利用人工湿地技术处理污水的研究

任斌

【摘要】阐述了人工湿地的定义、分类、构造，论述了利用人工湿地进行污水处理的运行机理，通过研究人工湿地污水处理技术现状及发展，明确了建立人工湿地进行污水处理具有良好的应用前景，今后应进一步加强人工湿地的基础理论研究，进一步推广人工湿地的应用。

【关键词】人工湿地；污水处理；机理

水资源是国民经济和社会发展的基础自然资源，水环境污染制约经济发展，危害人体健康，研究新型污水处理技术已经迫在眉睫，人工湿地污水处理技术应运而生，成为一种简单有效的生态工程污水处理技术。

1、人工湿地的概述

人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地理位置与地形，根据人们的需要人为设计与建造的湿地。自首届国际人工湿地处理污水大会于1988年在美国召开后，Constructed wetland才逐渐取代其他术语而成为人工湿地的通用名词。

目前对人工湿地定义已经取得了基本一致的认识：它是模拟自然湿地的人工生态系统，是一种由人工建造和监督控制的、类似沼泽地的地面。

2、人工湿地的分类

根据污水在湿地床中流动的方式，可将人工湿地分为3种类型：垂直流人工湿地、潜流式人工湿地和表面流人工湿地。

2.1 垂直流人工湿地

垂直流人工湿地污水水流方向基本上从湿地表面沿纵向流向填料床的底部，在底部由铺设的集水管将水流收集并排出湿地系统。这种湿地对介质要求较高，水流容易堵塞，不利于推广使用，但与表面流、潜流式人工湿地相比，它具有较强的去除有机物和氮的能力。

2.2 潜流式人工湿地

潜流式人工湿地由一个或多个填料床组成，污水从一端水平流过填料床到另一端。污水在湿地床表面下渗流，一方面可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及表层土和填料截留作用处理；另一方面则由于水流在地表下流动，保温性能好，尤其适合北方地区的气候特点。

2.3 表面流人工湿地

表面流人工湿地的水力路径以地表推流为主，污水在填料表面漫流，这最接近自然湿地。绝大部分有机物的去除依靠生长在植物水下的茎和杆上的生物膜来完成。表面流人工湿地的去污能力高于天然湿地处理系统，但与垂直流、潜流式人工湿地相比，其去污效果相对较差。

3、人工湿地的构造

人工湿地一般由基质、水生植物和微生物组成。

3.1 基质。人工湿地基质又称填料、滤料。主要有土壤、沙土、砾石、石块等，通过沉淀、过滤、吸附等作用去除污染物，是湿地化学反应的主要界面之一。不同的基质对人工湿地处理效果影响较大，目前潜流型人工湿地大多使用当地的河砂和礫石作为基质材料，表面流型人工湿地多采用当地土壤作为基质材料。

3.2 水生植物。水生植物是人工湿地的重要组成部分，一般采用具有处理性能好、成活率高、且有一定美学和经济价值的水生植物。目前人工湿地植物研究的重点放在芦苇和香蒲上，并且在实践中广泛应用。

3.3 微生物。微生物是人工湿地净化废水的主要“执行者”，他们把有机质作为丰富的能源，将其转化为营养物质和能量。污水中的有机污染物质包括含氮、含磷化合物，经微生物的作用降解成终极产物释放到大气中，或固定于土壤，或者成为水生植物及微生物可吸收的营养物质，或者转化为对水环境无毒或弱毒的物质。

4、人工湿地的机理

4.1 有机物的去除。人工湿地对有机物有较强的净化能力，有机物的去除主要依靠微生物的作用。可溶性有机物可以通过植物根系生物膜的吸收、吸附及生物代谢降解过程而被分解去除。一般人工湿地对COD的去除率可达80%以上，对BOD的去除率在85%-95%之间。

4.2 氮的去除。人工湿地中氮主要是通过微生物的硝化和反硝化作用、植物的吸收、氨的挥发以及基质的吸附和过滤等过程而去除。

污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮可以被人工湿地中的植物吸收，合成植物蛋白质，最后通过植物的收割形式从人工湿地系统中去除，但这一部分氮仅占总氮量的8%-16%。

有机氮的去除主要依靠硝化菌和反硝化菌的硝化和反硝化作用。硝化反应在好氧环境下进行：第一步由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐；第二步由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐；反硝化作用是在无氧环境下进行，反硝化菌通过氧化分解作用，将硝态氮还原为N2或N2O。

4.3 磷的去除。人工湿地对磷的去除主要由植物吸收、微生物降解及物理化学作用完成。磷的存在方式主要有：有机磷、不溶性磷酸盐和可溶性磷酸磷为主。

污水中的无机磷在植物吸收的作用下，可变成植物的有机成分，这部分磷可通过植物收割得以去除，但是植物的吸收是有限的；而有机磷则可以通过聚磷菌过量吸收去除。对于不溶性磷酸盐主要通过基质的阻截、吸附去除；而对于可溶性磷酸盐则通过与土壤、基质中的Al3+、Fe3+、Ca2+等发生化学沉淀反应去除。但是这也只能改变磷在人工湿地系统中的存在方式，并没有起到真正意义的除磷效果。

5、人工湿地的前景

影响人工湿地系统运行的因素繁多，其中气候及地域条件影响较大。因此，为全面了解湿地对污水的去除机制，改善人工湿地对污水的净化效率，未来应针对以下进行研究：

5.1 优化人工湿地基质条件、温度和水质条件等因子，构建外部因子的最适环境与人工湿地微生物种群生消关系；

5.2 根据不同特性生活污水、不同地区及不同气候条件的使用数据建立数据库，促进人工湿地处理污水治理技术的推广；

5.3 随着运行时间增长，人工湿地中填料会出现堵塞，甚至吸附饱和，我们需要寻找途径来解决这一问题，确保湿地长期稳定运行。

6、结论

总得来说，人工湿地污水处理系统是一种较好的污水处理方式，它防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益，因此具有较高的环境效益、经济效益及社会效益。

参考文献：

[1]张虎成等.人工湿地生态系统污水净化研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2004，5（2）：11-15.

[2]宋志文，毕学军，曹军.人工湿地及其在我国小城市污水处理中的应用[J].生态学杂志，2003，22（3）：74-78.