基于人工濕地技術的珠三角地區污水處理與資源回收

摘要：聚焦珠三角地區基于人工濕地技術的污水處理與資源回收項目，探討該技術在高污染負荷和復雜水質條件下的應用效果，以及在資源回收方面的潛力。通過闡述人工濕地技術的原理和優勢，分析珠三角地區污水處理的現狀和問題，認為應用人工濕地技術的污水處理系統能夠有效提升污水處理能力、提高設施運行效率、推動技術創新?；诖?，分析人工濕地技術應用于污水處理的落實和難點攻克過程，證明該技術在改善水質和實現資源回收方面的有效性，引入珠三角地區實踐應用案例，以期為類似項目提供有價值的參考。

關鍵詞：人工濕地技術；珠三角地區；污水處理；資源回收

珠江三角洲（簡稱“珠三角”）地區因其快速的城市化和工業化進程，面臨著日益嚴峻的污水理挑戰。隨著人口密度增加和工業生產活動頻繁，珠三角污水排放量不斷攀升，而傳統的污水處理技術（如活性污泥法）存在高能耗、建設成本高、維護復雜等問題，難以滿足珠三角日益增長的可持續水資源需求，因此出于對珠三角環境承載力和經濟發展需求的考慮，亟需開發高效環保的污水處理技術。

由于人工濕地具有低成本、低能耗的優勢，能夠有效緩解水資源壓力，促進水資源的循環利用，因此本文基于人工濕地技術對污水處理及其中的資源回收利用進行研究，發現該技術不僅能夠提升生物多樣性、改善生態系統質量，還能將污水中的營養物質轉化為可再生資源，推動循環經濟發展，對相關政策制定和實施具有借鑒意義[1]。

目前，人工濕地技術的應用，不僅為珠三角地區提供了可行的污水解決方案，還為粵港澳大灣區生態環境的恢復與可持續發展提供了助力，更為相關領域的技術探索提供了經驗支持。

1 人工濕地技術概述

人工濕地技術是基于自然濕地的生態功能，通過植物、微生物和土壤介質的復雜相互作用，實現對污水的物理、化學和生物凈化。在人工濕地系統中，多層次的土壤介質不僅給植物提供了穩定支撐，還充當了污水中污染物的過濾器。植物的根系不僅可有效吸附水中重金屬、營養鹽等污染物，其分泌的根際微生物代謝物質還能促進微生物生長，增強微生物對有機物分解能力。而且厭氧和好氧環境交替，也有助于氮的去除反應（如反硝化），能進一步提升水質。

人工濕地技術具有多重優勢。首先，經濟實用性尤為突出，在建設與運營時，相比于傳統污水處理廠，低成本、低維護費用和長使用壽命的優勢，使人工濕地技術對快速發展地區具有極大地吸引力。其次，通過模擬自然生態，可顯著減少對化學藥劑的依賴，降低環境污染風險，從而憑借生態友好的特性成為城市與農村水資源管理的可持續解決方案。最后，人工濕地技術不僅能有效地處理污水，還能在生物多樣性保護、棲息地恢復和水體富營養化控制等方面發揮重要作用，通過回收污水中的營養成分供給生物生長，促進生態系統循環發展，為生態文明建設提供有力支撐[2]。

2 珠三角地區污水處理現狀

2.1 處理能力不足

珠三角許多地區污水處理設施分布都不均衡，且污水處理仍依賴簡單的污水處理系統，處理流程簡易粗陋，不能有效去除污水中有害物質，污水處理能力明顯不足。有些農村區域的污水處理設施多為簡易化糞池或小型生物處理池；部分新興城鎮雖發展快速，但污水處理設施建設卻未能同步跟上。因此，這些區域，污水處理規模小、抗壓能力差、處理方法落后，污水直接排放或僅經簡單處理就進行排放的現象普遍存在，且排放的污水中污染物濃度高，對環境造成了嚴重影響。

2.2 設施運行效率低

許多污水處理設施建設后由于缺乏專業的管理和維護，因而設備老化、故障頻發，運行效率低且運行成本高。同時，受操作不規范和技術人員培訓不足等問題影響，污水處理效果不穩定，污泥沉淀效果差，懸浮物去除率低，出水水質不達標。

2.3 技術應用不足

傳統的污水處理方法仍占主導地位，缺乏對新技術的有效應用。物理處理、化學處理、生物處理等傳統的污水處理方法，不但處理效率和處理效果存在一定的局限性，而且處理系統運行能耗高、成本大，導致不能在污水處理過程中充分挖掘污水中的各項資源潛力，影響了對污水中資源的有效回收利用效率，因此應加大對新技術研發和應用的支持力度，推動污水處理行業的技術優化與升級。

3 人工濕地技術在污水處理中的應用優勢

3.1 提升處理能力

人工濕地技術作為一種新型的生態污水處理技術，能通過植物、土壤和微生物的相互作用，有效去除污水中的污染物。區域可根據實際情況，設計不同類型的人工濕地系統（如表面流和潛流濕地），以適應不同的污水處理需求。此外，這種定制化設計，不僅能提高污水處理的整體能力，還能通過自然凈化過程降低污水處理能耗及增加生態效益。

3.2 優化設施運行

通過引入人工濕地的生態管理系統，優化污水處理系統的運行效率，不僅能降低污水處理系統運營成本，還能提高排放水質的達標率。如，通過智能監測系統，可對污水處理的各個環節進行實時監控，從而及時調整運行參數，以適應污水水質的變化；通過定期維護和植物管理，能有效提升濕地性能，確保污水處理系統能持續發揮最佳效果。

3.3 推動技術創新

在人工濕地研究中，可通過積極探索新型植物與技術（濾材）的組合，提高污水處理效果。如，通過對不同植物的適應性及其污染物去除能力的深入研究，選用更適合當地生態環境的植物種類，提升污水處理系統的穩定性和處理效率；通過與其他污水處理技術（如膜技術）聯用，形成多層次的處理系統，進一步提高污水凈化效果，推動污水處理技術的創新與發展[3]。

4 人工濕地技術在污水處理中的資源回收潛力

4.1 水資源再生

人工濕地技術可通過植物根系和微生物的代謝活動，有效去除污水中的有機物和營養成分，且處理后的污水符合再生水標準，適于農業灌溉、景觀用水等非飲用用途。如此一來，不僅可緩解區域的水資源緊缺問題，還能有效降低自然水體的壓力，實現水資源的循環利用。

4.2 營養物質回收

由于人工濕地中的植物可有效吸收污水中的氮、磷等營養成分，因而通過定期的植物收割，不僅能促進植物更好地生長，還能將收割下的植物制作有機肥料，進一步回饋農業。這種資源化利用方式，既有助于降低水體富營養化風險，又能提高土壤肥力，促進農業可持續發展。

4.3 經濟與生態效益

人工濕地技術具有良好的經濟與生態效益，不僅建設與維護成本相對較低，而且可為多種生物提供棲息地，促進生物多樣性。同時，將人工濕地技術與其他生態技術相結合，還能提高資源回收率，改善生態環境，推動區域生態的可持續發展。

5 在珠三角地區的實際應用情況

5.1 案例項目背景

由于快速的工業化和城市化，珠三角地區水體污染問題嚴重，水資源匱乏，因此珠三角地區的某市于2022 年啟動了基于人工濕地技術的污水處理與資源回收項目（下稱“案例項目”），目標為實現污水的有效處理和資源的循環利用。

5.2 人工濕地技術應用步驟

5.2.1 選址與設計

案例項目位于水源豐富且土地適宜的區域，選址時綜合考慮了地下水位、土壤性質和周邊生態環境的影響。

設計上采用水平流與垂直流相結合的混合型人工濕地，以增強污水處理系統的處理效率和穩定性。設計面積2 hm2，預期污水處理能力2000 m3/d。為確保設計的科學性，不僅進行了詳細的水質分析、土壤成分檢測和氣候評估，還引了入計算流體力學（CFD）模擬技術，對水流在人工濕地中的流動路徑進行模擬，以優化人工濕地的水力學設計，確保污水在人工濕地內均勻分布，減少水流短路現象，提高污水整體處理效果。

5.2.2 系統建設

在系統建設階段，準備富含有機質的土壤和改良介質，以促進植物生長和微生物活性。結合珠三角地區的氣候和植被特點，選用多種耐水濕、成活率高的植物，如蘆葦和香蒲等，并進行基于生態位理論的植物組合設計，以提高植被的生態適應性和污水處理效果。搭建多級分流的水流系統，采用模塊化設計，便于對人工濕地污水處理系統后期的維護與升級。引入智能化設備，實時監測人工濕地內的水位、溫度、pH 等參數，并通過數據反饋，保持人工濕地污水處理系統的最佳處理狀態和生態平衡。

5.2.3 污水進水與處理

在系統處理過程中，污水經過多層植物根系和底床的過濾與降解后，利用微生物群落的協同作用對污染物進行去除；通過多級污水預處理系統，利用沉淀池和格柵去除污水中的大型固體顆粒，降低后續處理負荷；利用引入的多種功能性微生物，增強氮、磷等營養物質的去除能力，實現更高的污水處理效率，以及提升污水中資源回收利用效率。

5.3 應用難點與解決方式

5.3.1 高污染負荷

案例項目初期的進水COD 濃度高達600mg/L，導致人工濕地污水處理系統壓力大，污水處理效果不佳。為解決這一問題，設計布置了分流預處理設施，提前去除污水中大部分懸浮物和部分污染物，以減輕后續的人工濕地生態系統的負擔，提升污水處理效果。

5.3.2 水質復雜多變

珠三角地區氣候復雜，暴雨、臺風等極端天氣較多，不同季節和降雨時段的水質差異較大，對污水處理效果產生了嚴重影響。為解決這一問題，案例項目引入智能監測系統，實時監控污水的水質變化，同時采用自適應控制算法調整水體的流速、流量、停留時間，以及植物配置，確保污水在每個人工濕地單元內都能獲得充分地接觸和處理。

5.3.3 植物生長周期長

案例項目建設初期部分植物生長速度較慢，吸收代謝能力較弱，嚴重影響人工濕地污水處理系統的污水處理能力。為解決這一問題，選用可快速生長的水生植物并搭配不同生長周期的植物，替換人工濕地生態系統中的生長速度慢、吸收代謝能力弱的植物，同時加強對土壤肥力的管理，確保植物在早期階段就能發揮出較好的污水處理效果，提升人工濕地污水處理系統的污水處理能力。

5.4 水質改善情況

案例項目采用的人工濕地污水處理系統的污水處理效果如表1 所示，COD 去除率為93.33%，BOD5 去除率為94.00%，NH3-N 和TP 的去除率分別為96.25% 和97.50%。實際效果表明，應用人工濕地技術的污水處理系統在去除有機污染物、氮、磷方面表現良好，可有效改善污水出水水質。

5.5 資源回收利用成效

在再生水利用方面，污水處理量約10萬m3/a，供周邊農田灌溉，節水量折合經濟價值約500萬元/a。同時，在有機肥料產出方面，收割植物量約5 t/a，轉化為有機肥料，折合經濟效益約30 萬元/a，并且減少化肥使用量20%，增強了土壤養分，實現了資源的回收再利用。另外，案例項目周邊生物多樣性顯著提升，新增鳥類棲息地6 個，改善了區域生態環境。

6 結束語

綜上所述，應用人工濕地技術的污水處理系統污水處理效率高、資源回收利用效益顯著，不僅有利于改善水環境，為生產生活提供穩定的再生水源，還可促進水環境治理的科學發展?；趯χ槿堑貐^實際情況的詳細分析，案例項目通過因地制宜地進行人工濕地污水處理系統的設計與落實，實現了良好的污水處理效果，處理后的污水各項指標均達到優良標準。因此，案例項目展現出了人工濕地技術在應對高污染負荷和復雜水質的污水處理方面的強大潛力，為相關領域的技術創新提供了經驗支撐。

隨著科技的進步，人工濕地技術有望結合更多前沿科技，如物聯網（IoT）、人工智能（AI）技術、大數據操作平臺等，進一步提升污水處理系統的智能化和自動化水平。通過智能監測和數據分析，實時優化污水處理流程，不僅能應對更復雜、更惡劣的水質環境，還能處理氣候溫差變化大、水質波動及更加極端的特殊情況，在更大范圍內調控資源數據，促進人工濕地污水處理系統生態更加平衡、物種更加多樣性，從而吸收更多具有潛在價值的物質，提高污水中資源及人工濕地生態系統中資源回收的利用效率。加入納米技術提升水質凈化效果，通過結合生物過濾膜及其他先進產品，有效吸附污水中更細微的污染物，促進污染物的更高效去除，提高人工濕地污水處理系統的出水質量。

展望未來，高科技的融入將能推動人工濕地技術向更高效、更環保的方向發展，為應對全球水資源挑戰貢獻更多智慧與方案。

參考文獻

[1] 楊久利.城市污水處理技術的應用及探究[J].資源節約與環保，2023（11）：83-87.

[2] 陳榕.人工濕地技術在水域生態修復中的應用[J].山西建筑，2023，49（23）：126-128.

[3] 翟野青，扈幸偉，王瀚哲.人工濕地對污水處理廠尾水水質凈化提升的應用研究[J].水利水電工程設計，2024，43（3）：25-29.

作者簡介

蘇朗榮（1989—），男，漢族，廣東中山人，工程師，學士，主要從事水環境研究方面的工作。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-10-23