人工湿地污水处理技术初探

陈慧芳 刘嫣潇 吕季峰

摘要：人工湿地是近年一种新兴的污水处理技术。因其具有投资较低、处理效果较好、操作维护简单的优点而越来越受到人们的重视，常被视作代替传统污水处理的有效方法。本文在对人工湿地概念、组成、分类、作用机理的介绍和分析的基础上，对人工湿地的应用前景进行了展望，为其在污水处理中发挥更大的作用提供一定的理论依据。

关键词：人工湿地 去除机理 分类

中图分类号：U664.9+2文献标识码：A 文章编号：

目前污水处理中使用的主要方法是活性污泥法，虽然其技术非常成熟，但是由于存在占地面积大，运行管理费用高，对氮、磷等去除效果一般等缺点，很难完全满足新时代的污水处理的要求。人工湿地是近几十年发展起来的新型污水处理技术，其具有投资较低、处理效果较好、操作维护简单、抗冲击负荷高、系统稳定等优点，在很大程度上填补了现有污水处理技术的不足，必将在以后的污水处理中发挥重要的作用。本文在对人工湿地作用机理及分类的分析介绍的基础上，对人工湿地的应用前景进行了展望，为其更好的服务于污水处理提供一定的理论依据。

一、人工湿地的概念及其组成

湿地对水分、气候有很大的调节作用，加之其超强的生态净化功能而常常被称为“地球之肾”。而人工湿地是通过人为模仿自然湿地的组成、环境等建造以期达到与自然湿地相同的效果。人工湿地的准确定义是：经人工筑造而成的水池或者沟槽，在其底面铺设一层防渗漏隔水层，并充填一定深度的基质形成基质层，然后种植一定比例的水生植物，通过基质、植物和微生物的物理、化学及生物的协同作用达到污水处理的目的。

人工湿地系统的组成主要包括三个子系统，即预处理子系统、配水子系统和湿地处理子系统。预处理子系统的主要组成是沉淀池等，其作用是将污水中大颗粒物进行去除，从而减轻后续处理部分的负荷。配水子系统的主要组成是进水和排水管网。人工湿地处理子系统是整个系统的核心部分，其主要作用是对污水中的各种污染物进行去除。在人工湿地处理子系统中，基质是其核心的组成部分，整个系统很大一部分的物化、生物反应都在其中进行。

二、人工湿地的分类

人工湿地污水处理系统由于污水流态和设计的不同，可以分为3种，分别是表面流人工湿地、潜流人工湿地和垂直流人工湿地。

1、表面流人工湿地

表面流人工湿地是这几种湿地类型中与自然湿地最接近的一种湿地。污水通常以很低的流速在湿地的基质表面进行漫流，水深一般较浅。它对污染物的去除主要靠水面下的植物茎秆表面形成的生物膜来实现。其对悬浮物、总氮和有机物有较好的去除效果，对磷的去除效果较差。此种类型的人工湿地具有构造相对简单，投资相对较少、操作管理简单方便、运行管理费用较低的优点；但同时也存在占地面积较大、水力负荷低、对污染物去除能力有限、填料和植物根系作用未能充分发挥、系统运行受季节和气候的影响、夏季蚊蝇滋生、卫生条件差等缺点。

2、潜流人工湿地

潜流人工湿地是目前污水处理中使用比较多的一种人工湿地。由于其基质材料常采用矿石和粗砂，所以基质层存在很多的孔隙，污水可以在这些孔隙中流动，极大了发挥了填料、植物根系和其表面生物膜的去污作用，其对污水的处理效果明显强于表面流人工湿地。其对SS 、NH4+-N、COD和BOD5的去除效果较好，对总氮和磷素的去除效果较差。此种类型的人工湿地的保温效果较好，系统运行受气候和季节的影响较小、卫生条件较好。但是投资费用较高，运行管理比较复杂。

3、垂直流人工湿地

垂直流人工湿地兼具表面流人工湿地和潜流人工湿地的特点，其水流在填料床中的进行竖向流动，使污水在填料中的停留时间较其他类型湿地长，且其一般采取间歇运行，使污水中的污染性物质与基质和植物的根系及形成的生物膜有充分的接触时间，对污染物的去除效果较好。该类型湿地对NH4+-N的去除效果最好，对有机物、悬浮物的去除效果一般。垂直流人工湿地的去除能力虽然较其他湿地有所提高，但是其投资造价较高、管理控制复杂、卫生条件较差、对配水系统有较高的要求等缺点使其推广受到限制，目前使用的不多。

三、人工湿地的作用机理

人工湿地是一种组合复杂的新型高效的污水处理方法，其对污水的净化总体上来说是通过湿地中基质、植物及其形成的生物膜的物理、化学、生物作用来协同完成的。而其对各具体污染物的去除机理略有不同。

1、对有机物的去除机理

人工湿地对有机物具有较好的去除效果。其去除机理为：人工湿地系统成熟后，填料表面和植物根系处微生物会大量繁殖，进而形成生物膜。当污水流经人工湿地时， SS会被填料和植物根系截留，不溶性的有机物截留后被微生物消耗利用而被去除。而可溶性有机物的去除则主要依靠基质、植物根系之间的生物膜及其上的生物的物理、化学、生物作用来实现。相关研究表明： 在进水水质为低浓度污水的条件下，人工湿地对COD的去除率较高，可以达 80%以上。

2、对氮的去除机理

污水中的氮主要以有机氮和无机氮两种形式存在。而人工湿地对氮的去除主要是通过氨氮的挥发、湿地基质吸附、湿地中微生物的硝化和反硝化作用、湿地的植物吸收来实现的。其具体的去除机理是：对于有机氮来说，由于人工湿地中存在连续的缺氧、好氧和厌氧区域，即形成了一个天然的A2/0处理单元，可以使有机氮先发生氨化作用，进而在好氧和厌氧区发生硝化和反硝化，使氮素最终以氮气的形式被去除；对于无机氮来说，它是植物生长的必须元素，在人工湿地中被植物吸收利用合成自身物质，最终通过收割人工湿地植物达到去除的目的。相关研究表明：人工湿地对总氮的去除率较高，可以达 60%以上。

3、对磷的去除机理

人工湿地对磷素的去除主要是通过人工湿地基质的吸附和其内生长的植物的吸收作用来共同完成，其中起主要作用的是基质的吸附。因此在进行人工湿地设计时，对填料填料的选择极为重要，应尽量选择吸附量大，价格合适的填料。相关的研究表明：人工湿地对磷素的去除效果很好，对TP的去除率甚至可以达到90%以上。

4、对重金属的去除

人工湿地对重金属的去除主要是通过物理和化学沉淀、过滤、基质吸附、微生物的富集和植物的吸收来协同完成的。其中起主要作用的是微生物的富集、植物的吸收、基质的吸附的作用。虽然人工湿地对重金属有一定的去除效果，但是在实际应用中往往被视为其不重要的功能。

四、人工湿地污水处理技术展望

随着我国经济的快速发展，水污染成为制约工业和经济发展的一个重要因素，人们越来越意识到水处理的重要性。人工湿地与传统污水处理工艺相比具有投资费用低，抗冲击负荷大，运行管理简单且费用低等优点，十分适合城郊或者农村地区的进行污水处理，其发展前景一片大好。但是在运用该工艺进行污水处理时，仍有很多问题需要在以后的工作进行研究改进。如需要就湿地基质对磷素吸附后磷素转化形态及释放特征进行更加深入的研究；对影响处理效果的因素进行深入分析；培养选择对人工湿地处理效果最适合的植物等。

五、结论

人工湿地是现在和今后污水处理的一个热点技术，我们需要对其相关内容进行深入分析和研究，解决其不完善的地方，使其更好的用于污水处理。

参考文献

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