人工湿地水质净化实践应用研究

路丁

（科盛环保科技股份有限公司 江苏南京 210022）

1 研究概况

改革开放以来，随着经济的快速发展，水污染问题日益严重。我国是一个水资源紧缺的国家，对污水排放标准提出了更加严格的要求，除水质达标外，亦对其尾水的生态化提出了新的要求。目前，我国大部分城市污水处理厂采用的是一、二级处理工艺，这些工艺已经不能满足城市污水处理的需要，加之对氮磷的处理效果并不理想，因此发展人工湿地污水处理技术是十分必要的。采用人工湿地系统深度处理城市污水厂二级出水，还可进一步实现污水回用，保证污水处理效率［1］。人工湿地是借鉴天然湿地的原理，以此为基础发展而形成的生态工程技术，具有低成本、低能耗、运维简便等特点，更重要的是，其具有自然生态属性，更容易得到人们的认可。截至2010年年底，我国约有150 个人工湿地污水处理系统投入运行［2］。目前人工湿地在我国的使用范围十分广泛，包括城镇生活污水、农村生活污水、工业废水、城市和农业径流及受污染地表水。近年来，更多的地方政府倾向于在污水处理厂尾水排向自然水体之前，加入人工湿地，使尾水经过人工湿地水质净化后，再排向自然水体。相关研究表明，人工湿地对污水处理厂尾水污染物具有较高的去除率［3］。

2 人工湿地工程布局

随着人们对环境要求的提高以及城市用地的日益紧张，为提高人工湿地处理效果，单一种类的人工湿地处理效能已经不能满足社会的需要，因此，复合型人工湿地技术应运而生。复合型人工湿地通过结合不同类型湿地的特点，极大提高了处理效率，对氮磷等也表现出较高的去除率［4］。

越来越多的工程实践不再满足于单一类型的人工湿地的构建，而是倾向于多种湿地类型的组合应用。总结下来，基本为调节池（调蓄池）、潜流湿地、塘式湿地、生态渠等形式的有机组合。常见工艺流程为：调节池+潜流湿地+生态塘；或者，调蓄池+潜流湿地+生态渠等。其中，调节池可起到水解酸化的作用，原因在于某些污水有机物可生化性较低，必须采取预处理手段；调蓄池起到沉降颗粒物、均化水质水量的作用；潜流湿地为核心水质净化单元，水力负荷高、净化效果好；生态塘、生态渠起到生态保育、展示等作用。

3 水质净化原理

3.1 有机物去除机理

（1）有机物非降解去除机理。湿地对有机物的非降解去除机理主要包括挥发和蒸腾作用、植物的吸收作用及吸附和沉淀作用。挥发和蒸腾作用：污染物除了可以直接从水中挥发至大气中外，某些水生植物可以通过挥发作用，由根部吸收污染物并通过蒸腾作用将污染物转移到大气中［5-6］；植物的吸收作用：水生植物是人工湿地重要的组成部分，其在生长、繁殖过程中需要大量营养物质，包括有机物、氮、磷等，因此对有机物有较强的去除能力；吸附和沉淀主要是湿地填料起到的作用。

（2）有机物降解去除机理。湿地对有机物的降解去除主要包括植物降解与微生物降解。植物降解主要是指植物的代谢式降解，亦指植物酶或者辅酶因子对有机污染物的降解。多种植物都存在对有机物的代谢转化过程，比如人工湿地常用的芦苇、香蒲等，而植物根据自身生长的需要，对不同类型有机物的降解能力有所不同。

微生物是人工湿地去除有机物的主要贡献者。人工湿地中的有机物，尤其是溶解性的有机污染物，是微生物生长、繁殖的主要碳源，不论是合成代谢或者是分解代谢，都需要有机物的参与。微生物分解代谢产物可直接排入外部环境，合成代谢产物作为细胞组织进入细胞。细胞的合成和分解代谢都有酶的参与，尤其是土壤酶能促进有机质的分解，一方面可以通过测定微生物数量及活性，另一方面可以将酶活性作为人工湿地净化效果的评价标准［7］。

3.2 氮去除机理

湿地对氮的去除机理主要包括硝化作用、反硝化作用、植物摄取、挥发作用及厌氧氨氧化。硝化作用：氨氮在微生物作用下被氧化为亚硝态氮并进一步被氧化为硝态氮的过程，硝化反应的第一阶段为亚硝化过程，即氨氮被氧化为亚硝态氮的阶段；第二个阶段为硝化过程，即亚硝态氮被氧化为硝态氮的阶段；反硝化作用：是指反硝化细菌将硝酸盐中的氮通过一系列中间产物还原为氮气分子的生物化学过程；植物摄取：植物在生长过程中直接摄取污水中的氨氮；挥发作用：人工湿地系统中部分氨氮可以通过挥发的方式从系统中逸出，其挥发量受气候、水力条件、水质及植物生长状态影响；厌氧氨氧化：是在厌氧条件下由厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐为电子受体，氨氮为电子供体，直接将氨氮氧化为氮气的生物反应过程［8-9］。

3.3 磷的去除机理

污水中磷一半可以分为正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷酸盐3 种，主要以溶解态和颗粒态2 种形式存在。污水进入人工湿地系统后，经过物理、化学与生物等综合作用，磷会发生多种形式的循环与转化，并最终被去除。湿地对磷的去除机理主要包括沉积作用、吸附和络合沉淀作用及生物作用。沉积作用：是指污水中可溶性磷酸盐通过物理作用导致磷存储于湿地内部的过程；吸附和络合沉淀作用：该作用是人工湿地的主要除磷机理，在除磷作用中起主要作用；生物作用：包括微生物及植物的正常同化作用以及聚磷菌的过量摄磷作用，不过其在人工湿地除磷作用中占比较小。

4 工程实践问题总结

（1）适宜性问题。人工湿地并不是万能的，以人工湿地作为污水净化单位，尤其适宜性问题，应当从水动力条件、用地条件、周边环境、经济性分析等多方面综合考虑。然而，在近几年的工程实践中，频繁发生为建湿地而建湿地的情况，从而导致了很多问题的出现，比如：因用地面积不足导致水质无法稳定达标；水动力条件不好导致运维成本增大；地质条件差导致地基处理费用高等。

（2）工艺与景观协调问题。人工湿地在污水水质净化方面的应用，其根本目的在于水质提升、水质达标，但相关方领导往往提出绿化、景观等方面的进一步要求，从而导致成本向此方向转移，甚至出现影响水质净化的情况，导致人工湿地构建完成后“徒有其表”。

（3）填料堵塞问题。填料堵塞是人工湿地应用过程中始终无法彻底解决的难题。在人工湿地构建初期，此问题并不明显，往往是在运行3 年之后，堵塞问题尤为突出，甚至出现污水从湿地表面“淌过”，并未经过人工湿地处理。

（4）冬季水质稳定问题。人工湿地属于污水自然处理系统，不可避免受到外在环境因素的影响，尤其受到温度的影响。冬季与夏季，人工湿地处理能力差异非常大，而我国对于污水的排放标准是固定的，因此，人工湿地冬季出水水质稳定达标是一项必须解决的难题。

（5）规范性不完善问题。目前我国在人工湿地方面规范完善程度不足，现行规范给出的设计参数较为宽泛，加上我国幅员辽阔，南方与北方、东部与西部自然环境差异较大，而人工湿地对自然环境和条件依赖性很大，因此，难以在全国范围内进行统一的规范。

5 建议

当前，我国人工湿地工程项目日益增多，各地建设如火如荼。因此，对人工湿地工程技术与应用急需开展进一步的深入研究，对此，提出以下一些建议以供参考。

（1）我国自“七五”开始研究人工湿地技术，至今已有30余年经验积累，在人工湿地分类、原理等方面已日渐完善。但是相关研究鲜有结合具体的水质污染特征以及当地的气候环境，在今后的工作中，此部分应当有所考虑。

（2）人工湿地填料是其水质净化的核心，但是目前对于更换后填料的妥善处置仍没有公认的1 套方法。因此，有必要在现有方法的基础之上，探索出1 套操作性、科学性、实用性更好的方法。

（3）目前对人工湿地的建设，各地均非常欢迎，但是对于建设完成后的运维，各地在思想上往往轻视、投入往往过低。应当改变“重建设、轻运维”的错误思维，建立“三分建、七分养”的正确观念。

（4）人工湿地植物系统的运营维护，目前基本依靠各养护单位的经验进行，尚无得到广泛认可的作业规范或规程可供业内参考，在今后的工作中，应当逐步加强此方面的工作。