人工湿地污水处理技术的应用

2014-04-03

环境与生活 2014年12期

人工湿地系统即把已经受到污染的水引流到人工打造的湿地上，在上面栽种特殊的植物，构建成特殊的非自然生态系统。它是用植物的根系结合外围的土壤中的分解者来处理受到污染的水。

引言

随着社会经济的不断发展，人口的不断增加，对水资源的需求越来也大，但随之而来的水污染现象也越来越严重。针对各种水污染现象，人工湿地污水处理技术应运而生。基于自然生态的原理，节约能源，污水处理再利用的理念，提高水资源利用率。下面将对人工湿地污水处理技术做下较为详细的概述。

人工湿地污水处理技术的现状、发展及特点

人工湿地系统即把已经受到污染的水引流到人工打造的湿地上，在上面栽种特殊的植物，构建成特殊的非自然生态系统。它是用植物的根系结合外围的土壤中的分解者来处理受到污染的水。当污水到达湿地的时候，会有很多体积较大的污染物质被植物的根系拦住，污水中的有机物质氮和磷则被植物当做营养物质吸收，在体内经过一系列化学反应最终去除。我国对人工湿地的应用比较晚，很多的工作集中在小的研究上，在一些研究基地，建立了处理生活污水和化工污水的人工湿地系统。

最初的应用是在19世纪80年代在北京建立的表面人工湿地，不久，又建立11个实验基地专项研究芦苇湿地系统对废水的净化能力，并对水温，停留时间，季节等因素进行观测。20末建立的成都活水公园很好地展现了净水理念，将环境效益与自然结合在一起，实现废水资源再利用，把自然净水系统做得很好，令很多人惊叹。1996年胶南市把某处废弃的荒地进行整顿，建立了芦苇湿地系统，该系统建立以后，不但净化了生活污水和工业废水，绿化也得到充分改善，极大改善了周边的生态环境。对于较为特殊的废水，人工湿地系统也有相应的解决办法，使得水质合格。

人工湿地污水处理系统采用了物理方法、化学方法及生物方法。运用基质的吸附和吸收作用，微生物的降解作用，植物的吸收及光合作用，形成了天然的污水净化系统，充分利用自然资源，减少化学试剂的应用，成本较低，易于维护，技术含量低，设备简单，效果明显。可以直接或间接提供经济效益，比如造纸原料、娱乐、教育等等。但是它也有不足的地方：占地空间大，易受环境中的一些因素影响，水生植物的抗寒性差，易受虫害影响。

人工湿地净化污水的原理

基质的作用

基质是人工制造的填料，它是用沙、石、土等以按照不同的排列及不同的厚度铺成的，植物可以在上面生长，土壤中的分解者可以依附在上面。它不但是废水净化的重要物质，还是微生物生长的重要场所，又为水中生长的动植物提供营养物质。当废水中的有机物质到达人工湿地时，基质会发生一系列物理变化和化学变化，将废水中的有机元素氮和磷吸收。基质的选材不同，其净化的结果也不同。

植物的作用

植物在人工湿地系统中起着很大的作用。有的植物长在水体表面，有的长在水下。在对废水的处理中，当废水流经植物时，其中的营养物质被植物吸收利用，其中有毒害的物质被植物直接吸附，达到有害物质的有效去除，当人们二次利用时安全无害。水中生长着很多微生物，其中有一些是好氧微生物，需要氧气才能生长繁殖，这时，植物的光合作用就为这些微生物输送了氧气。在人工湿地中，植物的选择是有要求的，一般会选择易活，叶脉茂盛，根系发达，并且具有一定抵御外界恶性环境的能力。

微生物的作用

微生物在人工湿地中占有极其重要的地位。微生物的数目可以直接反映出人工湿地的处理废水的能力。微生物将污水中的有机元素作为自己的养料，最终将废水中的有机物去除。人工湿地中的微生物数目是一定的，当废水排放量增加时，会导致某类别的微生物数量增多，但会在一段时间后恢复平稳。在植物的不同部位，其含有的微生物种类和数目也不同，在植物的根茎，数目较多的是好氧型微生物；在植物的根系，除了好氧型微生物还有兼性厌氧型微生物；而在距离根系较远的地方，厌氧型微生物最多。微生物不光吸收污水中的有机物质，还对有毒物质降解和对重金属进行分解，以去除污水中的有机物质和重金属。

污水中污染物质的去除

有机物的去除

人工湿地对有机物质的分解能力很强，废水中的漂浮杂质如塑料袋、塑料瓶等有机物质流经湿地时会沉淀，再经过湿地的过滤，就可以被拦截，进而被湿地中的微生物分解，达到消除的目的。溶于废水中的有机物则经过植物根系膜的吸收或代谢过程除掉。

氮的去除

对于废水中的氮元素，可以有多种去除方法，基质对氮有一定的吸附作用，这会去除一部分氮；植物的生长离不开氮元素，植物利用氮元素生长，会消耗一定量的氮；另外，微生物的化学反应也会用掉一部分氮。植物经过化学反应将氮元素转化为氮的化合物后，经过人工采割，最终将废水中的氮去除。还有一些氮元素在高温下以气体化合物的形式挥发出去。但是植物对氮的吸收利用以及氮的化合物气体挥发都只是利用了少量的氮元素，更多的氮元素是通过微生物的化学反应被利用去除。

磷的去除

微生物的同化作用以及植物的化学反应会消耗掉一部分磷；水中的聚磷菌对磷有一定的摄取；基质对磷的吸收等，会去除废水中的部分磷。对磷的吸收作用最强的是基质的吸收作用，吸收效果与基质中铁，铝和钙等离子浓度有关。对磷吸收最少的是植物的吸收。

重金属的去除

污水中的重金属对人体有极大的危害，所以，对于重金属的去除应十分重视。去除重金属主要通过湿地系统中植物的吸收，胶体的吸附及悬浮粒子的沉淀。总之，重金属的去除需要基质，植物以及微生物的共同协作。研究发现，湿地系统对于铬的去除效果最佳。

影响人工湿地污水处理能力的因素

湿地植物的类别

人工湿地废水处理系统中的植物对污水的处理能力很强，效果最好的是挺水植物，实验结果表明，宽香叶蒲对油脂，Pb及Zn的吸收效果极佳；根系浓密的植物中水麦冬对N和P的吸收效果最好。香蒲，菱白等植物有很好的净污效果，使水质更清澈。

基质的类别

基质在处理污水中占有很大的作用，植物的生长离不开基质的营养提供，在废水净化中有很多物理沉降作用。当然，不同的基质对污水的处理能力不同，如果基质的选材和材料的大小选择不当，则对污水的净化能力会很弱。经研究发现，选用细石子做湿地的填料，对污染物的处理效果最好。

水流的方式

按照水流形式，人工湿地可分成不同的类型。表面流型的湿地对污水的处理能力比较弱；水平潜流湿地对一些特定的有机物和重金属能很好地去除；垂直流湿地系统的硝化水平比较高。将不一样类别的湿地系统有机结合，会很好提升对污水的净化能力。

环境因素对污水处理的影响

（1）温度会对人工湿地处理污水的效果产生影响，当水体的温度在20℃至25℃时，净化水效果最佳，低于10℃时，净水效果相对减弱，温度太高会对微生物的化学反应产生影响，致使系统对污水的处理效率降低。不同的季节，人工湿地系统对污水的处理效果不同，通常夏季比冬季要好一些。

（2）人工湿地的停留时间对净水效果也存有一定的影响。停留太久，会造成废水停留，有氧区范围减小，水中需氧微生物减少，降低对污水的处理效果。停留时间短暂，会使一些化学反应不充分，也会降低净水效果。

（3）离子作用对污水处理能力也有一些影响，当向水体中放入少许的明矾，会增强对磷的去除。分析其缘由，是因为明矾中的三价铝离子和三价磷酸根离子化学结合形成沉淀，从而达到对磷的去除。

人工湿地污水处理技术中存在的问题及解决办法

存在的问题

人工湿地污水处理技术已经有了很大的进步，对污水的处理有一定的效果，但是仍存在一些问题。第一点是现在的污水处理技术偏重于植物对废物的吸收，但是大量的植物茎秆没有很好的处理，造成了一定程度的二次污染。第二点是人工湿地污水处理占地面积较大，对废水的处理效率比较低。第三点是对人工湿地污水处理技术的原理认知不全面，在水中生长的植物的选取不够合理，对于基质的设置也有很多的不足，水温的控制不够严格，水体的成分研究不清晰。第四点是人工湿地污水处理效果受气候的影响较大，有些水生植物在冬季难成活，有些不耐高温，有些易生病虫等等，基于这些因素的存在，对污水净化技术有了太多限制。

解决办法

针对以上的问题，现有以下解决对策。第一点是根据调查结果，整理出人工湿地数据库。基于不同地方的温度，湿度，地理位置，植物类别和污水的种类不同，要想建立通用的数据库是很难的，所以要因地制宜，针对不同的地域情况，设置符合自己地域情况的数据库，不断试验，不断改进，不断完善。这样，有了属于自己的数据库，可减少劳动量，减少潜在风险。第二点是增强对湿地净化原理的分析，人工湿地污水处理系统是很复杂的一项工程，它涉及的范围很大，对于它的研究，以前的研究者已经有了相应的数据，但是，随着时代的进步，环境发生了很大的变化，以前的数据现在可能不再适用，所以，研究者要不断对其数据分析，不断更新数据库。比如在提高水生植物的光合作用及微生物的降解作用上，做最详细的分析和研究，使其发挥的净水效果最好。第三点是增大人工湿地污水处理技术的应用领域，现在人工湿地技术的应用还仅限在一些城市，其规模也不是很大，而一些发达国家的该项技术已经应用在各个城市，小到一所事业单位的废水处理。因此，我们也要加快步伐，将湿地污水处理技术应用在每个需要的地方，让每个角落都是纯净无污染的水。第四点是筛选出最适合的水生植物，最合理的基质层，做到人工湿地污水处理系统最优。