人工濕地水質凈化實踐應用研究

路丁

（科盛環保科技股份有限公司 江蘇南京 210022）

1 研究概況

改革開放以來，隨著經濟的快速發展，水污染問題日益嚴重。我國是一個水資源緊缺的國家，對污水排放標準提出了更加嚴格的要求，除水質達標外，亦對其尾水的生態化提出了新的要求。目前，我國大部分城市污水處理廠采用的是一、二級處理工藝，這些工藝已經不能滿足城市污水處理的需要，加之對氮磷的處理效果并不理想，因此發展人工濕地污水處理技術是十分必要的。采用人工濕地系統深度處理城市污水廠二級出水，還可進一步實現污水回用，保證污水處理效率［1］。人工濕地是借鑒天然濕地的原理，以此為基礎發展而形成的生態工程技術，具有低成本、低能耗、運維簡便等特點，更重要的是，其具有自然生態屬性，更容易得到人們的認可。截至2010年年底，我國約有150 個人工濕地污水處理系統投入運行［2］。目前人工濕地在我國的使用范圍十分廣泛，包括城鎮生活污水、農村生活污水、工業廢水、城市和農業徑流及受污染地表水。近年來，更多的地方政府傾向于在污水處理廠尾水排向自然水體之前，加入人工濕地，使尾水經過人工濕地水質凈化后，再排向自然水體。相關研究表明，人工濕地對污水處理廠尾水污染物具有較高的去除率［3］。

2 人工濕地工程布局

隨著人們對環境要求的提高以及城市用地的日益緊張，為提高人工濕地處理效果，單一種類的人工濕地處理效能已經不能滿足社會的需要，因此，復合型人工濕地技術應運而生。復合型人工濕地通過結合不同類型濕地的特點，極大提高了處理效率，對氮磷等也表現出較高的去除率［4］。

越來越多的工程實踐不再滿足于單一類型的人工濕地的構建，而是傾向于多種濕地類型的組合應用。總結下來，基本為調節池（調蓄池）、潛流濕地、塘式濕地、生態渠等形式的有機組合。常見工藝流程為：調節池+潛流濕地+生態塘；或者，調蓄池+潛流濕地+生態渠等。其中，調節池可起到水解酸化的作用，原因在于某些污水有機物可生化性較低，必須采取預處理手段；調蓄池起到沉降顆粒物、均化水質水量的作用；潛流濕地為核心水質凈化單元，水力負荷高、凈化效果好；生態塘、生態渠起到生態保育、展示等作用。

3 水質凈化原理

3.1 有機物去除機理

（1）有機物非降解去除機理。濕地對有機物的非降解去除機理主要包括揮發和蒸騰作用、植物的吸收作用及吸附和沉淀作用。揮發和蒸騰作用：污染物除了可以直接從水中揮發至大氣中外，某些水生植物可以通過揮發作用，由根部吸收污染物并通過蒸騰作用將污染物轉移到大氣中［5-6］；植物的吸收作用：水生植物是人工濕地重要的組成部分，其在生長、繁殖過程中需要大量營養物質，包括有機物、氮、磷等，因此對有機物有較強的去除能力；吸附和沉淀主要是濕地填料起到的作用。

（2）有機物降解去除機理。濕地對有機物的降解去除主要包括植物降解與微生物降解。植物降解主要是指植物的代謝式降解，亦指植物酶或者輔酶因子對有機污染物的降解。多種植物都存在對有機物的代謝轉化過程，比如人工濕地常用的蘆葦、香蒲等，而植物根據自身生長的需要，對不同類型有機物的降解能力有所不同。

微生物是人工濕地去除有機物的主要貢獻者。人工濕地中的有機物，尤其是溶解性的有機污染物，是微生物生長、繁殖的主要碳源，不論是合成代謝或者是分解代謝，都需要有機物的參與。微生物分解代謝產物可直接排入外部環境，合成代謝產物作為細胞組織進入細胞。細胞的合成和分解代謝都有酶的參與，尤其是土壤酶能促進有機質的分解，一方面可以通過測定微生物數量及活性，另一方面可以將酶活性作為人工濕地凈化效果的評價標準［7］。

3.2 氮去除機理

濕地對氮的去除機理主要包括硝化作用、反硝化作用、植物攝取、揮發作用及厭氧氨氧化。硝化作用：氨氮在微生物作用下被氧化為亞硝態氮并進一步被氧化為硝態氮的過程，硝化反應的第一階段為亞硝化過程，即氨氮被氧化為亞硝態氮的階段；第二個階段為硝化過程，即亞硝態氮被氧化為硝態氮的階段；反硝化作用：是指反硝化細菌將硝酸鹽中的氮通過一系列中間產物還原為氮氣分子的生物化學過程；植物攝取：植物在生長過程中直接攝取污水中的氨氮；揮發作用：人工濕地系統中部分氨氮可以通過揮發的方式從系統中逸出，其揮發量受氣候、水力條件、水質及植物生長狀態影響；厭氧氨氧化：是在厭氧條件下由厭氧氨氧化菌利用亞硝酸鹽為電子受體，氨氮為電子供體，直接將氨氮氧化為氮氣的生物反應過程［8-9］。

3.3 磷的去除機理

污水中磷一半可以分為正磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機磷酸鹽3 種，主要以溶解態和顆粒態2 種形式存在。污水進入人工濕地系統后，經過物理、化學與生物等綜合作用，磷會發生多種形式的循環與轉化，并最終被去除。濕地對磷的去除機理主要包括沉積作用、吸附和絡合沉淀作用及生物作用。沉積作用：是指污水中可溶性磷酸鹽通過物理作用導致磷存儲于濕地內部的過程；吸附和絡合沉淀作用：該作用是人工濕地的主要除磷機理，在除磷作用中起主要作用；生物作用：包括微生物及植物的正常同化作用以及聚磷菌的過量攝磷作用，不過其在人工濕地除磷作用中占比較小。

4 工程實踐問題總結

（1）適宜性問題。人工濕地并不是萬能的，以人工濕地作為污水凈化單位，尤其適宜性問題，應當從水動力條件、用地條件、周邊環境、經濟性分析等多方面綜合考慮。然而，在近幾年的工程實踐中，頻繁發生為建濕地而建濕地的情況，從而導致了很多問題的出現，比如：因用地面積不足導致水質無法穩定達標；水動力條件不好導致運維成本增大；地質條件差導致地基處理費用高等。

（2）工藝與景觀協調問題。人工濕地在污水水質凈化方面的應用，其根本目的在于水質提升、水質達標，但相關方領導往往提出綠化、景觀等方面的進一步要求，從而導致成本向此方向轉移，甚至出現影響水質凈化的情況，導致人工濕地構建完成后“徒有其表”。

（3）填料堵塞問題。填料堵塞是人工濕地應用過程中始終無法徹底解決的難題。在人工濕地構建初期，此問題并不明顯，往往是在運行3 年之后，堵塞問題尤為突出，甚至出現污水從濕地表面“淌過”，并未經過人工濕地處理。

（4）冬季水質穩定問題。人工濕地屬于污水自然處理系統，不可避免受到外在環境因素的影響，尤其受到溫度的影響。冬季與夏季，人工濕地處理能力差異非常大，而我國對于污水的排放標準是固定的，因此，人工濕地冬季出水水質穩定達標是一項必須解決的難題。

（5）規范性不完善問題。目前我國在人工濕地方面規范完善程度不足，現行規范給出的設計參數較為寬泛，加上我國幅員遼闊，南方與北方、東部與西部自然環境差異較大，而人工濕地對自然環境和條件依賴性很大，因此，難以在全國范圍內進行統一的規范。

5 建議

當前，我國人工濕地工程項目日益增多，各地建設如火如荼。因此，對人工濕地工程技術與應用急需開展進一步的深入研究，對此，提出以下一些建議以供參考。

（1）我國自“七五”開始研究人工濕地技術，至今已有30余年經驗積累，在人工濕地分類、原理等方面已日漸完善。但是相關研究鮮有結合具體的水質污染特征以及當地的氣候環境，在今后的工作中，此部分應當有所考慮。

（2）人工濕地填料是其水質凈化的核心，但是目前對于更換后填料的妥善處置仍沒有公認的1 套方法。因此，有必要在現有方法的基礎之上，探索出1 套操作性、科學性、實用性更好的方法。

（3）目前對人工濕地的建設，各地均非常歡迎，但是對于建設完成后的運維，各地在思想上往往輕視、投入往往過低。應當改變“重建設、輕運維”的錯誤思維，建立“三分建、七分養”的正確觀念。

（4）人工濕地植物系統的運營維護，目前基本依靠各養護單位的經驗進行，尚無得到廣泛認可的作業規范或規程可供業內參考，在今后的工作中，應當逐步加強此方面的工作。