淺談人工濕地污水處理技術(shù)及其發(fā)展

文/侯碩碩 中核新能核工業(yè)工程有限責(zé)任公司 山西太原 030012

作為一個相對較為完備的生態(tài)系統(tǒng)，自然濕地具備許多生態(tài)功能，主要由沼澤、凍土和水域等地形地貌組成。自然濕地不僅能夠調(diào)節(jié)氣候還能在降解污染物的同時起到維持生態(tài)平衡的作用。相較于自然濕地而言，人工濕地的占地面積和濕地坡度較為固定，技術(shù)人員通過在人工濕地中添加一部分土壤、砂和礫石等物質(zhì)來種植生長期長、外觀美觀、經(jīng)濟價值高的植物，并依據(jù)土壤、填料、植物和微生物的具體反應(yīng)構(gòu)建完善的污水處理系統(tǒng)，達到凈化污染水質(zhì)。與傳統(tǒng)的活性污泥法、氧化溝法、間歇式活性污泥法和吸附生物降解法相比，人工濕地處理系統(tǒng)具有脫氮除磷率高、建設(shè)運行成本低、無能耗、管理簡單、運行成本低等優(yōu)點。維護、低二氧化碳排放，具有廢水資源利用、觀賞價值高和提供給野生動物合適的棲息地等生態(tài)效益。在濕地日常管理和維護中，必須保持濕地床層生物填料間隙暢通，及時管理濕地植物，保證濕地系統(tǒng)的正常運行。

1、人工濕地污水處理機制

早在上世紀中葉，德國學(xué)者就通過實驗驗證過蘆葦清除水中有機物和無機物的有效性，并根據(jù)實驗結(jié)果提出了一種全新的植物過濾系統(tǒng)。此后，業(yè)內(nèi)專家發(fā)明了“根區(qū)法”污水處理技術(shù)，在一定程度上象征著人工濕地污水處理技術(shù)的初步建成。人工濕地由人工基質(zhì)作為填料和水生植物作為生態(tài)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)借助底物、水生植物和微生物之間發(fā)生的相互作用，依據(jù)過濾、沉淀、吸附、離子交換、底物微生物分解等化學(xué)及物理反應(yīng)，進而實現(xiàn)對廢水的高效凈化。

根據(jù)本項目接受的污水類型，人工濕地系統(tǒng)的污水處理工藝基本可以劃分為預(yù)處理、人工濕地和后處理三步。值得一提的是，預(yù)處理應(yīng)該在分析污水水質(zhì)、預(yù)定出水水質(zhì)和人工濕地類型后再具體確定。當(dāng)前國內(nèi)人工濕地的污水預(yù)處理工藝最常用的是格柵法、調(diào)節(jié)沉淀法和初沉法。人工濕地單元主要囊括集配水裝置、基質(zhì)、防滲層、水生生物和通風(fēng)裝置等主要組成部分，后處理技術(shù)主要是放置在人工濕地單元后，目的是使污水排放達標的處理過程。

2、人工濕地污水處理系統(tǒng)分類

從工程設(shè)計原則的角度出發(fā)，進一步分析水流差異可得，人工濕地污水處理系統(tǒng)主要有以下三種：水平潛流濕地系統(tǒng)、表面流濕地系統(tǒng)和垂直流濕地系統(tǒng)。其中，水平潛流濕地系統(tǒng)具有良好的保水性，能夠消除一些重金屬和有機物，且不太容易受到自然環(huán)境因素的影響。表面流濕地系統(tǒng)并不要求使用人工基質(zhì)作為填料，相對而言其成本較低，但對水的負荷也比較低，其凈化能力實屬有限。垂直流濕地系統(tǒng)很好地融合了這兩種系統(tǒng)的優(yōu)點，但由于成本高，其應(yīng)用范圍有限，尚未得到廣泛應(yīng)用。

3、人工濕地污水處理技術(shù)存在的缺陷

考慮到人工濕地污水處理系統(tǒng)的特殊性，該系統(tǒng)會比較容易受到氣候條件的影響。除此之外，因為污水處理系統(tǒng)的整體凈化性能會隨著污水在濕地水體中的運動時長增加而增加，需要足夠的填充空間來防止污水沉積，其面積比一般污水處理廠大2-3倍。因此，本項目選址時應(yīng)考慮遠離城區(qū)的郊區(qū)。人工濕地污水處理系統(tǒng)的凈化過程需要依靠自身已有的水系統(tǒng)，然而人工干預(yù)的凈化范圍實屬有限。隨著時間的推移，諸如重金屬、懸浮固體和其他污染物會逐漸累積，致使大量微生物繁衍。如果不能做到及時的維護，人工濕地就會出現(xiàn)淤積的情況，這在一定程度上會降低水的導(dǎo)電性和處理性。在實際的系統(tǒng)運行過程中，人工濕地固有水體中的基質(zhì)會逐漸趨于飽和狀態(tài)，從而會喪失一部分原有的自身凈化能力。因此，有必要定期對基質(zhì)進行處理。

4、人工濕地污水處理技術(shù)分析

人工濕地污水處理系統(tǒng)一般會選用已有農(nóng)田、荒地、部分廢水池、洼地和沼澤地的灌溉渠道實施建設(shè)，該系統(tǒng)的主要組成部分有人工基質(zhì)和常見沼氣植物。人工濕地污水處理系統(tǒng)是一個相對較為奇特的生態(tài)系統(tǒng)，它會借助系統(tǒng)內(nèi)各種生物和土壤的共同融合，從多個層次過濾和消除水體污染物，從而實現(xiàn)預(yù)期的凈水目的。該系統(tǒng)的工藝設(shè)備相對較為簡單，設(shè)備管理十分方便，設(shè)備的能耗也相對較低，施工成本和運行成本不高，且能承受較大的沖擊負荷，凈化水質(zhì)相對其他生態(tài)系統(tǒng)比較穩(wěn)定。值得一提的是，人工濕地的缺點是占地面積較大，要想使系統(tǒng)正常運行起來，首先要解決土壤和水體供氧充足的問題，還要顧及到溫度和植物生長季節(jié)的影響。

水生植物可以在吸收一些營養(yǎng)物質(zhì)的同時將植物上部的氧氣有效輸送到根部，進而在根區(qū)或根際構(gòu)建理想的有氧環(huán)境，目的在于促進有機物分解和硝化細菌生長，最終實現(xiàn)對氮和磷的有效去除。學(xué)者以往的研究表明，不同水生植物的凈化能力是有差異的。需要注意的是，在自然環(huán)境有所差異的地區(qū)其種植的植物夜有區(qū)別，要求技術(shù)人員在種植植物前仔細調(diào)研當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境。

這些部分植物為人工濕地的建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。眾所周知，綠色植物的觀賞價值較高，為了在一定程度上提高濕地的人工造景效果，且在植物成熟后也能夠有效收獲植物，進而獲取部分經(jīng)濟效益。與此同時，綠色植物能夠憑借自身的光合作用在水中產(chǎn)生足量的氧氣，并且在處理池中形成一定的溶解氧濃度梯度。綠色植物還能吸收和利用水中的部分營養(yǎng)物質(zhì)，其植物根系對重金屬等有毒物質(zhì)有著吸收作用，尤其是沉水植物根系。因此，植物不僅可以提高凈水效率，而且可以顯著延長濕地系統(tǒng)的壽命。

結(jié)論：

近年來，人工濕地污水處理系統(tǒng)逐漸走進大眾視野，相較于傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)，該系統(tǒng)在工程造價、凈化能力和運行成本等方面具有更大的優(yōu)勢，但比較容易受到氣候條件和占地面積的限制?？偠灾浞纸Y(jié)合我國目前的基本國情，人工濕地污水處理技術(shù)在不久的將來會迎來黃金發(fā)展時期，所處的污水處理領(lǐng)域也將有更廣闊的發(fā)展前景。