人工濕地的污水處理技術研究

于曉姍　何禮翔

【摘要】人工濕地的廢水處理技術得到廣泛的應用。本文敘述了人工濕地污水處理技術的分類及原理，對人工濕地污水處理技術的應用現狀和優勢進行研究。

【關鍵詞】人工濕地；污水處理技術；探究

引言

隨著近年來環境問題的日益嚴峻，以及因環境污染問題而造成的全球性事故，使得人們進一步了解到環境破壞的危害性。人工濕地作為一項高效的污水處理手段，不僅具有環保性的特點，而且投入較低，簡單易行，相對于傳統的污水處理系統來說更值得我們進行深入的研究。

1、人工濕地的分類

根據濕地水文地理的不同，處理污水的人工濕地可分為兩類：自由水面的人工濕地（FWS）和地下流的人工濕地（SSF）。其中FWS系統類似于天然濕地，污水流在飽和的基質之上；在SSF系統中，污水水平或垂直穿過支持它生長著的植物，并根據流動方向的不同，SSF型人工濕地又可分為垂直流（VF）的人工濕地和水平流（HF）的人工濕地。各種類型濕地系統的組合，稱為混合型人工濕地，同樣也用于污水處理。這種混合型人工濕地通常由幾種平行人工濕地類型中的兩種組成，如VF-HF型人工濕地、HF-VF型人工濕地、HF-FW型人工濕地和FWS-HF型人工濕地。另外，由3種以上類型的人工濕地組成的混合型人工濕地已經開始使用了。近幾年來，為了提高人工濕地的凈化能力，人們改進了許多人工濕地，例如，充入二氧化碳的人工濕地、阻礙流動的人工濕地、分級進給的人工濕地等。

2、人工濕地污水凈化機理

2.1人工濕地對有機物的去除機理，

污水中的有機物可分為不溶性有機物與可溶性有機物，微生物對濕地中有機物的去除起到重要作用。在濕地生態系統中土壤具有巨大比表面積，污水流經顆粒表面時，不溶性的有機物經沉淀、過濾、吸附作用快速地被截留，隨之為微小生物利用；可溶性有機物通過微生物的代謝被去除。植物可向土壤中傳輸氧氣，因而土壤中好氧菌、厭氧菌和兼性菌共同存在。好氧菌將有機物分解為二氧化碳和水；厭氧菌發酵將有機物分解為二氧化碳和甲烷。謝龍等（2009）研究以總有機碳（TOC）作為模型參數，建立了1個水平潛流人工濕地有機物去除機理模型，種植花葉蘆竹的水平潛流人工濕地和空白濕地對生活污水中總有機碳的去除率分別為92%和91%，去除的主要途徑為生物降解作用，生物降解量占進水總有機碳的84%；植物對總有機碳去除有促進作用，但影響不大。

2.2氮、磷的去除機理

人工濕地除氮、磷主要是通過濕地植物的吸收利用、微生物的固定、代謝作用以及基質的吸附作用。植物吸收氨氮合成蛋白質，吸收和同化無機磷合成有機成分，成為植物組織的一部分?；|通過一些物理和化學的途徑，如采用多空結構材質對氮磷進行吸附、離子交換等形式去除污水中的一部分氮和磷。微生物降解對氮、磷的去除也起到主要作用。自養微生物利用植物根區的好氧和厭氧環境同時進行硝化和反硝化脫氮過程，最終達到除氮目的。異養微生物作用有機氮最終將其轉化為氨氮，兩者起到協同作用。有機磷通過微生物分泌的胞外酶降解為可溶性磷而被攝取吸收。磷的去除還包括微生物代謝對磷的正常攝取吸收和聚磷菌好氧條件下對磷的大量吸收。研究發現除了聚磷菌外，還有磷酸鹽還原菌，利用磷酸鹽還原，產生磷化氫使部分磷得以去除。

2.3人工濕地對重金屬的去除機理

通過土壤或填料對重金屬的吸附和反應達到濕地對重金屬的去除目的，吸附分為離子交換吸附同專性吸附。因為污水中重金屬離子濃度一般不高，重金屬離子便不能與土壤中無機陰離子形成沉淀，可與土壤中的有機質絡合。微生物也可去除重金屬，微生物為固定重金屬可發生胞外絡合作用、胞外沉淀作用，或者把重金屬轉化為低毒狀態，但也有可能轉化為毒性更強的物質。植物也可對重金屬進行積累，溶解性的重金屬可被植物吸收，莖以上部分可通過收割最終從濕地中去除，不溶性重金屬被介質過濾截留。密集的植株形成活性高的根區網絡系統，減慢了濕地污水流速，使污水中懸浮顆粒沉降。

3、人工濕地污水處理技術的應用現狀和優勢

3.1人工濕地對污水的處理

當前人工濕地處理的污水主要包括工業廢水、生活污水、富營養化水體、家畜與家禽的糞水等。在普通的平原地區進行人工濕地構建中，可以以空心磚、煤渣以及粉煤灰等作為基質，并按照相關的比例進行混合，人工濕地床的填充材料選用陶粒，使得各種水生生物能夠快速的生長，比如蘆葦、美人蕉以及水百草等。高濃度的污水不能夠傾倒在含有水葫蘆的人工濕地中，但是低濃度的污水很適合水葫蘆的生長，因此可以將水葫蘆安置在人工濕地的尾端位置。在氣候條件比較惡劣的區域，普通的人工濕地系統難以充分發揮處理功能，一般選擇稻田人工濕地系統進行生活污水的處理工作，該系統處理效果良好，而且稻田系統本身還能產生一定的經濟效益，有利于可持續發展。

3.2人工濕地處理廢水的成本效益分析

對于傳統人工濕地的可持續性來說，成本效益分析主要包括土地的征用、投資和經營的成本、能源的消耗、生態效益等。以往的一系列研究表明，與傳統的污水處理廠（WWTP）相比，人工濕地在建設和運營上有明顯的優勢。同樣，人工濕地在能源消耗方面，也比傳統的污水處理廠小很多。然而，人工濕地對土地的需求可能成為限制它廣泛應用的主要因素，尤其是在一些土地資源稀缺、人口密度高的地區。另外，為了達到高效的凈化能力，像人工加入二氧化碳的這種創新方式，也會增加人工濕地的建設成本。

結語：

綜上所述，人工濕地與傳統的污水處理方法相比具有諸多明顯的優勢，其資金和人員投入少，成本低廉，且處理結果優良。在維持全球環境系統中也起著至關重要的作用。因此，將人工濕地作為污水處理系統應用起來，不僅能夠緩解當前水資源短缺的問題，而且還具有可持續發展的作用，能夠為保持城市的生態平衡提供一定的幫助。

參考文獻：

[1]朱彤，許振成，胡康萍，等.人工濕地污水處理系統應用研究[J].環境科學研究，1991（5）：17-22.

[2]周麗.人工濕地污水處理技術研究和應用現狀[J].工業用水與廢水，2016，47（5）：8-12.