人工濕地及其在我國城市污水處理中的應用

崔海燕

（東營市生態(tài)環(huán)境局河口生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，山東 東營 257000）

對于濕地系統(tǒng)來說，它不僅能夠做到存貯水源的同時將CO2鎖住，除此之外還能起到清除污染物以及補充地下水的重要作用，對于城市氣候的調節(jié)以及城市生物物種的多樣性來說都是極為有利的。對于濕地來說，人工濕地的獲取顯然更為簡單便捷，特別是人工濕地技術所需要的投資成本極低，往往投入極少成本就能收獲質量較高的水質。操作過程也極為簡單快捷，能夠做到高NH3-N去除率的同時還具有更強的抗沖擊性，通過人工濕地技術讓城市污水與周邊環(huán)境生態(tài)建設相結合，在處理污水的過程中也不會對城市以及周邊的環(huán)境生態(tài)造成不利的影響。

1.人工濕地的定義與分類

1.1 人工濕地的概念

濕地就是陸地上終年和季節(jié)性積水的地區(qū)，包括土壤始終濕潤的地區(qū)，基于這樣的基礎與在這片地區(qū)中存在的生物物種相輔相成，成了特別的生態(tài)系統(tǒng)。早在1982年3月12日開始，國際濕地公約就是這樣定義濕地的:“不問其天然或人工，長期或間歇性沼澤地、濕原、泥炭地或水域地帶，帶有或靜止或流動或為淡水、半咸水或咸水提供者，包括低潮時不超過6米的水域”。這樣的定義就讓濕地包含內容極其廣泛，好比海岸帶地區(qū)的珊瑚灘、灘涂、紅樹林等等；以及其他地方的入?？诤椭Я鞯鹊取Ａ硗饩褪菍τ诘咎?、污水處理用地等等人工濕地同樣如此。天然的濕地也有凈化污水的作用，但是基于不可控的生態(tài)系統(tǒng)特質造成控制難的問題，不管是地點、負荷等等環(huán)節(jié)都很難。

人工濕地，就是基于自然濕地在城市周邊建立的人工生態(tài)系統(tǒng)，可以通過人工建造、監(jiān)督以及控制的和沼澤地相似的地面，通過自然生態(tài)系統(tǒng)里本就存在的物理、生物以及化學協(xié)作共同進行污水的處理。人工濕地本身的生態(tài)系統(tǒng)就涵蓋非常之多的生物種類，由于都是可控的，所以經(jīng)過人工設計控制之后的人工濕地對于凈化污水這方面來說能力極強。

1.2 人工濕地的分類

對于人工濕地來說，基本上都是以濕地中污水存在的位置不同進行分類，如表面流人工濕地、潛流人工濕地以及垂直流人工濕地。

1.2.1表面流人工濕地

人工濕地中的表面流類型其實就是顧名思義，污水處于人工濕地的表面，就在濕地床上面，水位基本上處于0.1-1.9m左右，對于污染物的治理是采用了植物根系攔截污染物以及植物根系中存在的生物膜降解污染物的方式進行。之后再被水體表面進行擴散、植物獨有的光合作用等等，但是上述的傳輸能力作用都不強。

1.2.2潛流人工濕地

人工濕地中潛流類型指的是處于人工濕地中的污水都是經(jīng)過系統(tǒng)性的在濕地中部流動，也正是由于這個原因，造成此類的人工濕地往往需要更加注重濕地中的填料，同樣也是因為潛流的類型，所以這種類型的濕地往往比表面流人工濕地在衛(wèi)生方面更勝一籌。

1.2.3垂直流人工濕地

垂直流人工濕地就是將表面流人工濕地和潛流人工濕地的不同特質進行結合，這樣一來就得到了垂直流人工濕地，水流由于填料床的緣故以順流直下的形式成了垂直流，由于床體并不是完全飽和的形態(tài)，所以會被空氣以及植物吸收進濕地系統(tǒng)之中。

2.人工濕地對污水的處理

通過人工濕地進行污水的處理其實就是通過人工濕地對污水中有機物進行有效清除，因為人工濕地里的微生物具有好氧降解和厭氧降解有機污染物的作用。另外在濕地床體中種植植物也有同樣的作用。在污水里會存有不溶性的有機物，這樣的情況就需要進行沉淀和過濾之后被微生物截流。植物根系生物膜對廢水中的可溶性有機物基本上都可以進行降解。人工濕地通過微生物硝化和反硝化除氮。此外植物的降解與吸收、基質沉淀與吸附、離子交換等諸多環(huán)節(jié)同樣也有起到除氮的作用。只不過植物和基質這兩方面的儲氮效果還是具有一定局限性，人工濕地只有通過微生物硝化和反硝化進行除氮才能確保自身存在的價值，由此長期發(fā)展下去，其他像濕地植被根系微生物等等方面的只是提升除氮效率的輔佐手段。人工濕地除磷的方式有以下幾種：1）微生物正常同化以及植物吸收；2）多磷酸鹽細菌對磷的過度吸收；3）基質的物理化學作用。以上三種去磷的方法中，最普遍的去磷方式還是通過基質進行磷的吸附，對于吸附的本質來說其實就是基質里含有的Fe、AI和Ca等金屬離子的效果。

3.人工濕地污水處理技術的現(xiàn)狀

3.1 人工濕地的研究

事實上，人工濕地的研究由來已久。以人工濕地為研究對象，以鋼渣、陶瓷濾料、頁巖、沸石和爍石為原料，對人工濕地進行了凈化研究，并對污水中的磷和有機物進行了比較。上述機理分級以強度為依據(jù)，端礫石在所有污染物面前波動較大，容易堵塞；微生物和鋼渣能有效吸收有毒金屬；頁巖的除磷能力隨粒徑的增大而減小。對于上述材料來說，飽和物質對磷來說相對不穩(wěn)定，更適合處于水中，而粒徑小的話則穩(wěn)定性不行。通過針對性的研究之后發(fā)現(xiàn)，濕地填料最好的選擇是鋼渣。除此之外，研究人員還有另一發(fā)現(xiàn)，相較于鋼渣來說，水渣更具吸附性，通俗一點地說就是效果更強。水渣還具備優(yōu)化不同種類基質的作用，可以將煤灰與煤渣通過適當比例制作成材料用于人工濕地之中，可以有效避免許多麻煩。對于吸附程度來說，不同種類的材料能產(chǎn)生的效果也都不同，對于污水的管制上也是如此，想要得到更好的效果就要基于材料成本與性能兩方面進行綜合性比較，之后再以科學性的對比加以輔佐，以達到尋找最佳處理方案的目的。

3.2 人工濕地植物研究

最早對于人工濕地中的植物進行研究的是德國學者，過去的德國學者曾經(jīng)做過此類研究，發(fā)現(xiàn)濕地凈化效果最大的地方就是根區(qū)，由于植物根莖具有源源不斷的微生物可以進行降解、吸收、吸附以及排出污垢。對于人工濕地而言，植物只是其中一部分，將人工濕地的吸收能力進行數(shù)據(jù)化之后發(fā)現(xiàn)植物只占據(jù)其中的20%，對于人工濕地而言植物在凈化水資源方面固然沒有很大作用，但是絕對不能缺少，并且植物具備的防阻塞作用也是獨一無二的。植物能讓人工濕地具有充分的生長空間，但可惜的是到目前為止還沒有證據(jù)可以證明根區(qū)的溶解與植物之間的關系?；谏鲜龇N種原因，人工濕地對于植物的選擇應當是基于可以更具綜合作用與生態(tài)效應的基礎之上進行。

對于治理污染這個問題，選擇不同的植物就會產(chǎn)生不同的效果，就現(xiàn)在已有資料而言，像蘆葦和香蒲類植物頗具效果。相關部門還對此展開過針對性的研究，結果發(fā)現(xiàn)蘆葦和蘆竹在人工濕地中會產(chǎn)生不同的效果，經(jīng)過更細致的研究后發(fā)現(xiàn)蘆竹與蘆葦相比較更適合潛流濕地。由于植物中去磷效果不同的原因，香蒲更適合人工濕地。研究結果表明：風車草、菱白等此類植物種植在潛流人工濕地中效果更好，因為以上植物對于凈化污水中磷的效果更強。由于不同植物帶來的凈化效果也不一樣，所以對于除氮效果來說，最好的是美人蕉，去磷則需要菱白，另外植物處于水中的時間越長效果越好。

3.3 人工濕地微生物研究

人工濕地凈化的主體是微生物。研究表明，人工濕地植物種群通常以真菌、放線菌和細菌為基礎。人工濕地細菌數(shù)量最多，其中微生物占90%，亞硝酸鹽細菌數(shù)量遠高于非根際。主要原因是植物沁氧可以推動根際微，結果就是根際區(qū)比非根際區(qū)高，而且植物的質量是受到季節(jié)因素影響的，像磷等污染物處于低溫度環(huán)境中就很難去除，不像是在高溫度環(huán)境中那樣容易。對于微生物來說，一旦生存環(huán)境中溫度適當，就會重新復活。就算水溫低于3℃，濕地依舊可以繼續(xù)工作。對此有展開專門的研究，結果表明，如果人工濕地可以保持足夠穩(wěn)定狀態(tài)的話，其中酶的活躍度就會更高，而酶、磷、氮之間又關系密切。對于酶來說，良好的通風可以提升活躍度。在人工濕地上進行了連續(xù)地實驗之后發(fā)現(xiàn)了五株氨化細菌，這個結果證明了凈化廢水離不開相關微生物。

4.我國中小城市的污水特點與技術選擇

4.1 我國中小城市的污水特點

隨著我國城市化進程也逐步的加快，我國部分城市中的水環(huán)境往往出現(xiàn)了種種十分嚴重且復雜的問題，尤其是對于部分環(huán)境容量不夠、工業(yè)十分集中且人口密度很高的小城市中，水環(huán)境的問題日益嚴重，逐漸逼近大中城市的程度。對于中小城市來說，水環(huán)境污染的根本原因大多是因為生活污水的排放量過大。小城市雖然人口分散，但是極為龐大的人口基數(shù)就會產(chǎn)生海量的生活廢水，一旦處理不當就會對中小城市生活環(huán)境造成極為惡劣的影響，這在農(nóng)業(yè)生活方式改變之后情況愈演愈烈。對于農(nóng)村來說，生活污水大多是淘米水、洗菜水、洗澡水以及洗廁所的水。生活廢水就是由廢水、人畜的糞尿組成，其中氮、磷的含量十分之高，特別是磷尤為高，所以想要處理此類廢水不只需要削減有機物，更要注重脫氮除磷。中小城市的污水大多則是來源于生活廢水與農(nóng)產(chǎn)品為主的工農(nóng)業(yè)廢水等成分復雜、混亂的污水，如果按比例來計算，生活污水占據(jù)其中一半，農(nóng)業(yè)污水占據(jù)其中30%。也正是由于大量水質和水量都無法保證的生活污水，讓污水中存在高懸浮物、低有機物的情況。

4.2 我國中小城市污水處理技術的選擇

我國中小城市中的污水一旦不能及時處理，就會造成未經(jīng)處理的污水排放進水體，造成水體惡化、污染等不良影響，造成這種現(xiàn)象的原因主要為以下幾點：（1）中小城市中的經(jīng)濟發(fā)展和基礎設施得不到發(fā)展，規(guī)劃和布局不具備合理性，再加上中小城市的財力又不足以進行污水處理的建設；（2）由于傳統(tǒng)污水處理所需成本十分之高，就會造成中小城市污水處理廠往往難以正常運轉的情況；（3）傳統(tǒng)的污水處理工藝的操作、管理還是運行都存在難度較高、難以掌握的特質，這也是中小城市在推進此項目時候的難題；（4）中小城市除生活污水、工業(yè)廢水和雨水外，還存在農(nóng)業(yè)廢水、畜牧廢水和采礦廢水，如果廢水處理工藝單一，處理效果難以達到。

5.人工濕地在運行中存在的問題和解決措施

5.1 堵塞問題及解決措施

人工濕地存在的時間越久，濕地中含有的營養(yǎng)物質就會逐年增加，濕地中含有的微生物含量也會相應地提升，所以就會出現(xiàn)代謝產(chǎn)物、腐爛的植物根系、污水里的懸浮物數(shù)量大幅度增多的情況，這樣的情況會造成濕地填料的空隙被不斷填補。時間一長就會造成濕地堵塞、淤阻等情況，就需要相關人員對濕地進行及時維護、管理。如果不及時進行管理的話就會出現(xiàn)降低污水流速、水復氧降低的情況，輕則只是破壞了濕地基本運行的穩(wěn)定性，重則會導致濕地失去原本的作用。

解決措施主要有4個方面:1)濕地中的污水應當在進入之前就進行預處理，以免污水對濕地造成過大的破壞，特別是污水中很難降解的物質，還能有效預防濕地堵塞的情況；2)濕地需要選擇更合適的濕地植物，以更合適的密度進行種植，方便日后維護、管理和收割；3)濕地應當明確間歇期，選擇更科學、合理的間歇式進水方式；4)濕地應當選擇合適的填料，通過水質狀態(tài)進行粒徑的選擇，一旦出現(xiàn)堵塞情況需要及時更換表層填料。

5.2 管理問題及解決措施

人工濕地技術由于種種原因，工程運行期間難免會出現(xiàn)管理不足的問題，特別是在人工濕地建成之后，后續(xù)需要強而有力的維護管理，但是部分地區(qū)往往只能做到建立，卻難以保持后續(xù)的維護管理，這就會造成人工濕地在建立之后往往只能運行一段時間就會因為種種的問題造成污水處理能力下降，甚至會出現(xiàn)不能使用的情況發(fā)生，這樣的情況就讓人工濕地喪失了本應有的價值。這樣的人工濕地不只不具備凈化環(huán)境的能力，甚至本身就是對生態(tài)環(huán)境的重大破壞，對于建立人工濕地的資源來說也是一種浪費。

人工濕地需要專人進行管理和維護方面的工作，這是為了確保人工濕地的后續(xù)“建管并重，建好一處，管好一處，用好一處”的正確思想，才是對人工濕地運行效果最大化的方式。對于人工濕地來說，做好維護和管理需要廢水管理、除草、植物收獲以及濕地池塘和礫石渠的維護和管理。維護工作需要清理渠道和管理作物。這些需求通?？梢杂善胀ㄞr(nóng)民進行，但專業(yè)人士應定期進行檢查。

6.結語

人工濕地本身就是跟隨時代共同發(fā)展的產(chǎn)物，這種新興的污水處理技術比傳統(tǒng)技術的效果更好，而且更注重保護生態(tài)環(huán)境，將基質、植物、微生物、物理、化學和生物等種種方面的知識相結合，以達到凈化污水的效果。這種新型的污水處理技術相比傳統(tǒng)技術而言所需成本更低、效果更好、維護管理更簡單，現(xiàn)在也已普遍應用于污水的處理，所以人工濕地污水處理技術對我國部分城市極具推廣價值。