人工湿地在污水处理中的作用

邱慧哲

（辽宁省朝阳市环境科学研究院，辽宁 朝阳 122000）

1 引言

湿地是指潮湿或浅积水地带发育成水生生物群和水成土壤的地理综合体，包括陆地上天然的和人工的，永久的和临时的各类沼泽、泥炭地、咸、淡水体，以及低潮位时6m水深以内的海域。

湿地与森林、海洋并称全球3大生态系统，也是价值最高的生态系统。湿地具有涵养水源、净化水质、调蓄洪水、控制土壤侵蚀、补充地下水、美化环境、调节气候、维持碳循环和保护海岸等极为重要的生态功能，是生物多样性的重要发源地之一，因此被誉为“地球之肾”、“天然水库”和“天然物种库”［1］。

2 人工湿地的概念及类型

湿地的类型通常分为自然和人工两大类。自然湿地包括沼泽地、泥炭地、湖泊、河流、海滩和盐沼等，人工湿地主要有水稻田、水库、池塘等。目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。挺水植物系统根据污水流经的方式，可分为表面流湿地、潜流湿地。表面流湿地是指废水在填料表面漫流，它与自然湿地最为接近，绝大部分有机物质的去除，是由长在水中的植物茎、杆上的生物膜来完成。潜流湿地是指水在填料表面下渗流，因而可充分利用填料表面及植物根系上的生物膜及其他各种作用处理污水，而且卫生条件较好。

2.1 表面流人工湿地

在表面流人工湿地中，污水从湿地表面流过，系统中氧的来源主要靠水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点，但占地面积较大，水力负荷率较小，去污能力有限，且运行受气候影响较大，夏季易滋生蚊蝇。

2.2 潜流人工湿地

潜流人工湿地由一个或多个填料床组成，床体填充基质，床底设有防渗层，污水从一端水平流过填料床。这种类型的人工湿地的水力负荷比自由表面流人工湿地大，对BOD、COD、SS、重金属等污染指标的去除效果好，而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，但控制相对复杂。

3 人工湿地在污水处理中的作用

湿地在污水净化方面具有强大的生态功能，被称为“天然的污水净化器”。天然湿地虽然具有高效强大的污水处理能力，但污水中的有毒物质和病菌会对湿地生物多样性带来损害，且长期高负荷地承载污水将导致湿地功能的衰退甚至消亡。因此，为了保护天然湿地，用于污水净化的人工湿地便应运而生了。人工湿地处理系统作为一种成本低廉、节能降耗、简单易行、效果显著、无二次污染的污水处理技术越来越显示出强大的生命力和优越性。

人工湿地是一种类天然的污水处理技术，以太阳能为驱动力，在植物、微生物和介质共同作用下达到净化水质的目的［2］。与传统污水处理工艺相比，人工湿地作为一种自然生态处理系统，其基建投资少、运行费用低、节约能源（除水泵外，基本无需用电）、去除有机污染物能力强、管理维护简单方便，可以调节微气候、改善城市环境，具有良好的景观效应、可持续的经济效益等［3］。

目前人工湿地在国际上已经得到了广泛的应用。2008年，整个欧洲约有1万处以上、北美约有2万处以上人工湿地污水处理系统［4］。

人工湿地是一种正在不断进行研究、应用的污水处理技术。运用人工湿地来处理工业废水、生活污水、农业废水等方面的研究已有60年的历史。采用人工湿地技术净化污水始于1953年德国的Max Planck研究所，他们在研究中发现芦苇能去除大量有机物和无机物。到20世纪70年代末期，人工湿地技术逐渐发展成为一种新型污水处理技术。

国内有关学者对人工湿地净化城市污水的研究表明，在进水浓度较低的情况下，人工湿地对BOD5的去除率可达85%～95%，对COD的去除率可达80%，处理出水BOD5的浓度在10mg／L左右，SS小于20mg／L［5～7］。

不同类型的人工湿地，对不同污染物的去除效率有差异。水平潜流湿地对BOD、COD等有机物和重金属的去除效果较好，垂直流湿地对氮、磷的去除效果较好，表面流型湿地的处理效果一般。但如果将表面流型与潜流型、表面流型与垂直流型结合起来，去污效率会进一步提高［8］。

浙江嘉兴桐乡大麻村建成一个占地8000m2的人工湿地，总投资近100万元。附近200户居民的生活污水通过污水管道可以直接排放到人工湿地系统。通过三级潜流湿地后，大部分污染物得到有效去除。通过人工湿地处理后的出水，流入生态塘处理系统再次除污后，完全达到排放标准［9］。

4 人工湿地的净化机理

4.1 人工湿地对有机物的去除

人工湿地对污水具有较强的有机物去除能力，主要是通过湿地床的物理截留沉淀和生物吸收降解作用来去除有机物。一方面，污水中的不溶性有机物通过湿地床中填料床的沉淀、过滤等物理沉积作用很快地被截留下来，并可为部分兼性或厌氧微生物所利用；另一方面，污水中的溶解性污染物，则通过植物根系及填料表面生物膜的吸附、吸收及生物代谢作用而被降解去除。污水中大部分有机物最终被异养微生物转化为微生物体及CO2和H2O，这些新生的有机体可通过填料定期更换，最终从湿地系统去除。

4.2 人工湿地对氮的去除

人工湿地对氮的去除主要靠微生物的氨化、硝化和反硝化作用。微生物中的氮基本以有机氮和氨氮两种形式存在。有机氮一般情况下在处理过程中被异养微生物分解成氨氮，氨氮在硝化菌的作用下被转化为无机的亚硝态氮和硝态氮，最后通过反硝化以及植物根系的吸收作用而从湿地系统中去除。为此，人工湿地对氮的去除主要是无机氮的去除。污水中无机氮的一小部分作为植物生长过程中不可缺少的物质，可以直接被植物吸收并通过植物的收割从污水和湿地中去除。而大部分无机氮的去除是通过微生物的硝化和反硝化作用来完成的。人工湿地中的溶解氧呈区域性变化，连续呈现好氧、缺氧及厌氧3种状态，相当于许多串联或并联A2／O处理单元，使硝化和反硝化作用可以同时进行；在这种环境下，首先通过硝化作用先将氨氮氧化成硝酸盐，再通过反硝化作用将硝酸盐还原成气态氮从水中逸出。

4.3 人工湿地对磷的去除

人工湿地对磷的去除是通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等几方面共同作用完成的。污水中的小部分无机磷在植物的吸收和同化作用下，被合成为ATP、DNA和RNA等有机成分，通过对植物的收割而将磷从系统中去除；而大部分是通过微生物对磷的正常同化吸收以及聚磷菌对磷的过量积累，定期更换湿地床而将其从系统中去除。此外，湿地的土壤对污水具有一定的净化作用。土壤是湿地的基质与载体，湿地土壤主要是通过离子交换、专性与非专性吸附、整合作用、沉降反应等过程来实现净化作用。

4.4 人工湿地处理污水的技术特点

人工湿地用于生活污水的处理，对化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、固体悬浮物（SS）等的去除效率均可以达到90%，对总氮也能达到很好的去除效果。人工湿地污水处理技术与常规污水处理技术相比有如下几个优势:可保持较高的水里负荷；处理效果稳定可靠，出水BOD5、SS、大肠杆菌数明显优于二级生化处理，在某些场合可替代三级生化处理；基建投资低，运行费用低；运行操作简单，不需要复杂的自控系统；适宜处理间歇排放的生活污水，耐污能力及水力负荷强，抗冲击性能好；具有生态服务功能，有景观效应［10］。人工湿地处理污水技术尚存在占地面积大、难降解的固体悬浮物堵塞人工湿地处理系统、脱氮除磷效率不稳定等问题。

［1］国家林业局.中国湿地保护行动计划［M］.北京:中国林业出版社，2000.

［2］宋铁红.冬季人工湿地内微生物活性和除污效率分析［J］.水处理技术，2008（9）:68.

［3］迟延智，陈风伦.人工湿地处理污水的实践［J］.中国废水排水，2003（4）:78～79.

［4］吴春英.吉林市人工湿地生态环境规划的设想［J］.环境科学与管理，2008，33（5）:140.

［5］李章成，许红艳，丁德蓉.香根草应用研究进展［J］.四川草原，2004（7）:23～24.

［6］卞有生，金冬霞.规模化畜禽养殖场污染防治技术研究［J］.中国工程科学，2004（3）:43～45.

［7］吴 平.小城镇污水处理生态技术及应用［J］.黄河水利职业技术学院学报，2004（1）:88～89.

［8］杨晓忠.人工湿地脱氮除磷研究进展［J］.现代农业科技，2007（4）:56～57.

［9］林文周，刘海波，左文武，等.人工湿地在城镇生活污水治理中的应用［J］.环境保护与循环经济，2008（4）:27～28.

［10］李晓东.聚焦人工湿地技术［J］.环境保护与循环经济，2008（4）:27～28.