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(南開大學物理科學學院XX300071)摘要： 本文主要介紹人工濕地的定義、作用機制、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)分析其實際的應用中的優(yōu)勢和存在的不足，進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：文獻標識碼： A引言隨著我國經(jīng)濟的發(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)、 膜生物反應器技

2、術(shù)等， 但復雜的發(fā)生機制和高昂的治理費用限制了這些方法的應用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 70 年代發(fā)展起來的一種特色凈污技術(shù)，綜合運用生物、 化學、物理原理來實現(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、工藝設備簡單、維護費用

3、低廉、氮氧去除率高、系統(tǒng)配置可塑性強，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)工程設計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， 工程造價較低，但是對水的負荷力

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， 但是由于工程造價高， 其應用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制早在 1953 年，德國的凱撒博士就在研究中證實蘆葦能夠有效清潔水中的有機質(zhì)和無機物，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用。人工濕地由人工基質(zhì)作為填料，和水生植物組成一個生態(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

5、、 生物、物理原理實現(xiàn)對污水的高度凈化。現(xiàn)有研究認為濕地之所以能夠凈化污水，是其中物理、 化學及生物協(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，當污水流經(jīng)人工濕地時， 污水中的懸浮物 (包括不溶性有機物 )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、化學沉淀等化學反應得以去除。德國學者Kickuth R的“根區(qū)法”理論認為，生長在濕地中的挺水植物通過葉吸收和莖干的運輸作用，將空氣中的氧轉(zhuǎn)運到根部，再經(jīng)過植物的根部

6、表面組織擴散。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；回流式可對進水進行一定的稀釋，增加水中的溶解氧并減少臭味；出水回流還可促進濕地床中的硝化和反硝化作用，采用低揚程水泵，

7、 通過水力噴射或跌水等方式進行充氧； 綜合式則一方面設置水體回流，另一方面還將進水分布至濕地床的中部，以減輕濕地床前的負荷。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計與施工時， 人工濕地植物主要應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行必要的分類和篩選。人工濕地植物的篩選，要堅持以下幾個原則：第一，充分尊重植物自身的適應性，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，才能形成一個系統(tǒng)的整體，增強去污能力；第四，對植物進行多用途考慮， 利用不同功能的植物搭配，在強化去污效果的同時，降低植物本身對環(huán)境造成的不利影響?？偟膩碚f， 人工濕地應選擇耐污、凈化、 抗逆能力強的鄉(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)耐污能力強的鯉、鯽等魚種組成水生生物塘，使整個濕地變成一個花草繁茂、魚兒歡躍的系統(tǒng)綠化工程。人工濕地污水處理技術(shù)的應用優(yōu)勢與不足5 1 人工濕地污水處理技術(shù)的應用優(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，其應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下四個方面：（ 1）人工濕地污水處理系統(tǒng)的工程建造成本低廉，設備維護也比較簡單；（ 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参铮@些水生植物對氮、 磷、無機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的去除率可以達到85%以上，對氮的去除率可以達到65%以上，對磷的去除率可以達到90 上，除了這些常見的無機物之外，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全新的城市生態(tài)景觀，在發(fā)揮污水凈化功能的同時，達到了生態(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)雖然具有較多的應用優(yōu)勢，但是由于其特殊的污水處理機制，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，在工程選址時就需要考慮遠離市區(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)，人工干預的X圍有限，隨著時間的推移， 重金屬、懸浮物、有機物等污染物會逐漸積累，導致大量的微生物繁殖，一旦維護不當，就會產(chǎn)生淤積現(xiàn)象， 降低水體的傳導性和處理效果，如果人工濕地處于連續(xù)性的運轉(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、手進行該系統(tǒng)的機理性研究， 應用實例還較少。 在我國首次建成的人工濕地工程是由國家環(huán)保總局在XX主持建成的白泥坑人工濕地工程，其污染物去除率可以達到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踐表明， 人工濕地污水處理技術(shù)作為一項先進的污水處理技術(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，而且符合我國當前階段的國情。據(jù)統(tǒng)計，

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)， 緩解當前的水資源緊缺狀態(tài)。此外，受到經(jīng)濟條件的限制，一些邊遠地區(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、運行費低、維護、操作和管理方便，目前已引起全世界環(huán)境科學家的高度重視，其處理技術(shù)的研究和系統(tǒng)構(gòu)建是當前國際濕地領域的一項研究熱點。 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?shù)膰椋?人工濕地污水處理技術(shù)在未來的污水處理領域必然具有更加廣闊的發(fā)展前景，同時也是一項利國利民的工程。參考文獻1X玉春，許虹淺談人工濕地污水處理技術(shù)及應用J價值工程， 2011，（15）賴翠婷人工濕地污水處理技術(shù)探討J科技創(chuàng)新與應用， 2014，（