人工濕地污水處理系統(tǒng)技術(shù)研究進(jìn)展

劉晨昊 唐勇 周鵬飛 賈良杰

摘 要：污水的高效處理方法是解決我國(guó)污水處理工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易操作或成本較高導(dǎo)致處理效果不理想的迫切需求。人工濕地污水處理系統(tǒng)因?yàn)槠渚彌_容量大、處理效果好、工藝簡(jiǎn)單、投資省等特點(diǎn)，是中、小城鎮(zhèn)處理生活污水非常適合的選擇，而且人工濕地污水處理系統(tǒng)具有十分強(qiáng)大的生態(tài)功能，在促進(jìn)污水中物質(zhì)良性循環(huán)的前提下，能充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力。本文對(duì)現(xiàn)有在人工濕地污水處理系統(tǒng)的研究進(jìn)行了綜述，從人工濕地入手，分析其在污水處理中的機(jī)理，探討該項(xiàng)技術(shù)國(guó)內(nèi)應(yīng)用的現(xiàn)狀。此外，針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有不足，本文還指出了我國(guó)未來幾年人工濕地污水處理系統(tǒng)的發(fā)展前景，希望為相關(guān)人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：人工濕地;污水處理系統(tǒng)技術(shù);應(yīng)用現(xiàn)狀;研究進(jìn)展

人工濕地是以模擬自然濕地為基礎(chǔ)，由人類設(shè)計(jì)和控制的人工生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地污水處理技術(shù)最初是在20世紀(jì)中葉發(fā)展起來的，并于70年代興起的一種實(shí)現(xiàn)快速凈化污染的技術(shù)，其原理主要是利用生物和化學(xué)作用，當(dāng)然，物理作用也起到了一定輔助功能。與以往的二級(jí)生物處理程序相比，人工濕地污水處理技術(shù)具有更好的凈污效果，同時(shí)運(yùn)維管理簡(jiǎn)單，費(fèi)用也較低。為確保不同環(huán)境下的凈水效果，該污水處理技術(shù)具有很強(qiáng)的可塑性配置，凈化后的尾水也具有生物安全性，另外人工濕地污水處理技術(shù)同樣具有明顯的社會(huì)效益和生態(tài)效益。國(guó)內(nèi)除了對(duì)于人工濕地技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用研究外，許多城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)還計(jì)劃建設(shè)人工濕地，使城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)具有良好的生態(tài)效益。

一、人工濕地簡(jiǎn)介

隨著環(huán)境保護(hù)的迅速發(fā)展，濕地的作用也得到了廣泛的認(rèn)識(shí)。它被稱為“地球腎臟”，具有對(duì)地球自然水體的凈化和處理的功能。由于城市中的天然濕地的逐漸減少和消亡，因此人工濕地以其獨(dú)到的優(yōu)越性受到了越來越多的關(guān)注和發(fā)展。

濕地包括自然的、人工的、永久的、臨時(shí)的、濕潤(rùn)的土地或是泥濘的土地，或是固定的或流動(dòng)的水體，以及淡水和咸水水體。人工濕地是指由人為影響和建設(shè)的濕地系統(tǒng)。無論是自然的濕地或是人為建設(shè)的濕地，二者都具有很強(qiáng)的生態(tài)環(huán)境功能和相同的特點(diǎn)，其原因在于一個(gè)地區(qū)的濕地表面經(jīng)常性的總是半充滿或是全充滿水的狀態(tài)，生長(zhǎng)著許多浮水、挺水和沉水植物，是陸地和水體之間的過渡區(qū)域。濕地內(nèi)的植物通過不同組織吸收金屬和一些對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，當(dāng)然，許多其它植物也參與到解毒過程中，吸收代謝污染物，實(shí)現(xiàn)水的凈化。濕地通常被稱為天然污水處理系統(tǒng)，是一個(gè)不需要任何類型的化石燃料和材料的污水處理器。在污水處理方面，濕地具有很大的應(yīng)用潛力，目前，世界上至少有成千上萬的濕地，從小于200平方米到4000公頃的面積不等。

二、人工濕地凈化機(jī)理

懸浮固體的去除主要取決于物理沉淀和過濾，BOD的去除主要取決于微生物的吸附和代謝，代謝產(chǎn)物穩(wěn)定且無害，使剩余的BOD濃度在后續(xù)處理中保持一個(gè)較低。而對(duì)于COD的去除，其原理大致與降低BOD的類似，人工濕地的脫氮除磷主要依靠生物脫氮和植物吸收。

濕地基質(zhì)的吸附作用。濕地通過自身的基質(zhì)顆粒，與污水中的固體顆粒發(fā)生相互作用，使污水中的固體顆粒被攔截。當(dāng)固體顆粒在水中遷移到基質(zhì)顆粒表面時(shí)，在范德華力和靜電力的作用下二者粘附并且結(jié)合在一起，隨后被基質(zhì)吸附。此外，由于濕地在長(zhǎng)期積水的情況下，造成了土壤膠體基質(zhì)的產(chǎn)生，土壤膠體本身具有很好的吸附性能，能吸附水中的懸浮顆粒。過濾和吸收是濕地系統(tǒng)處理懸浮固體的重要途徑，以此來實(shí)現(xiàn)凈化污水的目的。

濕地植物的作用。最初，濕地中的能光合作用的植物，具有分解和轉(zhuǎn)化有機(jī)物質(zhì)和其他物質(zhì)的能力。植物通過吸收，可直接從污廢水中獲取有效的養(yǎng)分，如氨氮、磷元素等。硝酸鹽和磷酸鹽可以被植物吸收，并最終從水中去除。其次，植物根系能吸收和富集重金屬以及有毒有害物質(zhì)。植物的根、葉部分具有吸收和富集重金屬的功能，根系具有較強(qiáng)的吸收能力。植物緊密相連的根系也可以攔截和吸收固體顆粒。另外，濕地系統(tǒng)中的植物給微生物的生長(zhǎng)和依附提供了更大的表面空間。植物根系也提供微生物附著、繁殖的場(chǎng)所。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究，植物根系中的微生物數(shù)量遠(yuǎn)高于其他組織部分，微生物在凈化污水時(shí)也有極大的作用。最后，通過光合作用，植物還能增加水體中的溶解氧含量。

微生物的消解作用。微生物是降解有機(jī)物污染的主力軍。好氧微生物通過代謝活動(dòng)，將污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為H₂O和CO₂等其他無害產(chǎn)物，而厭氧微生物能產(chǎn)生CH₄和CO₂等代謝產(chǎn)物，還有硝化細(xì)菌的硝化作用以及反硝化細(xì)菌的還原作用。在這一系列的微生物代謝過程中，能將污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行降解，并融入微生物細(xì)胞的一部分，剩余的無機(jī)產(chǎn)物回歸自然。此外，濕地生態(tài)系統(tǒng)中，存在著一些昆蟲和鳥類，它們也能參與到濕地凈化作用中，通過吸收消化有機(jī)顆粒，從而達(dá)到去除污廢水中顆粒物的目的。

三、國(guó)內(nèi)人工濕地的應(yīng)用現(xiàn)狀

相比于其他國(guó)家，國(guó)內(nèi)人工濕地在污水中的應(yīng)用中起步較晚，于1986才開始對(duì)其機(jī)理原理進(jìn)行了研究，并對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。在實(shí)際應(yīng)用階段，國(guó)內(nèi)第一個(gè)人工濕地處理系統(tǒng)工程——白泥坑人工濕地處理系統(tǒng)在深圳建立。

如今，在全國(guó)各地的許多省市鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)了一批不同規(guī)模的人工濕地處理工程。2002年，中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所與云南玉溪環(huán)境科學(xué)研究所為了解決撫仙湖非點(diǎn)源污染控制問題，聯(lián)合設(shè)計(jì)了撫仙湖人工濕地。從處理前的Ⅳ類水質(zhì)提高到處理后的Ⅲ類水質(zhì)，探索出了治理高原湖泊的有效途徑。

四、 總結(jié)與展望

研究表明，人工濕地污水處理系統(tǒng)是一種十分先進(jìn)且環(huán)境友好的污水處理技術(shù)。而根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，國(guó)內(nèi)只有百分之四的工業(yè)和生活污水才能凈化和回收，其余的直接排放。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)人工濕地在污水處理過程中的研究進(jìn)展和應(yīng)用實(shí)例的系統(tǒng)總結(jié)，認(rèn)為建立人工濕地對(duì)去除污染物具有良好的應(yīng)用前景，對(duì)人工濕地和基本理論的研究應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。此外，考慮到一些經(jīng)濟(jì)原因的限制，由于資金問題，一些偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)還沒有建立污水處理廠。人工濕地對(duì)于這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)是個(gè)很好的選擇。因此，未來使用人工濕地污水處理技術(shù)來凈化污水具有廣闊的潛力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王世和，王薇，俞燕.水力條件對(duì)人工濕地處理效果的影響[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，33（3）：359-362..

[2] 楊長(zhǎng)明，馬銳，汪盟盟，等.潛流人工濕地對(duì)污水廠尾水中有機(jī)物去除效果[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，40（8）：1210-1216.

[3] 張翔凌.不同基質(zhì)對(duì)垂直流人工濕地處理效果及堵塞影響[D].武漢：中國(guó)科學(xué)院研究生院，2007.

作者簡(jiǎn)介： 劉晨昊，性別：男，出生年月：1995.02，籍貫（四川省成都市）民族：漢，最高學(xué)歷：研究生在讀，目前職稱：無，研究方向：市政工程系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能。

唐勇，性別：男，出生年月：1992.05，籍貫（四川省瀘州市），民族：漢，最高學(xué)歷：本科，目前職稱：助理工程師，研究方向：市政工程系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能。

周鵬飛，性別：男，出生年月：1995.12，籍貫（湖北省武漢市），民族：漢，最高學(xué)歷：研究生在讀，目前職稱：無，研究方向：市政工程系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能。

賈良杰，性別：男，出生年月：1992.12，籍貫（河南省汝州市），民族：漢，最高學(xué)歷：研究生在讀，目前職稱：無，研究方向：市政工程系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能。