人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)的探討

周 格，劉 壯，黎明舉，謝雨東

（海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430000）

近年來，我國社會經(jīng)濟(jì)獲得了快速發(fā)展，但同時工業(yè)廢水、生活污水問題也較為嚴(yán)重，水環(huán)境問題已然成為制約國家經(jīng)濟(jì)良好發(fā)展的一大因素。針對這一情況，相關(guān)部門先后建設(shè)了各種類型的污水處理設(shè)施，很大程度上緩和了水環(huán)境問題，但依然存在著一些亟需解決的問題。比如經(jīng)過處理的水質(zhì)有很多無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，肆意排放至河流湖泊時會導(dǎo)致水體和水生動植物受到嚴(yán)重性的危害，對生態(tài)環(huán)境保護(hù)十分不利，進(jìn)一步做好水質(zhì)凈化工作顯得尤為關(guān)鍵和急迫。就人工濕地的優(yōu)勢來說，其可以利用生態(tài)系統(tǒng)中的物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生理念及功能協(xié)調(diào)原則來打造綜合性的生態(tài)系統(tǒng)，通過發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛能可以最大限度避免環(huán)境污染問題的發(fā)生[1]。在污水處理方面，人工濕地可以利用物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及生物性質(zhì)的協(xié)同作用來完成污水處理，對去除污水中的顆粒物和增強水體活性有著十分關(guān)鍵的作用?；谌斯竦赜兄鴥艋矢?、凈化成本低及出水水質(zhì)高的諸多優(yōu)勢，已然成為水質(zhì)凈化常用的關(guān)鍵性技術(shù)。本文重點分析探討人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)，現(xiàn)作如下的論述。

1 人工濕地的類型與特點

人工濕地的類型有兩種，即地表流人工濕地、潛流式人工合成濕地。以潛流式人工合成濕地為例，這種人工濕地通常由兩級濕地串聯(lián)，處理單元并聯(lián)組成。在應(yīng)用優(yōu)勢方面，這種人工濕地所獨有的結(jié)構(gòu)與流態(tài)可以高效完成諸多污染物的去除工作，其去除石油類、TN（水中各種形態(tài)無機(jī)和有機(jī)氮的總量）、TP（水樣經(jīng)消解后將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)變成正磷酸鹽后測定的結(jié)果）的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他處理方式。目前來看，潛流式人工合成濕地所常用的技術(shù)主要有植物培植與搭配系統(tǒng)、內(nèi)部構(gòu)造系統(tǒng)、防堵塞技術(shù)、布水與集水系統(tǒng)，應(yīng)用范圍較為廣泛[2]。潛流式人工合成濕地可以分為垂直流潛流式人工濕地和水平流潛流式人工濕地。比如水平流潛流式人工濕地在處理污水時，污水可以由進(jìn)水口的一端沿著水平方向流動，依次經(jīng)過砂石、介質(zhì)、植物根系，最后流出出水口的一端，實現(xiàn)水質(zhì)凈化目的[1]。這一人工濕地處理技術(shù)當(dāng)前在小流域水質(zhì)凈化中有著十分廣泛的應(yīng)用，在水質(zhì)治理和保護(hù)中有著十分顯著的優(yōu)勢。

人工濕地的特點集中體現(xiàn)在以下四點：①人工濕地整體建造費用和運行費用相對便宜，運行也較為平穩(wěn)；②實際維護(hù)工作較為簡單，技術(shù)含量低，不需要太過專業(yè)的技術(shù)；③污水處理效果良好，非常適用于中小城鎮(zhèn)；④社會效益與經(jīng)濟(jì)效益均較為顯著，尤其是可以為水產(chǎn)、畜產(chǎn)、娛樂、綠化提供間接性的效益。不過人工濕地也存在一定的局限性，比如其占地面積較大，易于受到病蟲害的影響，且往往一個人工濕地系統(tǒng)需要花費幾年時間才可以正式投入運行，如何全面掌握人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)的詳細(xì)資料尤為關(guān)鍵，目前在這一方面還有很大的提升空間。

2 人工濕地去除污染物的機(jī)理

人工濕地通過各類物質(zhì)的物理、化學(xué)及生物性質(zhì)去除污染物質(zhì)，通過基質(zhì)的過濾吸附作用和微生物分解作用完成污水凈化。所去除的污染物主要包括三類，即氮（N）、磷（P）及有機(jī)污染物。

人工濕地主要是依托微生物處理技術(shù)進(jìn)行N處理。當(dāng)污水進(jìn)入人工濕地后，在硝化、氨化及反硝化等反應(yīng)作用下，污染物質(zhì)被有效去除。尤其是當(dāng)反硝化作用過程中所形成的氧化態(tài)氮越少時，整個人工濕地系統(tǒng)的總氮量處理效果會更佳。不過實際在處理氨氮時往往會受到季節(jié)變化影響，去除效果較不穩(wěn)定。

人工濕地通過植物吸收和基質(zhì)吸附進(jìn)行P處理。當(dāng)人工濕地處理P時的吸附容量處于飽和狀態(tài)時，P會被釋放至水體中，因而在實際處理P時要定期對基質(zhì)填料做更換處理。

在有機(jī)污染物去除方面，目前最為主要的途徑便是微生物的好氧代謝、植物的吸收、沉降與過濾，常用的兩種氯污染物是有機(jī)氯PPCPs和有機(jī)氯農(nóng)藥OCPs。長期的實踐研究發(fā)現(xiàn)，人工濕地凈化處理污水中TDS（溶解性總固體）的效果十分顯著，通常情況下去除率可以達(dá)到70%以上。對于有機(jī)氯污染物來說，其主要依賴于基質(zhì)和植物的吸附作用，因為有機(jī)氯污染物對微生物有一定的不良作用，比如毒性和抑制作用，因而實際凈化處理的效果有限，無法達(dá)到最佳的去除效果。

3 人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)

人工濕地系統(tǒng)主要有三部分組成，即微生物、基質(zhì)填料及植物，實際處理時需要對三者的化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)及生物性質(zhì)加以考量，借助這三種作用有效去除污水中所含有的污染物質(zhì)，最大限度提升水質(zhì)。

3.1 基質(zhì)填料處理技術(shù)

污水在進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)的過程中，基質(zhì)可以有效將所含有的污染物質(zhì)截留下來，而后再通過多種作用方式來去除水中所殘余的N、P物質(zhì)，所包含的作用主要是吸附、沉淀和絡(luò)合。另外，基質(zhì)還是微生物與植物生存的場所，植物可以在基質(zhì)中扎根生長，而微生物可以借助基質(zhì)來獲得穩(wěn)定的附著場所?？紤]到不同基質(zhì)在處理總N、總P及COD（化學(xué)需氧量）中的作用有所不同，因而在實際處理時要嚴(yán)格根據(jù)水質(zhì)特點來選擇基質(zhì)[2]。

就當(dāng)前階段基質(zhì)的使用情況來說，經(jīng)過改良處理后的基質(zhì)在實際使用過程中有更為良好的效果，可有效將pH值由強酸性提升至弱酸性，可很大程度上減少酸性廢水對生態(tài)環(huán)境的影響。更為有利的一點是，通過應(yīng)用16SrDNA擴(kuò)增子測序可明確硝化與反硝化菌群特點，以此來選擇不同孔隙率的基質(zhì)，這對于提升人工濕地溶解氧有重要的作用，N的去除能力也可以大大提升[3]。不過需要注意的一點是，往往基質(zhì)對P有很大的吸附容量，需要定期更換基質(zhì)和按時收割植物，以此確保短期內(nèi)不會達(dá)到P的吸附飽和狀態(tài)。為有效減少二次污染，還需要對所更換下來的基質(zhì)與收割植物做無害化處理，落實人工濕地系統(tǒng)的保護(hù)管理工作。

3.2 植物的處理技術(shù)

植物可以有效吸附污水中的污染物質(zhì)，且植物的根部可以向微生物提供生存和附著的場所，發(fā)揮著重要的作用。就人工濕地系統(tǒng)的植物種類來說，其主要包括三種，即挺水植物、浮水植物和沉水植物。長期的實踐研究發(fā)現(xiàn)，人工濕地通過搭配相應(yīng)的植物，可以大大降低水體中重金屬的濃度，尤其是在降低鐵、鉻、鎳、錳、鋁、鈷這幾類重金屬濃度中有良好的效果，對改善水體質(zhì)量有著十分關(guān)鍵的意義[4]。

除此之外，合適的植物可以將氧氣輸送至根部，可很好的提升人工濕地對植物的凈化效果。但考慮到各類植物對人工濕地水質(zhì)凈化能力有所不同，因而要做好植物的選擇工作?？偟膩碚f，在選擇人工濕地植物時需要考慮以下四點因素：①植物的選擇要做到因地制宜，嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件來選擇植物；②盡量選擇根系發(fā)達(dá)，有良好抗病能力的植物；③所選擇的植物要有良好的抗寒能力和耐污優(yōu)勢；④植物在收割之后依然可以產(chǎn)生較為良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 微生物處理技術(shù)

微生物活動在人工濕地水質(zhì)凈化中發(fā)揮著重要的作用。脫氮與除磷均是借助附著于植物和基質(zhì)上的微生物來完成反應(yīng)過程，且微生物活動可以降解水中有機(jī)物。在實際處理過程中，微生物可以將污水中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為CO2和H2O等無害產(chǎn)物，且厭氧微生物可以產(chǎn)生CO2和CH4等代謝產(chǎn)物，同時硝化細(xì)菌的硝化作用與反硝化細(xì)菌的還原作用也有著良好的應(yīng)用效果。在經(jīng)過一系列的微生物代謝反應(yīng)后，污水中的有機(jī)污染物質(zhì)可以被有效降解，并且融入微生物細(xì)胞，所剩余的一部分有機(jī)產(chǎn)物則回歸到生態(tài)系統(tǒng)中。人工濕地系統(tǒng)中的其他生物也可以參與水質(zhì)凈化，比如昆蟲和鳥類可以吸收有機(jī)顆粒，對消除污水中的顆粒物質(zhì)有良好的效果，最終實現(xiàn)污水凈化的目的[5]。

3.4 高效垂直流人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)

高效垂直流人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)是當(dāng)前階段一種應(yīng)用較為廣泛的污水處理技術(shù)，其克服了以往化學(xué)方法凈化污水易造成二次污染的弊端，運行費用較低，可以實現(xiàn)最佳的污水處理效果。應(yīng)用這一技術(shù)處理污水時的一般工藝流程主機(jī)要包括三大部分，即預(yù)處理階段、水生植物池、集水排水。當(dāng)污水通過系統(tǒng)后即可以對污染物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)加以吸收轉(zhuǎn)換，在分解作用下實現(xiàn)水質(zhì)凈化目的。具體的工藝流程為：原污水→格柵→污水集水池→植物池（可分為A、B）→污水集水池→回收利用。

4 結(jié)論

人工濕地系統(tǒng)在水質(zhì)凈化處理中發(fā)揮著十分重要的作用，且應(yīng)用范圍十分廣泛，值得推廣應(yīng)用。考慮到人工濕地系統(tǒng)在水質(zhì)凈化處理中的功能依然有很大的提升空間，因而后續(xù)要進(jìn)一步加大研究力度，掌握更多的專業(yè)知識，以此提升人工濕地系統(tǒng)在水質(zhì)凈化中的實用性和適用性。