人工湿地水质净化技术的探讨

周 格，刘 壮，黎明举，谢雨东

（海军工程大学，湖北 武汉 430000）

近年来，我国社会经济获得了快速发展，但同时工业废水、生活污水问题也较为严重，水环境问题已然成为制约国家经济良好发展的一大因素。针对这一情况，相关部门先后建设了各种类型的污水处理设施，很大程度上缓和了水环境问题，但依然存在着一些亟需解决的问题。比如经过处理的水质有很多无法满足排放标准，肆意排放至河流湖泊时会导致水体和水生动植物受到严重性的危害，对生态环境保护十分不利，进一步做好水质净化工作显得尤为关键和急迫。就人工湿地的优势来说，其可以利用生态系统中的物种共生、物质循环再生理念及功能协调原则来打造综合性的生态系统，通过发挥资源的生产潜能可以最大限度避免环境污染问题的发生[1]。在污水处理方面，人工湿地可以利用物理性质、化学性质及生物性质的协同作用来完成污水处理，对去除污水中的颗粒物和增强水体活性有着十分关键的作用。基于人工湿地有着净化效率高、净化成本低及出水水质高的诸多优势，已然成为水质净化常用的关键性技术。本文重点分析探讨人工湿地水质净化技术，现作如下的论述。

1 人工湿地的类型与特点

人工湿地的类型有两种，即地表流人工湿地、潜流式人工合成湿地。以潜流式人工合成湿地为例，这种人工湿地通常由两级湿地串联，处理单元并联组成。在应用优势方面，这种人工湿地所独有的结构与流态可以高效完成诸多污染物的去除工作，其去除石油类、TN（水中各种形态无机和有机氮的总量）、TP（水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果）的能力远远优于其他处理方式。目前来看，潜流式人工合成湿地所常用的技术主要有植物培植与搭配系统、内部构造系统、防堵塞技术、布水与集水系统，应用范围较为广泛[2]。潜流式人工合成湿地可以分为垂直流潜流式人工湿地和水平流潜流式人工湿地。比如水平流潜流式人工湿地在处理污水时，污水可以由进水口的一端沿着水平方向流动，依次经过砂石、介质、植物根系，最后流出出水口的一端，实现水质净化目的[1]。这一人工湿地处理技术当前在小流域水质净化中有着十分广泛的应用，在水质治理和保护中有着十分显著的优势。

人工湿地的特点集中体现在以下四点：①人工湿地整体建造费用和运行费用相对便宜，运行也较为平稳；②实际维护工作较为简单，技术含量低，不需要太过专业的技术；③污水处理效果良好，非常适用于中小城镇；④社会效益与经济效益均较为显著，尤其是可以为水产、畜产、娱乐、绿化提供间接性的效益。不过人工湿地也存在一定的局限性，比如其占地面积较大，易于受到病虫害的影响，且往往一个人工湿地系统需要花费几年时间才可以正式投入运行，如何全面掌握人工湿地水质净化技术的详细资料尤为关键，目前在这一方面还有很大的提升空间。

2 人工湿地去除污染物的机理

人工湿地通过各类物质的物理、化学及生物性质去除污染物质，通过基质的过滤吸附作用和微生物分解作用完成污水净化。所去除的污染物主要包括三类，即氮（N）、磷（P）及有机污染物。

人工湿地主要是依托微生物处理技术进行N处理。当污水进入人工湿地后，在硝化、氨化及反硝化等反应作用下，污染物质被有效去除。尤其是当反硝化作用过程中所形成的氧化态氮越少时，整个人工湿地系统的总氮量处理效果会更佳。不过实际在处理氨氮时往往会受到季节变化影响，去除效果较不稳定。

人工湿地通过植物吸收和基质吸附进行P处理。当人工湿地处理P时的吸附容量处于饱和状态时，P会被释放至水体中，因而在实际处理P时要定期对基质填料做更换处理。

在有机污染物去除方面，目前最为主要的途径便是微生物的好氧代谢、植物的吸收、沉降与过滤，常用的两种氯污染物是有机氯PPCPs和有机氯农药OCPs。长期的实践研究发现，人工湿地净化处理污水中TDS（溶解性总固体）的效果十分显著，通常情况下去除率可以达到70%以上。对于有机氯污染物来说，其主要依赖于基质和植物的吸附作用，因为有机氯污染物对微生物有一定的不良作用，比如毒性和抑制作用，因而实际净化处理的效果有限，无法达到最佳的去除效果。

3 人工湿地水质净化技术

人工湿地系统主要有三部分组成，即微生物、基质填料及植物，实际处理时需要对三者的化学性质、物理性质及生物性质加以考量，借助这三种作用有效去除污水中所含有的污染物质，最大限度提升水质。

3.1 基质填料处理技术

污水在进入人工湿地系统的过程中，基质可以有效将所含有的污染物质截留下来，而后再通过多种作用方式来去除水中所残余的N、P物质，所包含的作用主要是吸附、沉淀和络合。另外，基质还是微生物与植物生存的场所，植物可以在基质中扎根生长，而微生物可以借助基质来获得稳定的附着场所。考虑到不同基质在处理总N、总P及COD（化学需氧量）中的作用有所不同，因而在实际处理时要严格根据水质特点来选择基质[2]。

就当前阶段基质的使用情况来说，经过改良处理后的基质在实际使用过程中有更为良好的效果，可有效将pH值由强酸性提升至弱酸性，可很大程度上减少酸性废水对生态环境的影响。更为有利的一点是，通过应用16SrDNA扩增子测序可明确硝化与反硝化菌群特点，以此来选择不同孔隙率的基质，这对于提升人工湿地溶解氧有重要的作用，N的去除能力也可以大大提升[3]。不过需要注意的一点是，往往基质对P有很大的吸附容量，需要定期更换基质和按时收割植物，以此确保短期内不会达到P的吸附饱和状态。为有效减少二次污染，还需要对所更换下来的基质与收割植物做无害化处理，落实人工湿地系统的保护管理工作。

3.2 植物的处理技术

植物可以有效吸附污水中的污染物质，且植物的根部可以向微生物提供生存和附着的场所，发挥着重要的作用。就人工湿地系统的植物种类来说，其主要包括三种，即挺水植物、浮水植物和沉水植物。长期的实践研究发现，人工湿地通过搭配相应的植物，可以大大降低水体中重金属的浓度，尤其是在降低铁、铬、镍、锰、铝、钴这几类重金属浓度中有良好的效果，对改善水体质量有着十分关键的意义[4]。

除此之外，合适的植物可以将氧气输送至根部，可很好的提升人工湿地对植物的净化效果。但考虑到各类植物对人工湿地水质净化能力有所不同，因而要做好植物的选择工作。总的来说，在选择人工湿地植物时需要考虑以下四点因素：①植物的选择要做到因地制宜，严格按照当地的环境条件来选择植物；②尽量选择根系发达，有良好抗病能力的植物；③所选择的植物要有良好的抗寒能力和耐污优势；④植物在收割之后依然可以产生较为良好的经济效益。

3.3 微生物处理技术

微生物活动在人工湿地水质净化中发挥着重要的作用。脱氮与除磷均是借助附着于植物和基质上的微生物来完成反应过程，且微生物活动可以降解水中有机物。在实际处理过程中，微生物可以将污水中的有机物质转换为CO2和H2O等无害产物，且厌氧微生物可以产生CO2和CH4等代谢产物，同时硝化细菌的硝化作用与反硝化细菌的还原作用也有着良好的应用效果。在经过一系列的微生物代谢反应后，污水中的有机污染物质可以被有效降解，并且融入微生物细胞，所剩余的一部分有机产物则回归到生态系统中。人工湿地系统中的其他生物也可以参与水质净化，比如昆虫和鸟类可以吸收有机颗粒，对消除污水中的颗粒物质有良好的效果，最终实现污水净化的目的[5]。

3.4 高效垂直流人工湿地水质净化技术

高效垂直流人工湿地水质净化技术是当前阶段一种应用较为广泛的污水处理技术，其克服了以往化学方法净化污水易造成二次污染的弊端，运行费用较低，可以实现最佳的污水处理效果。应用这一技术处理污水时的一般工艺流程主机要包括三大部分，即预处理阶段、水生植物池、集水排水。当污水通过系统后即可以对污染物质和营养物质加以吸收转换，在分解作用下实现水质净化目的。具体的工艺流程为：原污水→格栅→污水集水池→植物池（可分为A、B）→污水集水池→回收利用。

4 结论

人工湿地系统在水质净化处理中发挥着十分重要的作用，且应用范围十分广泛，值得推广应用。考虑到人工湿地系统在水质净化处理中的功能依然有很大的提升空间，因而后续要进一步加大研究力度，掌握更多的专业知识，以此提升人工湿地系统在水质净化中的实用性和适用性。