人工湿地污水处理技术浅析.doc

1、人工湿地污水处理技术浅析摘要：作为一种新型的污水处理技术，人工湿地污水处理技术有很多传统污水处理系统所没有的优点，比如其耗能低但处理污水却快速、高效。本文主要将人工湿地污水处理技术与传统的污水处理系统作比较，并阐述了其污水处理机理，并对其发展前景进行展望。 关键词：人工湿地；污水处理；技术 中图分类号： U664 文献标识码：A 前言 人工湿地是一个综合生态系统，这是其本质，主要应用生态系统中各个共生物种的能量和物质循环的再生作用，在促进废水中污染物良性循环的前提下，充分发挥资源生产潜力，获得污水处理与资源化的最佳效益，防止污水对环境造成二次污染，对环境的保护有十分重要的意义。一、人工湿地与传

2、统污水处理技术的比较及其组成、分类 （一）与传统污水处理系统比较 人工湿地系统与传统污水处理工艺相比，人工湿地污水处理系统具有投资少，成本低等优点，尽管人工湿地系统的运行效果受气候条件，污水水质和设计因素的影响很大，但在生物多样性，生态栖息地和环境美学方面有着很大的优势，人工湿地生态系统的处理效果受季节的影响很大，特别是在冬季温度较低的北方，需要采取合适的保温供暖措施，否则会导致各种指标均达不到理想的预期结果，人工湿地系统较传统污水处理工艺会占用大量的土地，由于湿地系统能够使土地具有多重的作用，也就是说在提供废水处理场所的同时也可以为野生动物提供良好的栖息地，增加了生物多样性，在温室气体二氧化

3、碳的固定上，人工湿地系统如芦苇床系统比传统工艺具有更大的优势，所以在收割芦苇的过程中能带走大量的碳，能够有效地减少 CO2 的散发，生长中的芦苇担当着碳源的角色，可以把气态的碳储存在其生物组织结构中，转化率大约在每年每平方米 3.3kg，误差为正负 15%。 （二）人工湿地系统的组成 人工湿地主要由基质、植物和微生物三部分组成。 基质是人工湿地池床中填充的土壤、砂子、砾石等，又称填料，它为植物和微生物提供了生长的空间和场所，通过基质的沉淀，过滤和吸附等作用还可以去除污染物，基质的种类应根据所处理污水中的特征污染物，湿地的构建方式进行选择，还要考虑取材，经济适用等因素， 常用的湿地植物有芦苇、水

4、葱、宽叶香蒲、水葫芦等，它在湿地净化污水过程中的作用至关重要，它可以从污水中直接吸收 C、N、P 等主要污染物作为其生长的营养物质；同时通过植物根系吸收，富集污水中的某些有毒重金属离子，植物还可以将氧气释放到根区，利于床体中好氧和厌氧微生物进行硝化和反硝化作用，提高对 N 的去除能力 湿地微生物主要包括细菌、真菌和放线菌。其中细菌的数量最多，占 70%90%，微生物在湿地净化污水的过程中也发挥了重要的作用，主要去除污水中的有机质和氮。 （三）人工湿地系统分类 1、自由水面系统。自由水面系统的污水从系统表面流过, 水深较浅(一般在 0. 1 0. 6 m) , 氧通过自由扩散补给。进水中所含的溶

5、解性和颗粒性污染物与系统介质和植物根系接触。常用的植物包括香蒲、芦苇、慈姑、莎草等。与 SFS 系统相比, 其优点是投资省, 缺点是负荷低。北方地区冬季表面会结冰, 夏季会滋生蚊蝇、散发臭味, 目前已较少采用。2、 潜流系统。 （1）水平潜流人工湿地。水面在人工湿地填料表面以下，水流从池体进水端沿填料孔隙水平流向出水端的人工湿地。介质通常选用水力传导性良好的材料， 从进口经由砂石等系统介质，污水在系统表面以下以近水平流方式流向出口。此过程中，污染物得到降解。由于植物根系主要释放氧，在欧洲的人工湿地污水处理系统中常采用芦苇作为植物介质，此外，香蒲也是常用的湿地植物。 （如图 1） 图 1 水平潜

6、流人工湿地示意图 （2）垂直流人工湿地。污水从人工湿地表面垂直流过填料层的人工湿地，分单向垂直流型人工湿地和复合垂直流型人工湿地两种。单向垂直流型人工湿地一般采用间歇进水运行方式，复合垂直流型人工湿地一般采用连续进水运行方式。 （如图 2） 图 2 垂直潜流人工湿地示意图 二、人工湿地植物的选择与降解机理 （一）人工湿地植物的选择 1、人工湿地所选植物应具有良好的生态适应能力和生态营建功能，筛选净化能力强、抗逆性相仿、生长量较小的植物，减少管理上尤其是对植物体后处理上的许多困难。一般应选用当地或本地区天然湿地中存在的植物。 2、应选用强生命力和旺盛生长的植物，具有以下特点：抗冻、抗热能力;抗病

7、虫害能力；对周围环境的适应能力。 3、所引种的植物必须具有较强的耐污染能力。水生植物对污水中的BOD5，COD，TN，TP 主要是靠附着生长在根区表而及附近的微生物去除的，因此 应选择根系比较发达，对污水承受能力强的水生植物。 （二）人工湿地降解机理 人工湿地处理污水的原理较为复杂其去除机理和去除途径和自然湿地相同， 多年的研究表明，人工湿地能够利用基质、微生物、植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化；同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化与无害化。 1、S

8、S 去除。SS 中含有有机物和无机物，但主要含有粪便有机质和有机颗粒物，如病菌、 颗粒的密度和大小变化很大，不同密度、大小的颗粒物具有不同的去除机理和路径，在人工湿地中 SS 的去除是相当迅速的物理过程，主要去除机理为沉淀、聚集和表面粘附。 2、BOD5、COD 的去除。湿地中的不溶性的有机物主要是通过湿地的沉淀、过滤作用而被截留在湿地中，可溶性的有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物降解过程而被分解去除，生物降解过程主要是通过好氧和厌氧代谢得到降解，从而降低污水的 BOD5、COD。 3、氮的去除。污水中的氮以有机氮和无机氮、氨氮、亚硝态氮、硝态氮各种形式存在，可以通过基质的吸附和过滤

9、，氨氮的挥发，植物的脱氮作用以及微生物的硝化和反硝化作用等被去除，基质对氮的去除作用只是体现在为微生物的同化，降解和植物的吸收提供中介，无机氮可以被湿地植物直接摄取合成植物蛋白质，通过植物的收割去除，但该方法去除的氮仅为总氮量的 8%16%不是主要的脱氮途径，而通过挥发损失氨氮的作用也相当微弱，因此氮的去除主要通过微生物的硝化和反硝化作用实现，研究表明，人工湿地对总氮的去除可 80%左右。 4、人工湿地对磷的去除。主要是利用基质的吸附，植物的吸收以及微生物对磷的同化吸收等作用共同协调完成，其中基质的吸附和沉淀作用去除的总氮可达总去除量的 90%以上，无机磷被植物吸收合成为ATP、DNA、RNA

10、 等有机成分，通过植物的收割去除，微生物对磷的同化吸收以及聚磷菌对磷的积累，通过定期更换湿地床去除，根据研究资料显示，人工湿地对磷的去除可达 60%90%。 5、重金属的去除。人工湿地对重金属的去除主要是利用植物吸收，微生物富集，基质的吸附沉淀以及金属离子和 S 形成硫化物沉淀等作用来完成。在实际设计中，往往将人工湿地附加必要的前处理和后处理设施共同构成人工湿地污水处理系统，如图 3 所示，前处理单元包括各种预处理工艺，例如格栅、沉砂池、化粪池及厌氧消化池等，湿地床根据出水水质的要求，可以设计为一级或多级，污水经过串联或并联的湿地床被多次净化，后处理单元可由贮水池、农灌、过滤、消毒及水回用设备

11、等组成。 图 3 典型人工湿地系统污水处理工艺流程 四、人工湿地应用存在的问题及展望 人工湿地在净化污水方面具有独特的优势!但在应用过程中也暴露出了许多问题，加上我国大部分地区的土地资源比较紧张，在一定程度上影响了它的发展。如容易受气候温度的影响，占地面积大，基质容易堵塞，湿地对污水的净化效果容易，受到基质、植物、运行方式和水力负荷等的影响，管理不当会影响人工湿地的正常运行，设计缺乏相关的数据及技术规范，对周围土壤有一定的渗透影响，生态服务功能单一等等。针对人工湿地在应用过程中存在的问题，今后需要从以下几个方面做进一步的研究改进：进一步研究人工湿地的去污机理，改良人工湿地技术或将其与其它系统结

12、合，提高污水净化效果；建立人工湿地数据库或编制一系列切实可行并适合我国国情的工程技术规范，来指导人工湿地污水处理系统的设计和运行管理，随着研究的逐步深入和技术的不断进步，人工湿地污水处理系统将具有越来越广阔的应用前景。 结语 污水中的有机污染物，吸收氮和磷，可以用人工湿地污水处理技术快速有效的去除，可以将环境再次污染的可能消除，将资源的生产潜力充分发挥出来，使污水资源化处理达到最理想的效果，所以，用这种方式进行污水处大有裨益，虽然人工湿地污水处理系统还有很多不足，但是可以在运用过程中对其加以优化和改进，使其更好的服务于当前水污染严重的生态环境，也更好的服务于人类。 参考文献： 1赵振国,刘丽. 人工湿地污水处理技术研究进展J. 东北水利水电,2011,06:52-54. 2吴秀玲,王德全. 人工湿地污水处理技术在宁夏的应用前景J. 宁夏工程技术,2008,01:36-40.