人工濕地處理污水技術的研究進展

摘 要 論述人工濕地處理污水技術的優(yōu)勢和機制，進行人工濕地污水處理研究進展，探討人工濕地的污水處理效率與人工濕地的類型、濕地植物種類、基質類型、水力停留時間和水力負荷等密切相關。認為建立人工濕地去除污染物具有良好的應用前景。

關鍵詞 人工濕地 污水處理 研究展望

濕地是由水陸相互作用而形成的具有特殊功能的自然綜合體，是重要的國土資源和自然資源，是生物重要的生存環(huán)境，與人類的生存和發(fā)展息息相關，也是自然界最富有生物多樣性的生態(tài)景觀。濕地是富有生物多樣性和生態(tài)功能的生態(tài)系統(tǒng)，被譽為“自然之腎”、“生物超市”、 “文明的發(fā)源地”和“物種基因庫”中國是世界上濕地資源最豐富的國家之一，其面積僅次于加拿大、美國和俄羅斯。近幾十年來，由于過度耗用水資源、任意排放污染物、盲目開墾濕地以及氣候暖干化、泥沙淤積嚴重、河流天然水量減少等因素使得中國濕地不斷退化、面積急劇減少，為了保護濕地，各地除建立濕地自然保護區(qū)對自然濕地進行保護外，還積極模擬天然濕地，構建和發(fā)展人工濕地，以利用其造福人類。

一、人工濕地的發(fā)展

人工濕地是人工設計與建造的由飽和基質、挺水與沉水植被、動物和水體組成的復合體。80年代以后，人工濕地發(fā)展為由人工建造的、以不同粒徑的礫石等為填料基質，并種植有一定去污能力植物的處理系統(tǒng)，這樣的構建模式使得人工濕地進入了規(guī)模性的應用階段。國外對人工濕地污水處理技術研究開展較早，最早可以追溯到1903年建在英國約克郡Earby的濕地系統(tǒng)，它持續(xù)運行到1992年；1953年，德國Seidel在研究中發(fā)現(xiàn)，蘆葦通過其根區(qū)產(chǎn)生微生物活性的區(qū)域作為生化反應器來轉化、降解有機物，可以去除污染物。

二、人工濕地的構建

人工濕地的一般工藝流程包括預處理、水生植物池和集水排水3大部分，如：原污水→格柵→污水集水池→植物池A→植物池B→集水池→回用或排放水體，其中起主要凈化作用的是水生植物池，因此幾乎所有的研究都是在水生植物池中進行。人工濕地構建者為了使?jié)竦鼐哂懈玫娜ノ坌?，常常根?jù)污染物組分的不同和主要污染物的含量，來構建不同類型的人工濕地，選擇適宜的填充基質、水生植物、水力停留時間和水力負荷度等，來提高不同人工濕地凈化受污染水的效果。

濕地植物種類很多，其生長易受到介質、氣候條件等的影響，植物吸收污染物的能力也隨生長與生理活動的狀態(tài)而變化，因而其污水凈化效果也不一樣。人工濕地選擇的植物必須適應當?shù)氐耐寥篮蜌夂驐l件。因各種濕地植物對不同污染物的去除效果各有差異，所以多種植物組合使用時，將有利于植物之間取長補短，從而提高濕地系統(tǒng)的污水凈化效率。目前人工濕地植物研究的重點已從鳳眼蓮轉移到蘆葦和香蒲上，蘆葦和香蒲在人工濕地中被廣泛使用，濕地植物能有效促進濕地的氮元素轉化過程，顯著縮短無機氮在濕地中的寄宿時間，但濕地植物對重金屬的吸收積累能力主要取決于植物體的生物量。濕地植物能有效提高水體透明度和水體觀感，但并不能明顯提高人工濕地對CODCr和DO的凈化效果。王慶海等在北京以各種水生植物的越冬成活率、總生物量、功能期、磷含量和氮、植株平均氮、磷累積量為指標進行聚類分析表明，供試的8種植物按照凈化能力可明顯分為3類：水生鳶尾的生物量大，氮、磷含量和氮、磷累積量高，對水中氮、磷污染物的去除能力強；菖蒲、香蒲、荻和蘆竹的生物量較大，氮、磷含量和氮、磷累積量較高，對水中氮、磷污染物的去除能力也較強。因此，應該因地制宜，尋找適合本地自然環(huán)境的濕地植物，在人工濕地中加以應用。

根據(jù)污水在濕地床中流動的方式，可將人工濕地分為 3 種類型：垂直流人工濕地、潛流式人工濕地和表面流人工濕地。垂直流人工濕地主要用于處理氨氮含量高的污水，污水從濕地表面縱向流向填料床的底部；其對磷的去除效率差異很大，且體積負荷較小，對介質要求較高，水流容易堵塞，不利于推廣使用，但與表面流、潛流式人工濕地相比，垂直流人工濕地具有較強的去除有機物和氮的能力，且有很高的穩(wěn)定性及抗沖擊負荷能力。復合垂直流人工濕地系統(tǒng)處理效果相當穩(wěn)定，但對總氮去除效果較差。潛流式人工濕地由一個或多個填料床組成，污水從一端水平流過填料床到另一端。與表面流濕地相比，其對BOD5、CODCr、SS和重金屬的去除效果較好，物莖葉的攔截、土壤的吸附過濾和污染物的自然沉降來達到去除污染物的目的。而表面流人工濕地與潛流人工濕地組合，則具有污水處理效果穩(wěn)定、水力負荷大等特點。表面流人工濕地的去污能力高于天然濕地處理系統(tǒng)，但與垂直流、潛流式人工濕地相比，其去污效果相對較差。聶志丹等研究發(fā)現(xiàn)，垂直流人工濕地對氨氮、總氮和總磷的去除效果最好，潛流人工濕地對高錳酸鹽指數(shù)和葉綠素a的去除效果最好。

三、結論

人工濕地系統(tǒng)是一個形成了良好的內部循環(huán)，投資低、處理污水效果明顯，操作簡單、維護和運行費用低廉的半開放、半封閉的生態(tài)系統(tǒng)，它在處理污水的同時還可以種草、養(yǎng)魚，增加收益，節(jié)約資源，具有較好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，具有極其廣闊的應用前景。但中國南北氣候差異較大，要在全國范圍內統(tǒng)一推廣人工濕地污水處理系統(tǒng)困難較大，可以加強人工濕地基礎理論研究或者加大人工濕地的推廣與應用力度。

（作者單位：沈陽建筑大學）