污水处理中人工湿地技术的应用探究

污水处理中人工湿地技术的应用探究

倪俊

北京百灵天地环保科技股份有限公司华南分公司广东省广州市510620

摘要：目前，污水处理工作对水资源和环境的保护具有十分重大的意义，根据相关实践研究可以证明，人工湿地技术可以达到有效处理污水的目的。本文将从几个方面来深入分析人工湿地技术在污水处理中的应用，供相关部门和人员参考。

关键词：污水处理；人工湿地；应用

一、人工湿地的概述

1.定义

人工湿地是人工模拟自然湿地，是创造的一个适宜水生植物或湿生植物生长的人工生态系统，该系统中的生物种类多种多样，并处于人为控制状态，综合处理废水的能力受到人工设计控制，故处理效果大大超过了自然湿地。目前，该项技术已在国内南、北方有实地应用，例如深圳、重庆、沈阳等城市。

2.人工湿地的特点

第一，造价和运行费用便宜；第二，易于维护，技术含量低；第三，可进行有效可靠的废水处理；第四，可缓冲对水力和污染负荷的冲击；第五，可产生效益，如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动植物栖息、娱乐和教育等方面。不足之处：第一，占地面积大；第二，不精确的设计运行参数；第三，生物和水力复杂性及对重要工艺动力学理论的缺乏；第四，易受病虫害影响等。

3.人工湿地的基本形式

第一，垂直流人工湿地。在湿地底部作防渗处理，以最大限度减小对地下水的污染，然后铺放填料，在填料上种植湿地植物，污水经过湿地时以垂直流通过整个系统得到处理。第二，潜流式人工湿地。由水生植物、微生物、各种栖息动物以及处于饱和状态的填料层与床底防渗层组成。污水在湿地床的表面下流动。第三，自由水面人工湿地。近似于天然湿地，作简单防渗处理，通过培植湿地植物来构造湿地生态系统，污水自然通过湿地，出水进入水体。

二、人工湿地净化污水的原理

污水在流经人工湿地生态系统时，通过物理、化学及生化反应的三重作用得以净化。第一，物理作用。污水进入湿地，经过基质层及密集的植物茎叶和根系，使污水中的悬浮物颗粒得到过滤，并沉积在基质层中，这一过程也称作物理沉积。第二，化学作用。污水流经人工湿地时，经化学反应将水中污染物质得到削减、去除。化学反应取决于所选择的基质类型，例如：含CaCO3较多的石灰石有助于磷的去除；含有机物丰富的土壤有助于吸附各种污染物。第三，生化作用。生化反应是去除有机污删物的主要作用过程。空气中的O2经过大型植物的叶、茎的传输到达根部，扩散到周围缺氧的底质中，形成了氧化的微环境，刺激好氧微生物，加快对有机物质的分解；有助于硝化细菌的生长，可降低废水中的BOD，并将NH3-N转化NO2-、NO3-。在缺氧的环境中，经过扩散和渗滤作用，受到反硝化茵的转化之后，以N2和N20的形式从系统中消失。

三、人工湿地植物的作用

1.湿地植物的分类

人工湿地根据湿地中的主要植物形式可分为：第一，浮水植物系统；第二，挺水植物系统；第三，沉水植物系统。

2.湿地植物的作用

在人工湿地净化污水过程中，植物作用可以归纳为三个方面。第一，直接吸收利用污水中可利用态的营养物质，吸附和富集重金属和一些有毒有害物质；第二，为根区好氧微生物输送氧气；第三，增强和维持介质的水力传输。

四、人工湿地的维护与管理

人工湿地的维护包括三个主要方面：湿地植物的重新种植、去除杂草和挖掘沉积物。当水生植物不适应生活环境时，需调整植物的种类，并重新种植。植物的调整需要变换水位。如果水位低于理想高度，可调整出水装置。杂草的过度生长带来了许多问题。在春天，杂草比湿地植物生长得早，遮住了阳光，阻碍了植株幼苗的生长。杂草的去除将会增强湿地的净化功能。实践证明，当植物经过三个生长季节，就可以与杂草竞争。然而，一开始就建立良好的植物覆盖，并进行杂草控制是最理想的。在春季或夏季，建立植物床的前三个月，用高于床表面5cm的水深淹没，可控制杂草的生长。

五、人工湿地技术在污水处理中的应用分析

1.人工湿地水生植物的应用

人工湿地当中的水生植物种类主要有三种，即沉水植物、浮水植物以及漂浮植物。沉水植物包括水莎草以及芦苇等，沉水植物具有根系发达以及适应能力强的优点，能够有效吸收污水当中的钾元素、磷元素以及氮元素，为了使沉水植物的净化作用得以充分发挥，则可以栽种于潜流型湿地当中。浮水植物包括菱角以及凤眼莲等，浮水植物的块茎以及根较为发达，且具有较强的耐淤能力，能够有效吸收污水中的磷元素，因此可以净化水体。漂浮植物包括浮萍以及水葫芦等，此类水生植物繁殖能力较强，且能够在水环境较差的条件下生存。因此，如污水中含有大量磷元素以及钾元素等营养成分，则可以优先选择漂浮植物。

2.不同湿地类型的应用

人工湿地被分为三种不同的类型，即垂直流、潜流以及表面流湿地。垂直流湿地是一种常见的人工湿地，此类湿地系统能够保证湿地床与湿地水流之间实现有效接触，同时还可以使水流温度保持稳定，因此能够有效改善污水处理效果以及避免处理质量出现较大的波动；另一方面，垂直流湿地的管理要求高，如基建状况不好，容易导致蚊蝇滋生等卫生问题。潜流湿地指的是利用湿地床中间部位净化污水的湿地，当污水进入潜流湿地后，湿地填料就能够很快吸附污染物，从而保证了污水净化的高效性。此外，潜流湿地当中的污水水位较深，这就有效避免了水流温度受外界环境的影响，从而有利于改善处理效果以及提高水质质量。从另一方面来看，建设潜流湿地所需的投资较大，在对污水进行处理的过程中应充分考虑投入问题。表面流入湿地与自然湿地有着许多相似之处，污水进入湿地中后主要流经湿地床面；湿地植物根茎会拦截杂物，并利用生物膜对杂物进行降解，从而起到净化污水的作用。如在处理污水的过程中利用表面流入湿地，能够减轻管理工作负担，同时也可以节省投资；但从另一方面来看，表面流入湿地的污水净化效果相对较差，且容易产生卫生问题，如当地气候条件不稳定，则应谨慎考虑。

3.在城市生活污水处理中的应用

1987年天津市环保所建成国内第一个占地6hm2，处理规模为1400m3/d的芦苇湿地工程；国家环保局华南环保所于1990年在深圳投建了白泥坑人工湿地示范工程，占地面积为12.6hm2，处理规模为3100m3/d。实践证明，运用人工湿地技术处理污水，具有建设投资低、运行费用低、能耗低、净化效果好的特征，其中，基建工程造价仅相当于同一规模二级污水处理厂的1/5，运行费用为1/6，水处理各项指标达到甚至优于二级标准。有关研究结果表明，在进水浓度较低的条件下，人工湿地对BOD5的去除率可达85%-95%，COD的去除率可达80%以上，对氮、磷去除率可分别达60%、90%以上。

4.在工业废水处理中的应用

韶关凡口铅锌矿废水治理系统采用了人工湿地技术，湿地植物种植的是香蒲，结果表明，利用香蒲植物人工湿地系统净化含铅、锌工业废水的效果非常好，其去除率分别为：Pb为90%，Zn和Cd各为84%，对Cu、Fe、Al等重金属也有不同程度的去除效果，并且随着香蒲植物群落的发展，净化效果也在不断提高。另外，在用香蒲、芦苇、灯心草等组成的人工湿地系统，对马鞍山铁矿的含酸性废水进行处理的初步实验中，发现该湿地系统对Cu、Fe、Mn、Zn、Mg的去除能力均在56%-97%，且废水酸度明显降低。

参考文献：

[1]曾春霞.人工湿地技术在农村生活污水治理中的应用研究——以湖南省衡阳市为例[J].重庆三峡学院学报,2011，27(1):66-69.

[2]何艺，王小江.垂直流人工湿地技术在北方污水处理及回用工程中的应用[J].安徽农业科学,2012，41(11):5002-5003.