浅谈人工湿地污水处理技术及其发展

文/侯硕硕 中核新能核工业工程有限责任公司 山西太原 030012

作为一个相对较为完备的生态系统，自然湿地具备许多生态功能，主要由沼泽、冻土和水域等地形地貌组成。自然湿地不仅能够调节气候还能在降解污染物的同时起到维持生态平衡的作用。相较于自然湿地而言，人工湿地的占地面积和湿地坡度较为固定，技术人员通过在人工湿地中添加一部分土壤、砂和砾石等物质来种植生长期长、外观美观、经济价值高的植物，并依据土壤、填料、植物和微生物的具体反应构建完善的污水处理系统，达到净化污染水质。与传统的活性污泥法、氧化沟法、间歇式活性污泥法和吸附生物降解法相比，人工湿地处理系统具有脱氮除磷率高、建设运行成本低、无能耗、管理简单、运行成本低等优点。维护、低二氧化碳排放，具有废水资源利用、观赏价值高和提供给野生动物合适的栖息地等生态效益。在湿地日常管理和维护中，必须保持湿地床层生物填料间隙畅通，及时管理湿地植物，保证湿地系统的正常运行。

1、人工湿地污水处理机制

早在上世纪中叶，德国学者就通过实验验证过芦苇清除水中有机物和无机物的有效性，并根据实验结果提出了一种全新的植物过滤系统。此后，业内专家发明了“根区法”污水处理技术，在一定程度上象征着人工湿地污水处理技术的初步建成。人工湿地由人工基质作为填料和水生植物作为生态系统组成。系统借助底物、水生植物和微生物之间发生的相互作用，依据过滤、沉淀、吸附、离子交换、底物微生物分解等化学及物理反应，进而实现对废水的高效净化。

根据本项目接受的污水类型，人工湿地系统的污水处理工艺基本可以划分为预处理、人工湿地和后处理三步。值得一提的是，预处理应该在分析污水水质、预定出水水质和人工湿地类型后再具体确定。当前国内人工湿地的污水预处理工艺最常用的是格栅法、调节沉淀法和初沉法。人工湿地单元主要囊括集配水装置、基质、防渗层、水生生物和通风装置等主要组成部分，后处理技术主要是放置在人工湿地单元后，目的是使污水排放达标的处理过程。

2、人工湿地污水处理系统分类

从工程设计原则的角度出发，进一步分析水流差异可得，人工湿地污水处理系统主要有以下三种：水平潜流湿地系统、表面流湿地系统和垂直流湿地系统。其中，水平潜流湿地系统具有良好的保水性，能够消除一些重金属和有机物，且不太容易受到自然环境因素的影响。表面流湿地系统并不要求使用人工基质作为填料，相对而言其成本较低，但对水的负荷也比较低，其净化能力实属有限。垂直流湿地系统很好地融合了这两种系统的优点，但由于成本高，其应用范围有限，尚未得到广泛应用。

3、人工湿地污水处理技术存在的缺陷

考虑到人工湿地污水处理系统的特殊性，该系统会比较容易受到气候条件的影响。除此之外，因为污水处理系统的整体净化性能会随着污水在湿地水体中的运动时长增加而增加，需要足够的填充空间来防止污水沉积，其面积比一般污水处理厂大2-3倍。因此，本项目选址时应考虑远离城区的郊区。人工湿地污水处理系统的净化过程需要依靠自身已有的水系统，然而人工干预的净化范围实属有限。随着时间的推移，诸如重金属、悬浮固体和其他污染物会逐渐累积，致使大量微生物繁衍。如果不能做到及时的维护，人工湿地就会出现淤积的情况，这在一定程度上会降低水的导电性和处理性。在实际的系统运行过程中，人工湿地固有水体中的基质会逐渐趋于饱和状态，从而会丧失一部分原有的自身净化能力。因此，有必要定期对基质进行处理。

4、人工湿地污水处理技术分析

人工湿地污水处理系统一般会选用已有农田、荒地、部分废水池、洼地和沼泽地的灌溉渠道实施建设，该系统的主要组成部分有人工基质和常见沼气植物。人工湿地污水处理系统是一个相对较为奇特的生态系统，它会借助系统内各种生物和土壤的共同融合，从多个层次过滤和消除水体污染物，从而实现预期的净水目的。该系统的工艺设备相对较为简单，设备管理十分方便，设备的能耗也相对较低，施工成本和运行成本不高，且能承受较大的冲击负荷，净化水质相对其他生态系统比较稳定。值得一提的是，人工湿地的缺点是占地面积较大，要想使系统正常运行起来，首先要解决土壤和水体供氧充足的问题，还要顾及到温度和植物生长季节的影响。

水生植物可以在吸收一些营养物质的同时将植物上部的氧气有效输送到根部，进而在根区或根际构建理想的有氧环境，目的在于促进有机物分解和硝化细菌生长，最终实现对氮和磷的有效去除。学者以往的研究表明，不同水生植物的净化能力是有差异的。需要注意的是，在自然环境有所差异的地区其种植的植物夜有区别，要求技术人员在种植植物前仔细调研当地的自然环境。

这些部分植物为人工湿地的建设提供了科学依据。众所周知，绿色植物的观赏价值较高，为了在一定程度上提高湿地的人工造景效果，且在植物成熟后也能够有效收获植物，进而获取部分经济效益。与此同时，绿色植物能够凭借自身的光合作用在水中产生足量的氧气，并且在处理池中形成一定的溶解氧浓度梯度。绿色植物还能吸收和利用水中的部分营养物质，其植物根系对重金属等有毒物质有着吸收作用，尤其是沉水植物根系。因此，植物不仅可以提高净水效率，而且可以显著延长湿地系统的寿命。

结论：

近年来，人工湿地污水处理系统逐渐走进大众视野，相较于传统的污水处理技术，该系统在工程造价、净化能力和运行成本等方面具有更大的优势，但比较容易受到气候条件和占地面积的限制。总而言之，充分结合我国目前的基本国情，人工湿地污水处理技术在不久的将来会迎来黄金发展时期，所处的污水处理领域也将有更广阔的发展前景。