人工濕地-新型污水處理技術(shù)

1、人工濕地新型污水處理技術(shù)道格拉斯(南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院XX300071)摘要： 本文主要介紹人工濕地的定義、作用機(jī)制、工藝流程等內(nèi)容，再結(jié)合國際社會的發(fā)展現(xiàn)狀總結(jié)分析其實(shí)際的應(yīng)用中的優(yōu)勢和存在的不足，進(jìn)而提出人工濕地污水處理技術(shù)在我國的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：人工濕地；污水處理中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A引言隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的不斷增加， 工業(yè)污水、 生活污水、 農(nóng)業(yè)污水的排放量逐年增加。由于大部分污水未經(jīng)處理直接排入水體， 各種污染物的數(shù)量超過水體環(huán)境的自凈容量而引起水環(huán)境的日益惡化。目前世界上污水治理一般采取電滲析技術(shù)、離子交換樹脂技術(shù)、生物吸附技術(shù)、 功能高分子吸附技術(shù)、 膜生物反應(yīng)器技

2、術(shù)等， 但復(fù)雜的發(fā)生機(jī)制和高昂的治理費(fèi)用限制了這些方法的應(yīng)用X圍。探索高效、低耗、低成本、易管理、可持續(xù)的污水處理技術(shù)是世界各國環(huán)境治理的一個(gè)重要方向，對于我國這樣的發(fā)展中國家則有更加重大的意義。本文就人工濕地的定義及分類、優(yōu)勢與不足、作用機(jī)制、工藝流程等方面的問題加以綜述。1 人工濕地的定義及分類1 1人工濕地的定義人工濕地是在模擬自然濕地的基礎(chǔ)上建立起來的人工生態(tài)系統(tǒng)，由人類自行建造和監(jiān)管控制。人工濕地污水處理技術(shù)是在20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來的一種特色凈污技術(shù)，綜合運(yùn)用生物、 化學(xué)、物理原理來實(shí)現(xiàn)對污水的處理和凈化，與傳統(tǒng)的二級生化處理工藝相比，不僅凈污效果好、工藝設(shè)備簡單、維護(hù)費(fèi)用

3、低廉、氮氧去除率高、系統(tǒng)配置可塑性強(qiáng)，而且凈化之后的水源具有一定的生物安全性，因此， 社會效益和生態(tài)效益顯著。隨著近年來人工濕地污水處理技術(shù)在我國的應(yīng)用研究，促成了許多城市都開始建造本地區(qū)的人工濕地工程，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，其發(fā)展前景也更加廣闊。1 2 人工濕地污水處理系統(tǒng)的基本類型根據(jù)工程設(shè)計(jì)原理和水體流動差異， 可以將人工濕地污水處理系統(tǒng)分為水平潛流濕地系統(tǒng)、表面流濕地系統(tǒng)、垂直流濕地系統(tǒng)三種類型。其中，水平潛流濕地系統(tǒng)的保濕性良好，對一些重金屬和有機(jī)物能夠起到良好的去除效果， 而且不易受自然環(huán)境的影響。 表面流濕地系統(tǒng)不需要人工基質(zhì)作為填料， 工程造價(jià)較低，但是對水的負(fù)荷力

4、較低，凈污能力有限。垂直流濕地系統(tǒng)很好地綜合了兩者的優(yōu)勢， 但是由于工程造價(jià)高， 其應(yīng)用X圍受到限制， 并沒有在大X圍內(nèi)得到推廣使用。人工濕地污水作用機(jī)制早在 1953 年，德國的凱撒博士就在研究中證實(shí)蘆葦能夠有效清潔水中的有機(jī)質(zhì)和無機(jī)物，并由此開發(fā)出了植物過濾系統(tǒng)。 1977 年“根區(qū)法”理論的提出，標(biāo)志著人工濕地污水處理技術(shù)的初步萌芽形成， 在此后的幾十年里， 人工濕地污水處理技術(shù)得到不斷的完善和發(fā)展，并在西方國家得到廣泛的應(yīng)用。人工濕地由人工基質(zhì)作為填料，和水生植物組成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)中基質(zhì)、 水生植物、微生物之間的相互作用，借助基質(zhì)的過濾、沉淀、吸附、離子交換、微生物分解等化學(xué)

5、、 生物、物理原理實(shí)現(xiàn)對污水的高度凈化。現(xiàn)有研究認(rèn)為濕地之所以能夠凈化污水，是其中物理、 化學(xué)及生物協(xié)調(diào)作用和影響的結(jié)果。成熟的人工濕地， 其填料表面吸附了許多微生物形成的大量生物膜， 植物根系廣布于池中，當(dāng)污水流經(jīng)人工濕地時(shí)， 污水中的懸浮物 (包括不溶性有機(jī)物 )被填充料及植物根系阻擋截留而沉淀在基質(zhì)中，通過微生物的同化吸收和異化分解得以去除； 污水中的許多污染物還可以通過植物根系和微生物分泌的一些物質(zhì)發(fā)生離子交換、離子吸附、化學(xué)沉淀等化學(xué)反應(yīng)得以去除。德國學(xué)者Kickuth R的“根區(qū)法”理論認(rèn)為，生長在濕地中的挺水植物通過葉吸收和莖干的運(yùn)輸作用，將空氣中的氧轉(zhuǎn)運(yùn)到根部，再經(jīng)過植物的根部

6、表面組織擴(kuò)散。這樣， 使根系周圍的微環(huán)境依次呈現(xiàn)好氧、缺氧及厭氧狀態(tài)，十分利于硝化、 反硝化作用及微生物對磷的過量積累作用從廢水中得以去除，最后通過濕地基質(zhì)的定期更換或收割使污染物質(zhì)最終從系統(tǒng)中去除。人工濕地中物質(zhì)的傳遞與轉(zhuǎn)化主要因含氧情況不同而有所差別，圖1 可以清楚地表現(xiàn)這一過程3 工藝流程人工濕地的工藝流程有多種，目前常用的有：推流式、階梯進(jìn)水式、回流式和綜合式4種（如圖所示）推流式是最基本的形式。階梯進(jìn)水式可避免濕地床前部堵塞，使植物長勢均勻，有利于后部的硝化脫氮作用；回流式可對進(jìn)水進(jìn)行一定的稀釋，增加水中的溶解氧并減少臭味；出水回流還可促進(jìn)濕地床中的硝化和反硝化作用，采用低揚(yáng)程水泵，

7、 通過水力噴射或跌水等方式進(jìn)行充氧； 綜合式則一方面設(shè)置水體回流，另一方面還將進(jìn)水分布至濕地床的中部，以減輕濕地床前的負(fù)荷。人工濕地的植物選擇4 1 人工濕地植物的種類在人工濕地的設(shè)計(jì)與施工時(shí)， 人工濕地植物主要應(yīng)用的類型可以分為水生類型、 濕生類型和陸生類型。具體分類如下：水生類型：1 ）挺水植物；2 ）浮水植物；3 ）浮葉植物；4 ）沉水植物。濕生類型：1 ）濕生草本植物；2 ）濕生木本植物。陸生類型：1 ）陸生草本植物；2 ）陸生木本植物。4 2 人工濕地植物篩選原則人工濕地污水處理的效果，與生態(tài)系統(tǒng)功能有著密切的關(guān)系，尤其是生態(tài)系統(tǒng)中的生物特性以及生物群落之間的相互作用。不同的植物群落

8、本身的根系厚度、釋放的氧氣量各不相同，所以在污水處理過程中發(fā)揮的作用也不盡相同，所以需要對人工濕地植物的進(jìn)行必要的分類和篩選。人工濕地植物的篩選，要堅(jiān)持以下幾個(gè)原則：第一，充分尊重植物自身的適應(yīng)性，考慮植物的凈化能力和生長周期，才能發(fā)揮植物的作用；第二， 植物的選擇要與周圍的景觀和植物相互協(xié)調(diào)一致，能夠形成統(tǒng)一的整體；第三，每種植物的作用與功能各不相同，所以要合理搭配各種不同功能的植物，才能形成一個(gè)系統(tǒng)的整體，增強(qiáng)去污能力；第四，對植物進(jìn)行多用途考慮， 利用不同功能的植物搭配，在強(qiáng)化去污效果的同時(shí)，降低植物本身對環(huán)境造成的不利影響?？偟膩碚f， 人工濕地應(yīng)選擇耐污、凈化、 抗逆能力強(qiáng)的鄉(xiāng)土植物作

9、為人工濕地的種植植物。如美國人工濕地常用的植物有蘆葦、香蒲、燈心草、水蔥、竹等；XX市白泥坑人工濕地栽種了蘆葦、茳芏、燈心草、蒲草等。有些人工濕地中還兼養(yǎng)耐污能力強(qiáng)的鯉、鯽等魚種組成水生生物塘，使整個(gè)濕地變成一個(gè)花草繁茂、魚兒歡躍的系統(tǒng)綠化工程。人工濕地污水處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢與不足5 1 人工濕地污水處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢人工濕地污水處理技術(shù)與傳統(tǒng)的二級生化處理工藝相比，其應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：（ 1）人工濕地污水處理系統(tǒng)的工程建造成本低廉，設(shè)備維護(hù)也比較簡單；（ 2）人工濕地污水處理系統(tǒng)主要由人工基質(zhì)和水生植物組成，人工基質(zhì)的選擇空間較大，土壤、細(xì)沙、石灰石、礫石等都可以作為填料，填料

10、組成不同，基質(zhì)的凈污能力也不同，因此，可以根據(jù)污染物的種類和性質(zhì)選擇合適的填料組合，有針對性地處理污水。此外， 水生植物種類也比較多，燈芯草、茭白、浮萍、鳳眼蓮、 蘆葦?shù)榷际浅Ｒ姷耐λ参?，這些水生植物對氮、 磷、無機(jī)物等污染物的凈化能力存在差異，因此可以通過水生植物的合理選取提高污水凈化能力；（3）在進(jìn)水濃度較低的情況下， 人工濕地污水處理系統(tǒng)對COD的去除率可以達(dá)到85%以上，對氮的去除率可以達(dá)到65%以上，對磷的去除率可以達(dá)到90 上，除了這些常見的無機(jī)物之外，對其他農(nóng)藥類、重金屬等的去除率也保持在90%以上，因此，人工濕地污水處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)污水處理工藝相比，去污能力更高；（ 4）傳統(tǒng)污

11、水處理廠只具有單一的污水處理功能，不具備生態(tài)功能，但是人工濕地污水處理系統(tǒng)卻由于其獨(dú)特的組成部分而與自然濕地類似，對周圍環(huán)境可以起到較強(qiáng)的影響作用，大規(guī)模人工濕地的建成， 不僅增加了地球的綠地面積，還能為人們提供一個(gè)全新的城市生態(tài)景觀，在發(fā)揮污水凈化功能的同時(shí)，達(dá)到了生態(tài)效益和社會效益的雙重收益。5 2 人工濕地污水處理技術(shù)的不足人工濕地污水處理技術(shù)雖然具有較多的應(yīng)用優(yōu)勢，但是由于其特殊的污水處理機(jī)制，容易受到氣候條件的影響， 例如冬季寒冷天氣不適宜美人蕉等熱帶水生植物的正常生長，其污水處理能力也受到一定的限制。此外，由于人工濕地污水處理系統(tǒng)的凈污效果與污水在水體中的流動時(shí)間呈正比， 因此需要

12、足夠的填料空間才能防止污水的淤積，其占地面積也比一般的污水處理廠大 2 3 倍，因此，在工程選址時(shí)就需要考慮遠(yuǎn)離市區(qū)的郊區(qū)。人工濕地污水處理系統(tǒng)的去污過程需要依靠自身的水體系統(tǒng)，人工干預(yù)的X圍有限，隨著時(shí)間的推移， 重金屬、懸浮物、有機(jī)物等污染物會逐漸積累，導(dǎo)致大量的微生物繁殖，一旦維護(hù)不當(dāng)，就會產(chǎn)生淤積現(xiàn)象， 降低水體的傳導(dǎo)性和處理效果，如果人工濕地處于連續(xù)性的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，水體內(nèi)的基質(zhì)就會逐漸飽和，失去原有的去污能力，因此，需要定期對基質(zhì)進(jìn)行去淤處理。人工濕地污水處理技術(shù)的發(fā)展61 我國在人工濕地污水處理技術(shù)方面的發(fā)展現(xiàn)狀人工濕地污水處理技術(shù)在我國的研究起步比較晚，直至“七五” 期間才開始著

13、手進(jìn)行該系統(tǒng)的機(jī)理性研究， 應(yīng)用實(shí)例還較少。 在我國首次建成的人工濕地工程是由國家環(huán)?？偩衷赬X主持建成的白泥坑人工濕地工程，其污染物去除率可以達(dá)到90%，隨后，XX、XX、XX等地也積極開展研究規(guī)劃工作，并先后建成了規(guī)模不一的人工濕地工程，并取得良好的凈污效果。62 人工濕地污水處理技術(shù)的發(fā)展前景長期的研究實(shí)踐表明， 人工濕地污水處理技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)的污水處理技術(shù)，各國對該技術(shù)的研究深度還將不斷深入， 它具有傳統(tǒng)技術(shù)所不具備的綜合效益，因此， 人工濕地污水處理技術(shù)的發(fā)展空間非常廣闊。人工濕地污水處理技術(shù)在我國經(jīng)過20 多年的發(fā)展，不僅取得了較高的綜合效益，而且符合我國當(dāng)前階段的國情。據(jù)統(tǒng)計(jì)，

14、我國僅有4%的生活污水和 25%的工業(yè)廢水能夠經(jīng)過凈化循環(huán)利用，其余的全部被直接排放，不僅浪費(fèi)了大量的淡水資源，而且也使大X圍的城市用水受到了污染，淡水資源日益緊缺的社會形勢迫切需要一種有效的污水處理技術(shù)， 緩解當(dāng)前的水資源緊缺狀態(tài)。此外，受到經(jīng)濟(jì)條件的限制，一些邊遠(yuǎn)地區(qū)由于資金缺乏還沒有建立污水處理廠，因此，大力發(fā)展人工濕地污水處理技術(shù)對于在全國X圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)水資源回收具有重大的意義。7 結(jié) 語人工濕地由于其工藝較為簡單、投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)低、維護(hù)、操作和管理方便，目前已引起全世界環(huán)境科學(xué)家的高度重視，其處理技術(shù)的研究和系統(tǒng)構(gòu)建是當(dāng)前國際濕地領(lǐng)域的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。 但就目前來看， 這種污水處理方法容易受到氣候條件、 占地面積等的限制?？傮w看來， 結(jié)合我國當(dāng)?shù)膰椋?人工濕地污水處理技術(shù)在未來的污水處理領(lǐng)域必然具有更加廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也是一項(xiàng)利國利民的工程。參考文獻(xiàn)1X玉春，許虹淺談人工濕地污水處理技術(shù)及應(yīng)用J價(jià)值工程， 2011，（15）賴翠婷人工濕地污水處理技術(shù)探討J科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2014，（