人工濕地污水處理技術(shù)研究進(jìn)展

楊曉彤 徐景濤

摘 要：人工濕地（CWs）作為一種綠色又環(huán)保的技術(shù)應(yīng)用于廢水處理已經(jīng)有幾十年了。通過從人工濕地類型及其去除各類污染物的機(jī)理進(jìn)行分析和討論，人工濕地作為一種處理污水的有效方式，可以有效減少流入受納水體的污染負(fù)荷，提升受納水體水質(zhì)。

關(guān)鍵詞：人工濕地;污染物去除;濕地凈化

發(fā)展中國家的水環(huán)境問題特別突出，隨著國家的不斷發(fā)展，建成了各種污水處理設(shè)施來應(yīng)對(duì)各類廢水排放量的日益增加[1]。但經(jīng)過處理的水仍不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，排放進(jìn)河流會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化以及藻類的大面積爆發(fā)，對(duì)水體中的魚類等動(dòng)物造成不可避免的傷害。人工濕地以其凈化效率高、投資省、出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。

一、人工濕地處理技術(shù)概論

（一）人工濕地類型

人工濕地根據(jù)徑流方向的區(qū)別，通常將人工濕地分為表面流人工濕地和潛流人工濕地[2]。

1.表面人工濕地

表流人工濕地從濕地的一邊進(jìn)水，污水通過植物根系、微生物、基質(zhì)吸附等的共同作用得到凈化，然后再從另一端排出。表面流人工濕地在北美地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，其最表層含氧量高，水體處于好氧狀態(tài)。位置較深的水體DO較低，大多處在缺氧或厭氧狀態(tài)[3]。但表面流人工濕地由于和自然人工濕地類似，易受氣候條件的影響，冬季溫度低時(shí)去污能力受到限制。

2.潛流人工濕地

潛流人工濕地又可以細(xì)分為水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。潛流濕地中的好氧、缺氧交叉能更好地適應(yīng)濕地中不同類型菌群的生長(zhǎng)和代謝，提高對(duì)污染物的降解能力和處理容量。污水在床體內(nèi)的自由流動(dòng)，很大程度上利用基質(zhì)層上的生物膜，而且還可以利用水生植物的根系對(duì)污染物的去除作用。污水環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定，處理效果所受限制較小，且對(duì)溫度變化沒有表流人工濕地敏感。

所以目前我國潛流人工濕地的研究和實(shí)際應(yīng)用較多。潛流人工濕地結(jié)構(gòu)不同，則其水流方式也不同，進(jìn)而影響濕地脫氮除磷的效果。

（二）人工濕地處理技術(shù)特點(diǎn)

人工濕地是近年來愈來愈受歡迎的一種新型生態(tài)處理單元，廣泛應(yīng)用于污染水體的水質(zhì)凈化與恢復(fù)、雨水處理、生活污水處理、垃圾滲濾液處理、尾水處理等領(lǐng)域[1]，具有污染物去除效果穩(wěn)定、投資費(fèi)用少、運(yùn)行維護(hù)成本低且能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益等突出的優(yōu)點(diǎn)，是去除二級(jí)出水中各類污染物的有效工藝之一，而且減少了排入受納水體的負(fù)荷，提高水環(huán)境質(zhì)量，具有良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益。

二、人工濕地去除污染物的機(jī)理

人工濕地生態(tài)系統(tǒng)凈化污水的原理是利用系統(tǒng)中物化的協(xié)同作用，通過基質(zhì)的過濾吸附等、植物吸收和微生物分解來提高污水的凈化效果。

（一）氮的去除

人工濕地對(duì)N的去除其主要作用的是微生物，污水進(jìn)入濕地，通過氨化、硝化、反硝化等作用完成對(duì)污染物的去除[4]。反硝化作用中進(jìn)入濕地的氧化態(tài)氮越少，系統(tǒng)總氮的去除效果越有效。氨氮的去除受季節(jié)變化的影響。

（二）磷的去除

人工濕地對(duì)P的去除包括基質(zhì)吸附、植物吸收等等。當(dāng)濕地系統(tǒng)對(duì)P的吸附容量達(dá)到飽和時(shí)，P又會(huì)被釋放到水體中，對(duì)基質(zhì)填料要定期更換。通過收割濕地中的植物將水中的無機(jī)磷去除，不及時(shí)收割會(huì)造成植物的腐爛，有報(bào)道證明腐爛的植物會(huì)將P再次釋放到水環(huán)境中，因而要定期收割濕地植物[5]。微生物中例如聚磷菌通過對(duì)P釋放和過量積累，來去除濕地中的磷。

（三）有機(jī)污染物的去除

人工濕地去除有機(jī)物主要途徑是微生物的好氧代謝、植物吸收、沉降和過濾。有機(jī)氯農(nóng)藥OCPs和有機(jī)氯PPCPs是兩類典型的有機(jī)氯污染物。Chen等人[6]和Waltman等人[7]的研究結(jié)果表明，人工濕地可有效去除污水中的TCS，去除率約70%。有機(jī)氯污染物的去除主要依靠基質(zhì)和植物的吸附和吸收作用。由于有機(jī)氯污染物一般對(duì)微生物存在毒性和抑制作用，因此微生物對(duì)有機(jī)氯的去除作用有限。

三、人工濕地凈化

人工濕地大多由基質(zhì)填料、植物和微生物組成。利用三者的物理、化學(xué)生物作用將污水中的污染物去除，提高水質(zhì)質(zhì)量[8]。

（一）基質(zhì)

當(dāng)污水進(jìn)入濕地系統(tǒng)后，基質(zhì)將污染物截留下來，然后通過吸附、沉淀、絡(luò)合等途徑去除水中富含氮磷等物質(zhì)[9]。基質(zhì)還是植物和微生物的生存場(chǎng)所，植物在基質(zhì)中扎根，微生物則可以有穩(wěn)定的附著場(chǎng)所。不同基質(zhì)對(duì)COD、總氮、氨氮、總磷的去除效果不同，我們要根據(jù)具體水質(zhì)選擇基質(zhì)。經(jīng)過改性的基質(zhì)可以將pH從強(qiáng)酸性提升為弱酸性，減少酸性廢水對(duì)環(huán)境的傷害。通過16SrDNA擴(kuò)增子測(cè)序探究硝化及反硝化菌群得知不同孔隙率的基質(zhì)可以改善人工濕地的溶解氧，從而提高氮的去除[10]。

基質(zhì)對(duì)磷的吸附容量較大，定期更換基質(zhì)、按時(shí)收割植物，短期內(nèi)不會(huì)達(dá)到磷的吸附飽和[11]。加強(qiáng)人工濕地基質(zhì)的管理，將更換下的基質(zhì)和收割的植物妥善處理，盡可能減少二次污染。

（二）植物

植物是人工濕地系統(tǒng)的重要組成成分之一[12]。植物能吸收污染物，而且植物根部可給微生物提供生存和附著的場(chǎng)所[13]。人工濕地的主要植物有浮水植物、挺水植物和沉水植物。

魯敏等[14]發(fā)現(xiàn)有植物存在的濕地，HRT為1d時(shí)出水已基本滿足排污要求。濕地配合相應(yīng)的植物可以降低水體中重金屬（鐵、錳、鋁、鈷、鎳、鉻）的濃度，改善水環(huán)境質(zhì)量。

選擇合適的植物將氧氣傳送到根部，可以提高濕地對(duì)植物的凈化效果。在選擇濕地植物時(shí)可以從以下幾個(gè)方面作為參考：根據(jù)所在地區(qū)的環(huán)境條件選擇合適的植物;根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)旺盛;抗病能力強(qiáng);耐污和抗寒能力強(qiáng);收割后還可以帶來經(jīng)濟(jì)價(jià)值[15]。

（三）微生物

人工濕地的脫氮和除磷等主要是由附著在植物和基質(zhì)上的微生物活動(dòng)起作用，濕地中微生物的活動(dòng)使水中有機(jī)物得到降解。

從植物根區(qū)到遠(yuǎn)離植物根的地方，氧氣濃度逐漸降低，靠近根部的區(qū)域好氧微生物活動(dòng)較為強(qiáng)烈，硝化反應(yīng)比較好;離根越遠(yuǎn)從好氧區(qū)到兼性厭氧區(qū)再到厭氧區(qū)，硝化反應(yīng)變?nèi)醴聪趸磻?yīng)增強(qiáng)，最終以氮?dú)庑问结尫诺江h(huán)境中[16]。

四、總結(jié)與展望

人工濕地在我國作為一種成本低、操作簡(jiǎn)便，又可以美化環(huán)境的污水處理新工藝，適用于中小城鎮(zhèn)及農(nóng)村地區(qū)，有著廣闊的應(yīng)用前景。人工濕地的廣泛應(yīng)用是非常有必要的，選擇適合的植物和基質(zhì)可以提高濕地的氮磷去除率，使?jié)竦氐奶幚硇Ч掳牍Ρ?，同時(shí)還能增加觀賞性。減少對(duì)受納水體的污染，使我國的水環(huán)境越變?cè)胶谩?/p>

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作者簡(jiǎn)介：楊曉彤（1996— ），女，漢族，山東聊城人，研究生在讀，研究方向：水處理理論與技術(shù)。

*通訊作者：徐景濤。