人工濕地技術在生活污水處理中的應用研究進展

張雪梅　閆忠誠　勾雅東　王飛騰　朱錦　舒友光

摘要：人工濕地是一種人工、可處理的工程濕地系統，它是在土壤、基質、植物、微生物等物理、化學、生物協同作用下，以污水和污泥為原料。本文研究了“水解沉淀-接觸氧化-人工濕地”等組合工藝來處理生活污水，并對其處理效果和優缺點進行了討論。

關鍵詞：人工濕地;生活污水;處理效果

1引言

近年來，人工濕地技術日趨成熟，已成為一種低成本的污水處理方法，并在世界各地得到廣泛應用。其通過土壤、基質、植物和微生物等物理、化學和生物協同作用，將污水和污泥按一定的方向匹配而成。本系統的主要功能包括：吸附、截留、過濾、氧化-還原、沉淀、微生物分解、養分積累等，進入人工濕地的污水既可以暫存在于基質和土壤的裂縫中，也可流經基質的表面，能最大限度的對污水進行處理。因此，本文將對人工濕地技術及其組合技術進行分析探論，為后續的學術研究和工程應用提供理論依據。

2人工濕地系統

2.1自由水面人工濕地系統

自由水面人工濕地系統是一種污水流經水面的自然濕地系統。在提高出水水質的同時，還有助于防洪和控制岸線侵蝕。自由水面人工濕地系統中的植物種類繁多，主要為挺水植物（香蒲、蘆葦、水曲柳）、沉水植物和漂浮植物。對鐵、銅、鉛等去除率分別為53%、45%、52%、52%，對BOD和COD的去除率為50%～60%、對TSS的去除率為70%～80%，對氮的去除率為50%～65%。

2.2水平流人工濕地系統（HFCW）

水平流人工濕地系統又稱蘆葦床系統，所需土地面積為5～10 m2/PE。污水在人工濕地床層中水平流動，并會在系統中經過好氧和厭氧處理。HFCW可有效去除污水中的BOD、COD、氨氮、磷酸鹽、TSS等污染物，并且可應用于不同類型的污水處理，如工業污水、農業污水、礦山污水等。HFCW比垂直流人工濕地需要的土地面積更多，但脫氮效果也會更好。

2.3垂直流人工濕地系統（VFCW）

垂直流人工濕地系統是一種污水從濕地頂部進入，從底部排出的濕地系統。污水能夠垂直流過床層，提供了較好的好氧條件，實現了高硝化的處理效果，對BOD、COD等污染物的去除效果較好。VFCW的占地面積大約為1～3m/PE，雖然與HFCW相比較小，但比HFCW需要更多的維護管理。

2.4法國垂直流人工濕地系統

法國垂直流人工濕地是一種兩級垂直流形式的人工濕地，采用并聯布置，串聯運行的模式。該系統的土地面積要求為2.0～2.5 m2/PE，與傳統垂直流人工濕地相比，具有相近的處理效果，但可以大大節約建設成本。

2.5復合人工濕地系統

復合人工濕地系統是一種具有多級處理的系統，采用HFCW和VFCW進行組合。與其它類型的人工濕地系統相比，復合人工濕地系統的去除效率更高。不同類型的人工濕地系統在好氧或厭氧條件下的去除效率不同，因此可根據污水水質特點，進行復合式人工濕地單元的布置。

2.6折流式人工濕地系統

折流式人工濕地系統的主要特點是具有一系列的垂直折流板，這些折流板主要沿濕地寬度方向進行布置，引導污水向上或向下流經濕地床層。該系統提供了一條較長的污水流經路徑，使得污水與介質之間的接觸時間增長，大大提高了處理效果。

2.7曝氣人工濕地系統

為了滿足植物及微生物的氧氣需求，可以采用曝氣人工濕地系統。由于氧氣利用率低，使得有機物的分解速度較低，因此可以在濕地中加入曝氣器以提高水中的溶解氧，進而提高了濕地系統的處理效率。

2.8多熱帶自由流工程濕地系統

濕地中使用的漂浮植物主要為鳳眼蓮、檸檬等，這些漂浮植物可以有效地去除污水中的氮和磷。為使自由流工程濕地的處理效率始終保持在較高水平，需要對漂浮植物進行定期收割，收割所得的漂浮水生植物，可進一步用作燃料、肥料、動物飼料添加劑等，降低了濕地的運行成本。

3人工濕地的優缺點

人工濕地是一種低成本的污水處理工藝，其運行和維護成本約占植物成本的1%-2%。能有效處理各種污水，如農業污水、工業乳品污水、工業制革污水、工業紡織污水、制漿造紙污水、酸性礦山污水等，人工濕地處理后的水可以用作休閑和園藝用途。人工濕地對于BOD、COD和TSS都具有較高的去除率，分別為80%～90%、80%～90%、80%～95%。人工濕地也有助于去除水中的磷、氨氮、硫酸鹽等，其中蘆葦和香蒲作為濕地植被，對氮和磷的去除率較高;LECA、大理石粉塵、鋸末、零價鐵和礫石等介質可有效去除污水中的硫酸鹽、砷酸鹽和磷，并為濕地中的細菌提供良好的活動場所。人工濕地是一種分散式污水處理技術，可以將社區污水集中處理，具有較高的去除率。

每一種污水處理技術都有其局限性，而人工濕地的缺點是：在濕地中的植物會導致生物量增加，增加了濕地的維護成本;不同物種對污染物的去除率各不相同，只有少數幾種能夠在現場種植，這也是人工濕地不可能去除所有污染物的原因，所以要結合其他技術，才能實現更好的去除效果;人工濕地處理工藝會因污水水質的不同而有所差異，在自由水面人工濕地系統中，重金屬等污染物對水生植物的損害作用較大，同時也會產生蚊蟲滋生等棘手的問題，因此，人工濕地中受污染的植物必須以適當的方式進行處理。相較于其他工藝，人工濕地處理過程耗時較長，且具有較強的季節特征，一般在夏季的去除效果比冬季高。

4人工濕地組合技術

組合工藝采用了“水解沉淀+接觸氧化法+人工濕地”的方法來對生活污水進行處理。在水解沉淀池中，借助酸水解和厭氧期的微生物，降解了污水中的大分子和難降解的固體有機物，并使其轉化為小分子有機物，可減少后續供氧設備能耗并縮短停留時間;在生物接觸氧化法中，將生物膜以及活性污泥結合起來，使得池中的生物固體濃度為5～10 g/L，大大超過活性污泥法和生物濾池中的濃度，并具有較高的體積負荷2.0～3.0 kgBOD5/m d。同時，該工藝對水質和水量都具有較強的抗沖擊負荷能力;人工濕地采用了兩個濕地串聯，分別為HFCW和VFCW。結果表明，人工濕地組合技術對污水的處理效果較好，對COD、BOD5、TP、SS、NH-N的去除率分別為：77.8%、83.3%、87%、80%、67%。經過人工濕地處理后的出水水質達到城市污水排放標準（DB44/56-2003）一級標準。

另一種組合工藝采用電化學氧化與人工濕地聯用，用于處理冷卻塔水，以“電化學氧化、摻硼金剛石、混合金屬氧化物和垂直流人工濕地”的組合工藝去除冷卻塔水中的有機化合物。VFCW能有效地去除特定的污染物，如苯并三唑等;有研究還對“浮式、垂直流人工濕地和水平流水煤漿混合系統”處理城市污水的性能進行了評估，為提高磷的去除率，還開發了一種可移除的吸附屏障與觀賞植物混養，增大了景觀優勢。其評估結果表明，該復合系統對污染物具有良好的去除效能，對TP、NH?N、TN、DOC、BDO5、COD及濁度的平均去除率分別為94.0%、93.8%、93.8%、80.0%、84.0%、77.0%、99.7%，整體去除效果較好。

針對紡織污水所設計的人工濕地系統，采用了“VFCW和HFCW”組成的系統進行試驗，在VFCW中使用的介質為1.4米深的甘蔗渣，在HFCW中使用的介質為0.65m深的種植蘆葦和沙芥，并種植了蘆葦、沙芥和無芒草。VFCW對可生物降解有機物的去除率較高，而HFCW對色度的去除效率較高。水力負荷較低（556～2 830 mm/d）的系統對NH-N、濁度和懸浮物的去除率較高，而水力負荷較高的系統對NO-N、BOD5和COD的去除率較高，水力負荷對亞硝酸鹽氮沒有影響。水力負荷較低和較高時，濁度、NH-N、NO-N、NO-N、COD、BOD和TSS的去除率分別為89.7%和80.5%、86.5%和72.1%、88.6%和95.0%、62.5%和82.7%、69.9%和86.6%、76.6%和89.3%、96.6%和37.7%。

5.結論：

通過本文的分析與評價，對人工濕地技術中植物的選擇提出了一些建議。其植物選擇主要包括以下幾個方面：（1）植物必須具郵良好的生態適應性和生態建設功能。（2）植物必須具有強大的生命力和旺盛的生長潛力;（3）引進人工濕地的植物必須具有很強的抗污染能力，水生植物要依靠微生物的作用才能去除污水中BOD5、COD、TN、TP等污染物，為使微生物能在植物根部生長或附著于植物表面，因此要選擇具有較強根系和抗污染的特種水生植物。（4）由于需要長時間連續運行，且人工濕地的植物在冬季會出現枯萎、死亡或休眠等現象，故選擇常青或冬季長勢較好的植物;（5）在生態安全方面，所使用的植物不得對生態環境構成隱患或威脅;（6）植物應具有一定的經濟、文化、景觀和綜合利用價值。

參考文獻

[1]王皓，錢琪卉，丁瑞睿，等.復合潛流人工濕地對農村生活污水的凈化效果及其微生物群落結構特征[J].安徽農業大學學報，2020（6）：962-970.

[2]楊文輝.關于農村生活污水的處理方式及運行模式探析[J].資源節約與環保，2020（12）：77-78.