人工濕地的污水凈化原理

　　現(xiàn)階段，污水排放量增加、居民用水短缺成為社會(huì)發(fā)展亟待解決的問題?；瘜W(xué)、物理和生物三種處理方法是當(dāng)前較為常用的污水凈化手段。近幾年，物理處理方法快速更新和發(fā)展，以人工濕地為主的各種物理凈化手段受到社會(huì)各界的關(guān)注。人工濕地在污水凈化中具有突出的優(yōu)勢，其能夠快速適應(yīng)水質(zhì)的變化范圍，操作簡單快捷，污水凈化處理效果較好。因此，本研究分析人工濕地運(yùn)行對(duì)污水凈化的原理及影響因素。

　　一、人工濕地的構(gòu)成、類型

　　1.1人工濕地構(gòu)成

　　人工濕地是與沼澤較為類似的地貌類型，由人工建造而成，受人工控制。作為綜合生態(tài)系統(tǒng)，人工濕地貫徹落實(shí)了結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)的原則，從物質(zhì)循環(huán)再生原理角度出發(fā)，有效地避免環(huán)境再污染。人工濕地可以消解污泥、污水等，使污泥、污水順著特定方向流動(dòng)，借助人工介質(zhì)、土壤、植物等物理因素，使物理、化學(xué)、生物發(fā)揮協(xié)同性作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥和污水的處理，是一種新型技術(shù)。人工濕地主要由基質(zhì)、植物、水體、氧微生物防滲層等構(gòu)成。其中，基質(zhì)層的構(gòu)成包括土壤、填料和植物根系；植物的構(gòu)成包括蘆葦、水蔥等能夠在水飽和厭氧狀態(tài)下生長的植物；水體不僅能夠在基質(zhì)層流動(dòng)，也能夠在基質(zhì)表面流動(dòng)。人工濕地的作用機(jī)理，主要是通過滯留、吸附、過濾、沉淀和微生物分解等多種作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水、污泥的處理。

　　1.2人工濕地類型

　　1.2.1以受污染水體劃分

　　人工濕地有不同的類型，以受污染水體劃分，最為常見的人工濕地類型是表面流人工濕地系統(tǒng)和潛流式人工濕地系統(tǒng)。表面流人工濕地系統(tǒng)也被稱為自由水面人工濕地，與自然濕地具有類似性，有較多的底泥，水面暴露在大氣中。污水一般在人工濕地的表層流動(dòng)，水位介于 0.1 ～ 0.6 m，相對(duì)較淺，使得污水中多數(shù)有機(jī)物的去除是通過人工濕地中生長在水下的植物莖桿生物膜完成。表面流人工濕地操作相對(duì)簡單，運(yùn)行費(fèi)用低，但是水力負(fù)荷偏低，污水凈化效果不足。潛流式

　　人工濕地系統(tǒng)由單個(gè)或多個(gè)填料床組成，床體以防水層為主，填充由礫石和土壤構(gòu)成的基質(zhì)，表層土壤栽種耐水性較強(qiáng)的植物。污水或污泥從濕地填料床流過，會(huì)在填料表面不斷滲流，借助填料表面生物膜、植物根等，能夠進(jìn)一步提高污水和污泥的處理效果。此外，地表下流動(dòng)的水流保溫性較好，在對(duì)污水或污泥處理時(shí)，并不會(huì)過度受環(huán)境影響，具有良好的衛(wèi)生條件，因而此種人工濕地是當(dāng)前最為常用的。

　　1.2.2以作用和植物劃分

　　人工濕地類型多樣，根據(jù)作用機(jī)理和植物種類，人工濕地可以分為多種類型。

　　根據(jù)作用差異，人工濕地可以劃分為 4 種類型。

　　一是人工處理濕地，多用于對(duì)城市生活污水、工業(yè)生產(chǎn)污水的凈化與處理。

　　二是人工水產(chǎn)濕地，多用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)養(yǎng)殖、魚蝦水產(chǎn)養(yǎng)殖。

　　三是人工抗洪濕地，多用于在發(fā)生洪水災(zāi)害時(shí)，減輕和控制災(zāi)難，作用較為突出。四是人工生態(tài)濕地，多用于維持生態(tài)環(huán)境平衡，保護(hù)物種的多樣性發(fā)展。

　　根據(jù)栽種的植物差異，人工濕地可以劃分為3種類型。

　　一是挺水植物人工濕地，植物有部分生長在濕地水下，有部分生長在濕地水上。

　　二是浮水植物人工濕地，植物全部漂浮在濕地水上。

　　三是沉水植物人工濕地，植物全部沉于濕地水下。

　　二、人工濕地運(yùn)行對(duì)污水凈化的原理

　　2.1有機(jī)物與氮的去除機(jī)理

　　通常，根據(jù)水生植物、微生物的共同作用，人工濕地可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化與處理，其對(duì)有機(jī)物的處理能力較強(qiáng)。人工濕地能夠通過沉淀和過濾截留污水中的不溶性有機(jī)物，使其被微生物消解，同時(shí)能夠借助微生物的吸附作用，通過微生物代謝逐漸去除可溶性有機(jī)物。一般來說，不溶性有機(jī)物進(jìn)入人工濕地5 m水深后，就能夠快速被去除。在污水中，氮主要以 4 種形態(tài)存在，包括有機(jī)氮、亞硝態(tài)氮、氨氮和硝態(tài)氮。氮去除機(jī)理是氮在進(jìn)入人工濕地后會(huì)揮發(fā)，借助人工濕地系統(tǒng)的填料吸附、過濾和沉淀等，植物充分吸收揮發(fā)后的氮，利用微生物硝化來實(shí)現(xiàn)對(duì)氮的去除。通常，污水中的無機(jī)氮是植物生長中的重要物質(zhì)。人工濕地中的植物能吸收無機(jī)氮，合成植物蛋白，通過收割植物，人們可以有效去除污水中的氮元素。有氧環(huán)境中，在硝酸細(xì)菌和亞硝酸細(xì)菌的作用下，氨氮能夠轉(zhuǎn)化成硝酸鹽、亞硝酸鹽;無氧環(huán)境中，硝酸鹽可被還原成氮?dú)?，起到反硝化作用，從而提高人工濕地的氮去除率?/p>

　　2.2懸浮物與磷的去除機(jī)理

　　人工濕地可以凈化污水，去除其中的懸浮物和磷元素。在懸浮物去除機(jī)理方面。表面流人工濕地的基質(zhì)層相對(duì)平整，水力坡度適宜，進(jìn)入人工濕地的污水并不會(huì)快速發(fā)生地表漫流，導(dǎo)致污水在流動(dòng)的過程中全部流經(jīng)基質(zhì)層，在過濾與沉淀的作用下，懸浮物的去除率顯著提高。在潛流人工濕地中，污水會(huì)順著表面緩慢流動(dòng)，使懸浮物在流動(dòng)中不斷沉降，最終去除。

　　在人工濕地中，物理作用、化學(xué)作用、生物吸附作用等均能夠去除污水中的細(xì)小懸浮物。人工濕地主要借助微生物積累、植物吸收等作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)磷的去除。其間，微生物除磷機(jī)理主要是利用聚磷菌對(duì)磷的攝取來實(shí)現(xiàn)的。在人工濕地中，植物光合作用、呼吸作用存在相互交替現(xiàn)象，導(dǎo)致好氧、厭氧交替出現(xiàn)，而厭氧狀態(tài)的放磷會(huì)提高好氧狀態(tài)的磷去除率。在植物吸收、同化的影響下，污水中的無機(jī)磷將會(huì)變成植物的有機(jī)成分，通過收割人工濕地中的植物，人們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磷的去除。此外，人工濕地中的填料也對(duì)磷具有一定的吸收作用。填料與表層土中的鈣、磷發(fā)生

　　離子交換反應(yīng)，去磷作用較為顯著。

　　三、人工濕地運(yùn)行對(duì)污水凈化的影響因素

　　3.1基質(zhì)

　　人工濕地凈化污水的影響因素較多。其中，基質(zhì)是較為常見的影響因素之一?；|(zhì)是人工濕地系統(tǒng)的重要組成部分。同時(shí)，基質(zhì)可為微生物提供穩(wěn)定的附著空間，為濕地系統(tǒng)的植物提供更多營養(yǎng)?；|(zhì)吸附是人工濕地凈化污水的主要途徑，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)磷的去除。不同基質(zhì)的污水凈化效果顯著不同。當(dāng)前，人們可以將粉煤灰作為基質(zhì)，將其與蘆葦融合，構(gòu)建人工濕地，提升污水中磷、氮的去除率。同時(shí)，以沸石蘆葦床為主的人工濕地，可有效去除生活污水中的氮元素。冬天，受低氣溫影響，植物、微生物作用受到一定限制，并不明顯 。

　　3.2植物

　　植物是影響人工濕地凈化污水的重要因素。在人工濕地中，不同植物具有不同的耐水性和耐污性，

　　人們要根據(jù)處理的水質(zhì)不同，合理選擇濕地植物，保證人工濕地系統(tǒng)的生物多樣性，提高污水凈化效率。

　　人工濕地可以種植美人蕉、蘆葦?shù)?，有研究指出，美人蕉、蘆葦春季對(duì)氮的去除率未超過 60%，而夏季對(duì)氮的去除率超過 85%。有植物的濕地系統(tǒng)對(duì)污水中的氮、磷等去除率更高，因而植物會(huì)影響人工濕地的污水凈化效果。

　　3.3氣候

　　氣候會(huì)影響人工濕地的污水凈化水平。在較低的氣溫下，污水處理效果將會(huì)受到限制。一般來說，人工濕地的水溫最好控制在 20 ～ 25 ℃，處理效果最好。如果水溫不超過 10 ℃，人工濕地對(duì)污水的處理效率將會(huì)下降。在水溫不超過 4 ℃時(shí)，其硝化作用逐漸停止。天氣寒冷會(huì)導(dǎo)致人工濕地系統(tǒng)結(jié)冰，造成管道發(fā)生破裂。所以，人們要合理控制人工濕地溫度。當(dāng)前，人們可以采用覆蓋膜、空氣隔層等方式，對(duì)人工濕地進(jìn)行保溫處理，提高人工濕地對(duì)污水的凈化能力。

　　3.4水力停留時(shí)間

　　水力停留時(shí)間是影響人工濕地污水凈化效果的重要因素，它主要是人工濕地系統(tǒng)中污水的總停留時(shí)間，能夠反映人工濕地系統(tǒng)的接觸情況與狀態(tài)。水力停留時(shí)間與人工濕地污水凈化效果密切相關(guān)。通常，水力停留時(shí)間越長，氨氮、總磷的去除效果越好。污水在人工濕地系統(tǒng)中的停留時(shí)間越長，基質(zhì)和植物能夠有足夠的時(shí)間，對(duì)污水中的氨氮、總磷等進(jìn)行吸附和清除。水力停留時(shí)間延長，能夠提高污水中氨氮和總磷的去除率，但是達(dá)到一定時(shí)間后，再延長水力停留時(shí)間，將會(huì)導(dǎo)致去除率降低。主要原因是污水中的磷元素向濕地系統(tǒng)基質(zhì)表面擴(kuò)散，從而影響去磷效果。因而，人們要根據(jù)污水處理效果和人工濕地水質(zhì)，選擇合理的水力停留時(shí)間。

　　四、結(jié)語

　　人工濕地具有緩沖容量大、工藝簡單、成本費(fèi)用低、污水處理效果好的優(yōu)勢。人工濕地可以凈化污水，人們要明確人工濕地構(gòu)成及類型，掌握人工濕地的污水凈化原理，有效去除有機(jī)物、氮、磷和懸浮物等污染物?；|(zhì)、植物、氣候和水力停留時(shí)間等是影響人工濕地污水凈化效果的因素，人們要合理把握各種影響因素，提高人工濕地的污水凈化能力和應(yīng)用水平。