人工湿地及其在我国城市污水处理中的应用

崔海燕

（东营市生态环境局河口生态环境监控中心，山东 东营 257000）

对于湿地系统来说，它不仅能够做到存贮水源的同时将CO2锁住，除此之外还能起到清除污染物以及补充地下水的重要作用，对于城市气候的调节以及城市生物物种的多样性来说都是极为有利的。对于湿地来说，人工湿地的获取显然更为简单便捷，特别是人工湿地技术所需要的投资成本极低，往往投入极少成本就能收获质量较高的水质。操作过程也极为简单快捷，能够做到高NH3-N去除率的同时还具有更强的抗冲击性，通过人工湿地技术让城市污水与周边环境生态建设相结合，在处理污水的过程中也不会对城市以及周边的环境生态造成不利的影响。

1.人工湿地的定义与分类

1.1 人工湿地的概念

湿地就是陆地上终年和季节性积水的地区，包括土壤始终湿润的地区，基于这样的基础与在这片地区中存在的生物物种相辅相成，成了特别的生态系统。早在1982年3月12日开始，国际湿地公约就是这样定义湿地的:“不问其天然或人工，长期或间歇性沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动或为淡水、半咸水或咸水提供者，包括低潮时不超过6米的水域”。这样的定义就让湿地包含内容极其广泛，好比海岸带地区的珊瑚滩、滩涂、红树林等等；以及其他地方的入海口和支流等等。另外就是对于稻田、污水处理用地等等人工湿地同样如此。天然的湿地也有净化污水的作用，但是基于不可控的生态系统特质造成控制难的问题，不管是地点、负荷等等环节都很难。

人工湿地，就是基于自然湿地在城市周边建立的人工生态系统，可以通过人工建造、监督以及控制的和沼泽地相似的地面，通过自然生态系统里本就存在的物理、生物以及化学协作共同进行污水的处理。人工湿地本身的生态系统就涵盖非常之多的生物种类，由于都是可控的，所以经过人工设计控制之后的人工湿地对于净化污水这方面来说能力极强。

1.2 人工湿地的分类

对于人工湿地来说，基本上都是以湿地中污水存在的位置不同进行分类，如表面流人工湿地、潜流人工湿地以及垂直流人工湿地。

1.2.1表面流人工湿地

人工湿地中的表面流类型其实就是顾名思义，污水处于人工湿地的表面，就在湿地床上面，水位基本上处于0.1-1.9m左右，对于污染物的治理是采用了植物根系拦截污染物以及植物根系中存在的生物膜降解污染物的方式进行。之后再被水体表面进行扩散、植物独有的光合作用等等，但是上述的传输能力作用都不强。

1.2.2潜流人工湿地

人工湿地中潜流类型指的是处于人工湿地中的污水都是经过系统性的在湿地中部流动，也正是由于这个原因，造成此类的人工湿地往往需要更加注重湿地中的填料，同样也是因为潜流的类型，所以这种类型的湿地往往比表面流人工湿地在卫生方面更胜一筹。

1.2.3垂直流人工湿地

垂直流人工湿地就是将表面流人工湿地和潜流人工湿地的不同特质进行结合，这样一来就得到了垂直流人工湿地，水流由于填料床的缘故以顺流直下的形式成了垂直流，由于床体并不是完全饱和的形态，所以会被空气以及植物吸收进湿地系统之中。

2.人工湿地对污水的处理

通过人工湿地进行污水的处理其实就是通过人工湿地对污水中有机物进行有效清除，因为人工湿地里的微生物具有好氧降解和厌氧降解有机污染物的作用。另外在湿地床体中种植植物也有同样的作用。在污水里会存有不溶性的有机物，这样的情况就需要进行沉淀和过滤之后被微生物截流。植物根系生物膜对废水中的可溶性有机物基本上都可以进行降解。人工湿地通过微生物硝化和反硝化除氮。此外植物的降解与吸收、基质沉淀与吸附、离子交换等诸多环节同样也有起到除氮的作用。只不过植物和基质这两方面的储氮效果还是具有一定局限性，人工湿地只有通过微生物硝化和反硝化进行除氮才能确保自身存在的价值，由此长期发展下去，其他像湿地植被根系微生物等等方面的只是提升除氮效率的辅佐手段。人工湿地除磷的方式有以下几种：1）微生物正常同化以及植物吸收；2）多磷酸盐细菌对磷的过度吸收；3）基质的物理化学作用。以上三种去磷的方法中，最普遍的去磷方式还是通过基质进行磷的吸附，对于吸附的本质来说其实就是基质里含有的Fe、AI和Ca等金属离子的效果。

3.人工湿地污水处理技术的现状

3.1 人工湿地的研究

事实上，人工湿地的研究由来已久。以人工湿地为研究对象，以钢渣、陶瓷滤料、页岩、沸石和烁石为原料，对人工湿地进行了净化研究，并对污水中的磷和有机物进行了比较。上述机理分级以强度为依据，端砾石在所有污染物面前波动较大，容易堵塞；微生物和钢渣能有效吸收有毒金属；页岩的除磷能力随粒径的增大而减小。对于上述材料来说，饱和物质对磷来说相对不稳定，更适合处于水中，而粒径小的话则稳定性不行。通过针对性的研究之后发现，湿地填料最好的选择是钢渣。除此之外，研究人员还有另一发现，相较于钢渣来说，水渣更具吸附性，通俗一点地说就是效果更强。水渣还具备优化不同种类基质的作用，可以将煤灰与煤渣通过适当比例制作成材料用于人工湿地之中，可以有效避免许多麻烦。对于吸附程度来说，不同种类的材料能产生的效果也都不同，对于污水的管制上也是如此，想要得到更好的效果就要基于材料成本与性能两方面进行综合性比较，之后再以科学性的对比加以辅佐，以达到寻找最佳处理方案的目的。

3.2 人工湿地植物研究

最早对于人工湿地中的植物进行研究的是德国学者，过去的德国学者曾经做过此类研究，发现湿地净化效果最大的地方就是根区，由于植物根茎具有源源不断的微生物可以进行降解、吸收、吸附以及排出污垢。对于人工湿地而言，植物只是其中一部分，将人工湿地的吸收能力进行数据化之后发现植物只占据其中的20%，对于人工湿地而言植物在净化水资源方面固然没有很大作用，但是绝对不能缺少，并且植物具备的防阻塞作用也是独一无二的。植物能让人工湿地具有充分的生长空间，但可惜的是到目前为止还没有证据可以证明根区的溶解与植物之间的关系。基于上述种种原因，人工湿地对于植物的选择应当是基于可以更具综合作用与生态效应的基础之上进行。

对于治理污染这个问题，选择不同的植物就会产生不同的效果，就现在已有资料而言，像芦苇和香蒲类植物颇具效果。相关部门还对此展开过针对性的研究，结果发现芦苇和芦竹在人工湿地中会产生不同的效果，经过更细致的研究后发现芦竹与芦苇相比较更适合潜流湿地。由于植物中去磷效果不同的原因，香蒲更适合人工湿地。研究结果表明：风车草、菱白等此类植物种植在潜流人工湿地中效果更好，因为以上植物对于净化污水中磷的效果更强。由于不同植物带来的净化效果也不一样，所以对于除氮效果来说，最好的是美人蕉，去磷则需要菱白，另外植物处于水中的时间越长效果越好。

3.3 人工湿地微生物研究

人工湿地净化的主体是微生物。研究表明，人工湿地植物种群通常以真菌、放线菌和细菌为基础。人工湿地细菌数量最多，其中微生物占90%，亚硝酸盐细菌数量远高于非根际。主要原因是植物沁氧可以推动根际微，结果就是根际区比非根际区高，而且植物的质量是受到季节因素影响的，像磷等污染物处于低温度环境中就很难去除，不像是在高温度环境中那样容易。对于微生物来说，一旦生存环境中温度适当，就会重新复活。就算水温低于3℃，湿地依旧可以继续工作。对此有展开专门的研究，结果表明，如果人工湿地可以保持足够稳定状态的话，其中酶的活跃度就会更高，而酶、磷、氮之间又关系密切。对于酶来说，良好的通风可以提升活跃度。在人工湿地上进行了连续地实验之后发现了五株氨化细菌，这个结果证明了净化废水离不开相关微生物。

4.我国中小城市的污水特点与技术选择

4.1 我国中小城市的污水特点

随着我国城市化进程也逐步的加快，我国部分城市中的水环境往往出现了种种十分严重且复杂的问题，尤其是对于部分环境容量不够、工业十分集中且人口密度很高的小城市中，水环境的问题日益严重，逐渐逼近大中城市的程度。对于中小城市来说，水环境污染的根本原因大多是因为生活污水的排放量过大。小城市虽然人口分散，但是极为庞大的人口基数就会产生海量的生活废水，一旦处理不当就会对中小城市生活环境造成极为恶劣的影响，这在农业生活方式改变之后情况愈演愈烈。对于农村来说，生活污水大多是淘米水、洗菜水、洗澡水以及洗厕所的水。生活废水就是由废水、人畜的粪尿组成，其中氮、磷的含量十分之高，特别是磷尤为高，所以想要处理此类废水不只需要削减有机物，更要注重脱氮除磷。中小城市的污水大多则是来源于生活废水与农产品为主的工农业废水等成分复杂、混乱的污水，如果按比例来计算，生活污水占据其中一半，农业污水占据其中30%。也正是由于大量水质和水量都无法保证的生活污水，让污水中存在高悬浮物、低有机物的情况。

4.2 我国中小城市污水处理技术的选择

我国中小城市中的污水一旦不能及时处理，就会造成未经处理的污水排放进水体，造成水体恶化、污染等不良影响，造成这种现象的原因主要为以下几点：（1）中小城市中的经济发展和基础设施得不到发展，规划和布局不具备合理性，再加上中小城市的财力又不足以进行污水处理的建设；（2）由于传统污水处理所需成本十分之高，就会造成中小城市污水处理厂往往难以正常运转的情况；（3）传统的污水处理工艺的操作、管理还是运行都存在难度较高、难以掌握的特质，这也是中小城市在推进此项目时候的难题；（4）中小城市除生活污水、工业废水和雨水外，还存在农业废水、畜牧废水和采矿废水，如果废水处理工艺单一，处理效果难以达到。

5.人工湿地在运行中存在的问题和解决措施

5.1 堵塞问题及解决措施

人工湿地存在的时间越久，湿地中含有的营养物质就会逐年增加，湿地中含有的微生物含量也会相应地提升，所以就会出现代谢产物、腐烂的植物根系、污水里的悬浮物数量大幅度增多的情况，这样的情况会造成湿地填料的空隙被不断填补。时间一长就会造成湿地堵塞、淤阻等情况，就需要相关人员对湿地进行及时维护、管理。如果不及时进行管理的话就会出现降低污水流速、水复氧降低的情况，轻则只是破坏了湿地基本运行的稳定性，重则会导致湿地失去原本的作用。

解决措施主要有4个方面:1)湿地中的污水应当在进入之前就进行预处理，以免污水对湿地造成过大的破坏，特别是污水中很难降解的物质，还能有效预防湿地堵塞的情况；2)湿地需要选择更合适的湿地植物，以更合适的密度进行种植，方便日后维护、管理和收割；3)湿地应当明确间歇期，选择更科学、合理的间歇式进水方式；4)湿地应当选择合适的填料，通过水质状态进行粒径的选择，一旦出现堵塞情况需要及时更换表层填料。

5.2 管理问题及解决措施

人工湿地技术由于种种原因，工程运行期间难免会出现管理不足的问题，特别是在人工湿地建成之后，后续需要强而有力的维护管理，但是部分地区往往只能做到建立，却难以保持后续的维护管理，这就会造成人工湿地在建立之后往往只能运行一段时间就会因为种种的问题造成污水处理能力下降，甚至会出现不能使用的情况发生，这样的情况就让人工湿地丧失了本应有的价值。这样的人工湿地不只不具备净化环境的能力，甚至本身就是对生态环境的重大破坏，对于建立人工湿地的资源来说也是一种浪费。

人工湿地需要专人进行管理和维护方面的工作，这是为了确保人工湿地的后续“建管并重，建好一处，管好一处，用好一处”的正确思想，才是对人工湿地运行效果最大化的方式。对于人工湿地来说，做好维护和管理需要废水管理、除草、植物收获以及湿地池塘和砾石渠的维护和管理。维护工作需要清理渠道和管理作物。这些需求通常可以由普通农民进行，但专业人士应定期进行检查。

6.结语

人工湿地本身就是跟随时代共同发展的产物，这种新兴的污水处理技术比传统技术的效果更好，而且更注重保护生态环境，将基质、植物、微生物、物理、化学和生物等种种方面的知识相结合，以达到净化污水的效果。这种新型的污水处理技术相比传统技术而言所需成本更低、效果更好、维护管理更简单，现在也已普遍应用于污水的处理，所以人工湿地污水处理技术对我国部分城市极具推广价值。