dǎo)致各地人工濕地所對應(yīng)的凈化效率存在較為顯著的差異性。結(jié)合對人工濕地內(nèi)部系統(tǒng)的深入分析，通過工藝設(shè)計的方式研究人工濕地污水處理系統(tǒng)的性能改進工作要點，已成為現(xiàn)階段推動人工濕度污水處理工作質(zhì)量不斷提升的最關(guān)鍵途徑之一。

從化學(xué)工程反應(yīng)器理論的研究視角角度上來說，在實踐應(yīng)用過程當(dāng)中，會對整個人工濕地污水處理工作效率產(chǎn)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(tǒng)中污染物發(fā)生降解反應(yīng)過程中所表現(xiàn)出的動力學(xué)特征因素；其二是人工濕地污水處理系統(tǒng)內(nèi)部水流動力學(xué)特征因素。除以上兩個方面的因素以外，包括環(huán)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(tǒng)工作效率的發(fā)揮以及推廣速度的提升產(chǎn)生極為重要的影響。基于以上分析，建立在有關(guān)人工濕地污水處理系統(tǒng)性能改進的研究過程當(dāng)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(tǒng)運行性能的可靠性。

1.人工濕地污水處理系統(tǒng)污染物降解動力學(xué)特征因素改進措施分析：在有關(guān)人工濕地污水稱處理系統(tǒng)的設(shè)計過程當(dāng)中，要求相關(guān)工作人員結(jié)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(fā)生降解反應(yīng)過程中所對應(yīng)的動力學(xué)規(guī)律表達(dá)形式進行設(shè)計。在此基礎(chǔ)之上實現(xiàn)對整個人工濕地污水處理系統(tǒng)組合性能的計算與確定。以現(xiàn)階段比較常見的COD為例，在研究過程當(dāng)中，對于COD而言，污水水體當(dāng)中COD的含量與COD所對應(yīng)的凈化負(fù)荷指標(biāo)表現(xiàn)出了明顯的正比例線性相關(guān)關(guān)系。換句話來說：出水水體中所含有COD總量指標(biāo)將伴隨著水力停留時間的持續(xù)延長而有所顯著降低。按照以上關(guān)系，可以構(gòu)建一個基于COD有效去除的一級反應(yīng)速率方程。具體的表達(dá)方式如下所示。

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

在該一級反應(yīng)速率方程當(dāng)中，k定義為COD所對應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)取值情況。結(jié)合有關(guān)COD一級反應(yīng)速率方程的構(gòu)建，一方面能夠發(fā)揮對整個人工濕地污水處理系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化發(fā)展，另一方面也能夠保障整個系統(tǒng)管理與控制工作的有效開展。從實踐應(yīng)用的角度上來說，通過構(gòu)建有關(guān)COD一級反應(yīng)方程的方式可以計算得出與之相對應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)值表，從而明確在整個人工濕地正常運行狀態(tài)下，一定污染物在發(fā)生完全降解反應(yīng)過程中所對應(yīng)的水力停留時間指標(biāo)。然而不可否認(rèn)的一點是：以上建立在COD基礎(chǔ)之上的一級反應(yīng)速率方程并無法將整個污染物復(fù)雜化的降解反應(yīng)過程完全反應(yīng)出來，現(xiàn)階段僅通過動力學(xué)特征的計算，實現(xiàn)對人工濕地污水系統(tǒng)建設(shè)的指導(dǎo)。

2.人工濕地污水處理系統(tǒng)水流動力學(xué)特征因素改進措施分析：污染物所表現(xiàn)出的遷移過程在很大程度上受到了來自于人工濕地系統(tǒng)水流流動特征的影響。通過研究水流動力學(xué)特征的方式，能夠發(fā)揮其在提高整個人工濕地污水處理系統(tǒng)凈化效果中的重要意義與價值。相關(guān)實踐研究證實：對于整個人工濕地污水處理系統(tǒng)而言，較大的出水速率以及較大的出水量往往對應(yīng)著較好的污水處理系統(tǒng)凈化效果。通過發(fā)揮植物根水流疏導(dǎo)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(tǒng)出水速率指標(biāo)的有效提升。在這一過程當(dāng)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?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)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(guān)水流動力學(xué)特征因素的改進過程當(dāng)中需要著重關(guān)注兩個方面的問題：一方面，植物的存在能夠?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)中的水量，這顯然是不利于污水處理系統(tǒng)凈化性能發(fā)揮的。以上問題也就要求在人工濕地植物選取的過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎考量，優(yōu)選須根莖狀植物，從而正確處理以上指標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系。

三、結(jié)束語

通過本文以上分析不難發(fā)現(xiàn)：人工濕地污水處理系統(tǒng)有著極為顯著的經(jīng)濟性優(yōu)勢、環(huán)境性優(yōu)勢以及社會性優(yōu)勢。實踐研究同時證實：經(jīng)由人工濕地污水處理系統(tǒng)所處理后的出水水體質(zhì)量較好，能夠普遍應(yīng)用于包括農(nóng)、林、牧、副、漁在內(nèi)的相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域，在現(xiàn)代社會建設(shè)發(fā)展中發(fā)揮著極為重要的意義。總而言之，本文針對有關(guān)人工濕地污水處理系統(tǒng)及其在性能改進過程中所涉及到的相關(guān)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(guān)注與重視。

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