人工湿地污水处理系统技术研究进展

刘晨昊 唐勇 周鹏飞 贾良杰

摘 要：污水的高效处理方法是解决我国污水处理工艺结构复杂、不易操作或成本较高导致处理效果不理想的迫切需求。人工湿地污水处理系统因为其缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省等特点，是中、小城镇处理生活污水非常适合的选择，而且人工湿地污水处理系统具有十分强大的生态功能，在促进污水中物质良性循环的前提下，能充分发挥资源的生产潜力。本文对现有在人工湿地污水处理系统的研究进行了综述，从人工湿地入手，分析其在污水处理中的机理，探讨该项技术国内应用的现状。此外，针对国内现有不足，本文还指出了我国未来几年人工湿地污水处理系统的发展前景，希望为相关人员提供帮助。

关键词：人工湿地;污水处理系统技术;应用现状;研究进展

人工湿地是以模拟自然湿地为基础，由人类设计和控制的人工生态系统。人工湿地污水处理技术最初是在20世纪中叶发展起来的，并于70年代兴起的一种实现快速净化污染的技术，其原理主要是利用生物和化學作用，当然，物理作用也起到了一定辅助功能。与以往的二级生物处理程序相比，人工湿地污水处理技术具有更好的净污效果，同时运维管理简单，费用也较低。为确保不同环境下的净水效果，该污水处理技术具有很强的可塑性配置，净化后的尾水也具有生物安全性，另外人工湿地污水处理技术同样具有明显的社会效益和生态效益。国内除了对于人工湿地技术进行应用研究外，许多城市乡镇还计划建设人工湿地，使城市乡镇具有良好的生态效益。

一、人工湿地简介

随着环境保护的迅速发展，湿地的作用也得到了广泛的认识。它被称为“地球肾脏”，具有对地球自然水体的净化和处理的功能。由于城市中的天然湿地的逐渐减少和消亡，因此人工湿地以其独到的优越性受到了越来越多的关注和发展。

湿地包括自然的、人工的、永久的、临时的、湿润的土地或是泥泞的土地，或是固定的或流动的水体，以及淡水和咸水水体。人工湿地是指由人为影响和建设的湿地系统。无论是自然的湿地或是人为建设的湿地，二者都具有很强的生态环境功能和相同的特点，其原因在于一个地区的湿地表面经常性的总是半充满或是全充满水的状态，生长着许多浮水、挺水和沉水植物，是陆地和水体之间的过渡区域。湿地内的植物通过不同组织吸收金属和一些对环境有害的物质，当然，许多其它植物也参与到解毒过程中，吸收代谢污染物，实现水的净化。湿地通常被称为天然污水处理系统，是一个不需要任何类型的化石燃料和材料的污水处理器。在污水处理方面，湿地具有很大的应用潜力，目前，世界上至少有成千上万的湿地，从小于200平方米到4000公顷的面积不等。

二、人工湿地净化机理

悬浮固体的去除主要取决于物理沉淀和过滤，BOD的去除主要取决于微生物的吸附和代谢，代谢产物稳定且无害，使剩余的BOD浓度在后续处理中保持一个较低。而对于COD的去除，其原理大致与降低BOD的类似，人工湿地的脱氮除磷主要依靠生物脱氮和植物吸收。

湿地基质的吸附作用。湿地通过自身的基质颗粒，与污水中的固体颗粒发生相互作用，使污水中的固体颗粒被拦截。当固体颗粒在水中迁移到基质颗粒表面时，在范德华力和静电力的作用下二者粘附并且结合在一起，随后被基质吸附。此外，由于湿地在长期积水的情况下，造成了土壤胶体基质的产生，土壤胶体本身具有很好的吸附性能，能吸附水中的悬浮颗粒。过滤和吸收是湿地系统处理悬浮固体的重要途径，以此来实现净化污水的目的。

湿地植物的作用。最初，湿地中的能光合作用的植物，具有分解和转化有机物质和其他物质的能力。植物通过吸收，可直接从污废水中获取有效的养分，如氨氮、磷元素等。硝酸盐和磷酸盐可以被植物吸收，并最终从水中去除。其次，植物根系能吸收和富集重金属以及有毒有害物质。植物的根、叶部分具有吸收和富集重金属的功能，根系具有较强的吸收能力。植物紧密相连的根系也可以拦截和吸收固体颗粒。另外，湿地系统中的植物给微生物的生长和依附提供了更大的表面空间。植物根系也提供微生物附着、繁殖的场所。根据国内外研究，植物根系中的微生物数量远高于其他组织部分，微生物在净化污水时也有极大的作用。最后，通过光合作用，植物还能增加水体中的溶解氧含量。

微生物的消解作用。微生物是降解有机物污染的主力军。好氧微生物通过代谢活动，将污水中的有机物转化为H₂O和CO₂等其他无害产物，而厌氧微生物能产生CH₄和CO₂等代谢产物，还有硝化细菌的硝化作用以及反硝化细菌的还原作用。在这一系列的微生物代谢过程中，能将污水中的有机污染物进行降解，并融入微生物细胞的一部分，剩余的无机产物回归自然。此外，湿地生态系统中，存在着一些昆虫和鸟类，它们也能参与到湿地净化作用中，通过吸收消化有机颗粒，从而达到去除污废水中颗粒物的目的。

三、国内人工湿地的应用现状

相比于其他国家，国内人工湿地在污水中的应用中起步较晚，于1986才开始对其机理原理进行了研究，并对未来发展趋势进行了展望。在实际应用阶段，国内第一个人工湿地处理系统工程——白泥坑人工湿地处理系统在深圳建立。

如今，在全国各地的许多省市乡镇建设了一批不同规模的人工湿地处理工程。2002年，中国科学院南京地理与湖泊研究所与云南玉溪环境科学研究所为了解决抚仙湖非点源污染控制问题，联合设计了抚仙湖人工湿地。从处理前的Ⅳ类水质提高到处理后的Ⅲ类水质，探索出了治理高原湖泊的有效途径。

四、 总结与展望

研究表明，人工湿地污水处理系统是一种十分先进且环境友好的污水处理技术。而根据国内外相关研究，国内只有百分之四的工业和生活污水才能净化和回收，其余的直接排放。

通过对国内人工湿地在污水处理过程中的研究进展和应用实例的系统总结，认为建立人工湿地对去除污染物具有良好的应用前景，对人工湿地和基本理论的研究应进一步加强。此外，考虑到一些经济原因的限制，由于资金问题，一些偏远的乡镇地区还没有建立污水处理厂。人工湿地对于这些乡镇地区是个很好的选择。因此，未来使用人工湿地污水处理技术来净化污水具有广阔的潜力。

参考文献：

[1] 王世和，王薇，俞燕.水力条件对人工湿地处理效果的影响[J].东南大学学报（自然科学版），2003，33（3）：359-362..

[2] 杨长明，马锐，汪盟盟，等.潜流人工湿地对污水厂尾水中有机物去除效果[J].同济大学学报（自然科学版），2012，40（8）：1210-1216.

[3] 张翔凌.不同基质对垂直流人工湿地处理效果及堵塞影响[D].武汉：中国科学院研究生院，2007.

作者简介： 刘晨昊，性别：男，出生年月：1995.02，籍贯（四川省成都市）民族：汉，最高学历：研究生在读，目前职称：无，研究方向：市政工程系统优化与节能。

唐勇，性别：男，出生年月：1992.05，籍贯（四川省泸州市），民族：汉，最高学历：本科，目前职称：助理工程师，研究方向：市政工程系统优化与节能。

周鹏飞，性别：男，出生年月：1995.12，籍贯（湖北省武汉市），民族：汉，最高学历：研究生在读，目前职称：无，研究方向：市政工程系统优化与节能。

贾良杰，性别：男，出生年月：1992.12，籍贯（河南省汝州市），民族：汉，最高学历：研究生在读，目前职称：无，研究方向：市政工程系统优化与节能。