人工湿地的污水处理技术研究

于晓姗　何礼翔

【摘要】人工湿地的废水处理技术得到广泛的应用。本文叙述了人工湿地污水处理技术的分类及原理，对人工湿地污水处理技术的应用现状和优势进行研究。

【关键词】人工湿地；污水处理技术；探究

引言

随着近年来环境问题的日益严峻，以及因环境污染问题而造成的全球性事故，使得人们进一步了解到环境破坏的危害性。人工湿地作为一项高效的污水处理手段，不仅具有环保性的特点，而且投入较低，简单易行，相对于传统的污水处理系统来说更值得我们进行深入的研究。

1、人工湿地的分类

根据湿地水文地理的不同，处理污水的人工湿地可分为两类：自由水面的人工湿地（FWS）和地下流的人工濕地（SSF）。其中FWS系统类似于天然湿地，污水流在饱和的基质之上；在SSF系统中，污水水平或垂直穿过支持它生长着的植物，并根据流动方向的不同，SSF型人工湿地又可分为垂直流（VF）的人工湿地和水平流（HF）的人工湿地。各种类型湿地系统的组合，称为混合型人工湿地，同样也用于污水处理。这种混合型人工湿地通常由几种平行人工湿地类型中的两种组成，如VF-HF型人工湿地、HF-VF型人工湿地、HF-FW型人工湿地和FWS-HF型人工湿地。另外，由3种以上类型的人工湿地组成的混合型人工湿地已经开始使用了。近几年来，为了提高人工湿地的净化能力，人们改进了许多人工湿地，例如，充入二氧化碳的人工湿地、阻碍流动的人工湿地、分级进给的人工湿地等。

2、人工湿地污水净化机理

2.1人工湿地对有机物的去除机理，

污水中的有机物可分为不溶性有机物与可溶性有机物，微生物对湿地中有机物的去除起到重要作用。在湿地生态系统中土壤具有巨大比表面积，污水流经颗粒表面时，不溶性的有机物经沉淀、过滤、吸附作用快速地被截留，随之为微小生物利用；可溶性有机物通过微生物的代谢被去除。植物可向土壤中传输氧气，因而土壤中好氧菌、厌氧菌和兼性菌共同存在。好氧菌将有机物分解为二氧化碳和水；厌氧菌发酵将有机物分解为二氧化碳和甲烷。谢龙等（2009）研究以总有机碳（TOC）作为模型参数，建立了1个水平潜流人工湿地有机物去除机理模型，种植花叶芦竹的水平潜流人工湿地和空白湿地对生活污水中总有机碳的去除率分别为92%和91%，去除的主要途径为生物降解作用，生物降解量占进水总有机碳的84%；植物对总有机碳去除有促进作用，但影响不大。

2.2氮、磷的去除机理

人工湿地除氮、磷主要是通过湿地植物的吸收利用、微生物的固定、代谢作用以及基质的吸附作用。植物吸收氨氮合成蛋白质，吸收和同化无机磷合成有机成分，成为植物组织的一部分。基质通过一些物理和化学的途径，如采用多空结构材质对氮磷进行吸附、离子交换等形式去除污水中的一部分氮和磷。微生物降解对氮、磷的去除也起到主要作用。自养微生物利用植物根区的好氧和厌氧环境同时进行硝化和反硝化脱氮过程，最终达到除氮目的。异养微生物作用有机氮最终将其转化为氨氮，两者起到协同作用。有机磷通过微生物分泌的胞外酶降解为可溶性磷而被摄取吸收。磷的去除还包括微生物代谢对磷的正常摄取吸收和聚磷菌好氧条件下对磷的大量吸收。研究发现除了聚磷菌外，还有磷酸盐还原菌，利用磷酸盐还原，产生磷化氢使部分磷得以去除。

2.3人工湿地对重金属的去除机理

通过土壤或填料对重金属的吸附和反应达到湿地对重金属的去除目的，吸附分为离子交换吸附同专性吸附。因为污水中重金属离子浓度一般不高，重金属离子便不能与土壤中无机阴离子形成沉淀，可与土壤中的有机质络合。微生物也可去除重金属，微生物为固定重金属可发生胞外络合作用、胞外沉淀作用，或者把重金属转化为低毒状态，但也有可能转化为毒性更强的物质。植物也可对重金属进行积累，溶解性的重金属可被植物吸收，茎以上部分可通过收割最终从湿地中去除，不溶性重金属被介质过滤截留。密集的植株形成活性高的根区网络系统，减慢了湿地污水流速，使污水中悬浮颗粒沉降。

3、人工湿地污水处理技术的应用现状和优势

3.1人工湿地对污水的处理

当前人工湿地处理的污水主要包括工业废水、生活污水、富营养化水体、家畜与家禽的粪水等。在普通的平原地区进行人工湿地构建中，可以以空心砖、煤渣以及粉煤灰等作为基质，并按照相关的比例进行混合，人工湿地床的填充材料选用陶粒，使得各种水生生物能够快速的生长，比如芦苇、美人蕉以及水百草等。高浓度的污水不能够倾倒在含有水葫芦的人工湿地中，但是低浓度的污水很适合水葫芦的生长，因此可以将水葫芦安置在人工湿地的尾端位置。在气候条件比较恶劣的区域，普通的人工湿地系统难以充分发挥处理功能，一般选择稻田人工湿地系统进行生活污水的处理工作，该系统处理效果良好，而且稻田系统本身还能产生一定的经济效益，有利于可持续发展。

3.2人工湿地处理废水的成本效益分析

对于传统人工湿地的可持续性来说，成本效益分析主要包括土地的征用、投资和经营的成本、能源的消耗、生态效益等。以往的一系列研究表明，与传统的污水处理厂（WWTP）相比，人工湿地在建设和运营上有明显的优势。同样，人工湿地在能源消耗方面，也比传统的污水处理厂小很多。然而，人工湿地对土地的需求可能成为限制它广泛应用的主要因素，尤其是在一些土地资源稀缺、人口密度高的地区。另外，为了达到高效的净化能力，像人工加入二氧化碳的这种创新方式，也会增加人工湿地的建设成本。

结语：

综上所述，人工湿地与传统的污水处理方法相比具有诸多明显的优势，其资金和人员投入少，成本低廉，且处理结果优良。在维持全球环境系统中也起着至关重要的作用。因此，将人工湿地作为污水处理系统应用起来，不仅能够缓解当前水资源短缺的问题，而且还具有可持续发展的作用，能够为保持城市的生态平衡提供一定的帮助。

参考文献：

[1]朱彤，许振成，胡康萍，等.人工湿地污水处理系统应用研究[J].环境科学研究，1991（5）：17-22.

[2]周丽.人工湿地污水处理技术研究和应用现状[J].工业用水与废水，2016，47（5）：8-12.