人工湿地污水处理技术及其在我国的应用

林义芳

摘 要：人工湿地是一种新型污水处理技术，具备能耗低、高效与自然界和谐等特征，目前已成为污水处理中的主要应用技术。此背景下，文章首先分析了人工湿地的类型，其次对人工湿地去污原理进行了详细的阐述，最后研究了人工湿地污水处理技术在我国的应用，以供参考。

关键词：人工；湿地污水；处理技术；应用

1 人工湿地的类型

表流人工湿地（SFW型）、潜流人工湿地（SSFW型）、垂直流人工湿地（VFM型）。在表流人工湿地中，水位线在地面以上，植被种植在水里并没出水位线，污水通过基质表面，其对营养盐N，P的去除率偏低（10%～15%），这是因为N，P的去除过程主要发生在基质内，可是污水仅仅在基质表面流过。在潜流人工湿地中，水位低于地面，水流通过基质透到床底下，与表流人工湿地相比，污水通过基质，使污水与生长在基质表面的微生物充分接触，提高污染物的去除率；另一方面，污水在地表下流动，保温性及卫生条件较好，是目前应用较多的一种湿地处理系统。在垂直流人工湿地中，水流通过基质由上而下垂直流动，污水通过湿地后通过铺设在出水端底部的集水管而排出系统，目前此种系统因其对基建要求较高，因此应用较少。

2 人工湿地去污原理分析

2.1 人工湿地净化污水的原理

人工湿地的工艺原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化。这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合组成填料床，污染水可以在床体的填料缝隙中曲折流动，或在床体表面流动。在不同材质、不同粒径配比的基质填料上种植特定的处理性能好、成活率高的净水植物，形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理，从而成为人工建造的、可控制的、工程化的湿地生态系统。当污水通过湿地系统时，其中的污染物质通过沉积、过滤、吸附和分解等作用得到净化。

2.2 人工湿地污水处理技术的去污机理

2.2.1 对COD和BOD的去除机理。潜流型人工湿地最为显著的特征即为其对有机污染物具备相对强的降解能力。对于可溶性有机物，其能够通过植物根系中生物膜的吸收与代谢作用进行分解；对于不可溶有机物，其还能够通过湿地的沉积与过滤实现截留，从而被微生物利用。

2.2.2 对氮的去除机理。人工湿地主要是利用植物的吸附功能与离子的交换作用，特别是微生物的硝化功效与反硝化作用，以达到去除氮的目的。在湿地中，植物可经过氧气组织向根区输送氧气，在湿地内部产生连续的缺氧、好氧、厌氧状态，形成诸多串联的或者是并联的“A/A/O”处理单元，硝化与反硝化操作可同时进行，且还可有效降解复杂的有机物。

2.2.3 磷的去除机理。人工湿地对于磷的去除是在植物吸收、微生物去除、填料床的物理化学等的协同作用下完成的，其中，机制吸附与化学沉淀发挥主要作用。湿地土壤中磷的去除受到氧化还原电位（ORP）、pH值、Fe、Al、ca矿物、有机质以及土壤中磷本底值等因素的影响。污水中的可溶性磷酸鹽能够通过植物的吸收、同化作用，合成ATP、DNA、RNA等有机成分，然后通过植物的收割去除系统中的磷。

2.2.4 重金属的去除机理。人工湿地主要是通过植物的吸收、微生物的富集、基质的吸附沉淀、金属离子与硫形成的硫化物沉淀，实现重金属的去除。在实际操作过程中，需要对人工湿地设置必要的前处理与后处理设施，以形成人工湿地污水处理系统。

3 人工湿地污水处理技术在我国的应用

3.1 人工湿地污水处理技术的应用优势

3.1.1 人工湿地污水处理系统的工程建造成本相对低廉，设备的维护工作也较简单，其建设成本与运营成本仅占据普通污水处理厂的10%，可大面积的推广使用，获得的经济效益也较为可观。

3.1.2 人工湿地污水处理系统，一般由人工基质与水生植物共同构成，其中，人工基质的选择范围相对较大，土壤、细沙等均可作为填料使用，填料组成的不同，基质的净污能力也会存在较大的差异，对此，可依据污染物的种类、性质选用适宜的填料组合，针对性处理污水。水生植物的种类往往较多，灯芯草、茭白等均为较为常见的挺水植物，其对氮、磷、无机物等污染物的净化能力也存在一定的差异，可通过合理选用水生植物的方式来提升污水的净化能力。

3.1.3 如果进水浓度相对较低，人工湿地污水处理系统对COD的去除率可超过80%，对氮的去除率超过65%，对磷的去除率可超过90%。同时，其对于其他农药类、重金属类的去除率一般超过90%，由此可知，相比于传统的污水处理工艺，人工湿地污水处理系统的去污能力更高。

3.2 人工湿地污水处理技术的不足

由上述分析可知，人工湿地污水处理技术的应用具有诸多优势，但由于其特殊的污水处理机制，极容易受到气候变化的影响，例如：冬季的寒冷环境不利于美人蕉等热带水生植物的正常生长，在一定程度上限制了其污水处理功能。

人工湿地污水处理系统的去污往往依靠自身的本体系统完成，人工干预存在一定的限制，随着时间的推移，重金属、有机物等污染物往往会不断累积，繁殖出大量的微生物，如果不进行适当的维护操作，必将引发淤积问题，导致水体自身的传导性与处理效用大大降低。在人工湿地连续性运转过程中，水体内的基质会逐渐饱和，进而失去原先的去污能力，这就需要对基质进行定期的去淤处理。

3.3 人工湿地污水处理系统的工艺流程

人工湿地污水处理系统由预处理单元和人工湿地单元组成。通过合理设计，可将BOD5、SS、营养盐、原生动物、金属离子和其它物质处理达到二级和高级处理水平。预处理的目的主要是减少污水中的悬浮物，防止湿地填料堵塞，确保人工湿地生态系统的稳定性，增加湿地处理寿命和处理能力。其设施包括格栅、沉砂池、沉淀池。人工湿地系统一般工艺流程如下：污水→格栅→沉砂池→沉淀池→人工湿地→出水。

3.4 人工湿地在我国的应用前景

3.4.1 人工湿地处理系统属于一种集环境效益、社会效益、经济效益为一体的污水处理方式，其投资、日常运行费用仅占据普通二级污水处理厂的l/10～1/2、l/5～1/3，具有“一高三低一不”的特征。我国当前还处于发展阶段，经济还存在一定的不足，二级处理工艺、三级处理工艺的普及与推广应用还存在较大的难度，人工湿地在某些情况下适用。

3.4.2 我国地域宽阔，在一定程度上解决了人工湿地占地面积大的缺陷。但在人工湿地污水处理技术实际应用过程中，还需做好以下事项：（1）尽可能节约土地，并且还需选择荒废的地段。（2）结合当地的实际情况，选择适宜的湿地系统和合适的植物。（3）多与其他国家合作、交流思想，以使得湿地系统能够为我国的污水处理事业提供更好的服务。

4 结语

综上所述，相比于传统的污水处理工艺，人工湿地污水处理工艺在工程造价、去污能力、运营成本方面具有较大的应用优势，但在其实际应用过程中，极容易受到气候条件变化、占地面积等因素的影响，这就需要结合我国实际发展情况，合理应用人工湿地污水处理技术，促进我国污水处理行业的持续发展。

参考文献

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[2] 梁大山.人工湿地污水处理技术机理与发展展望[J].中国科技博览，2015（21）：341-341.