人工濕地水質(zhì)凈化實踐應用研究

路丁

（科盛環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?江蘇南京 210022）

1 研究概況

改革開放以來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，水污染問題日益嚴重。我國是一個水資源緊缺的國家，對污水排放標準提出了更加嚴格的要求，除水質(zhì)達標外，亦對其尾水的生態(tài)化提出了新的要求。目前，我國大部分城市污水處理廠采用的是一、二級處理工藝，這些工藝已經(jīng)不能滿足城市污水處理的需要，加之對氮磷的處理效果并不理想，因此發(fā)展人工濕地污水處理技術是十分必要的。采用人工濕地系統(tǒng)深度處理城市污水廠二級出水，還可進一步實現(xiàn)污水回用，保證污水處理效率［1］。人工濕地是借鑒天然濕地的原理，以此為基礎發(fā)展而形成的生態(tài)工程技術，具有低成本、低能耗、運維簡便等特點，更重要的是，其具有自然生態(tài)屬性，更容易得到人們的認可。截至2010年年底，我國約有150 個人工濕地污水處理系統(tǒng)投入運行［2］。目前人工濕地在我國的使用范圍十分廣泛，包括城鎮(zhèn)生活污水、農(nóng)村生活污水、工業(yè)廢水、城市和農(nóng)業(yè)徑流及受污染地表水。近年來，更多的地方政府傾向于在污水處理廠尾水排向自然水體之前，加入人工濕地，使尾水經(jīng)過人工濕地水質(zhì)凈化后，再排向自然水體。相關研究表明，人工濕地對污水處理廠尾水污染物具有較高的去除率［3］。

2 人工濕地工程布局

隨著人們對環(huán)境要求的提高以及城市用地的日益緊張，為提高人工濕地處理效果，單一種類的人工濕地處理效能已經(jīng)不能滿足社會的需要，因此，復合型人工濕地技術應運而生。復合型人工濕地通過結(jié)合不同類型濕地的特點，極大提高了處理效率，對氮磷等也表現(xiàn)出較高的去除率［4］。

越來越多的工程實踐不再滿足于單一類型的人工濕地的構(gòu)建，而是傾向于多種濕地類型的組合應用?？偨Y(jié)下來，基本為調(diào)節(jié)池（調(diào)蓄池）、潛流濕地、塘式濕地、生態(tài)渠等形式的有機組合。常見工藝流程為：調(diào)節(jié)池+潛流濕地+生態(tài)塘；或者，調(diào)蓄池+潛流濕地+生態(tài)渠等。其中，調(diào)節(jié)池可起到水解酸化的作用，原因在于某些污水有機物可生化性較低，必須采取預處理手段；調(diào)蓄池起到沉降顆粒物、均化水質(zhì)水量的作用；潛流濕地為核心水質(zhì)凈化單元，水力負荷高、凈化效果好；生態(tài)塘、生態(tài)渠起到生態(tài)保育、展示等作用。

3 水質(zhì)凈化原理

3.1 有機物去除機理

（1）有機物非降解去除機理。濕地對有機物的非降解去除機理主要包括揮發(fā)和蒸騰作用、植物的吸收作用及吸附和沉淀作用。揮發(fā)和蒸騰作用：污染物除了可以直接從水中揮發(fā)至大氣中外，某些水生植物可以通過揮發(fā)作用，由根部吸收污染物并通過蒸騰作用將污染物轉(zhuǎn)移到大氣中［5-6］；植物的吸收作用：水生植物是人工濕地重要的組成部分，其在生長、繁殖過程中需要大量營養(yǎng)物質(zhì)，包括有機物、氮、磷等，因此對有機物有較強的去除能力；吸附和沉淀主要是濕地填料起到的作用。

（2）有機物降解去除機理。濕地對有機物的降解去除主要包括植物降解與微生物降解。植物降解主要是指植物的代謝式降解，亦指植物酶或者輔酶因子對有機污染物的降解。多種植物都存在對有機物的代謝轉(zhuǎn)化過程，比如人工濕地常用的蘆葦、香蒲等，而植物根據(jù)自身生長的需要，對不同類型有機物的降解能力有所不同。

微生物是人工濕地去除有機物的主要貢獻者。人工濕地中的有機物，尤其是溶解性的有機污染物，是微生物生長、繁殖的主要碳源，不論是合成代謝或者是分解代謝，都需要有機物的參與。微生物分解代謝產(chǎn)物可直接排入外部環(huán)境，合成代謝產(chǎn)物作為細胞組織進入細胞。細胞的合成和分解代謝都有酶的參與，尤其是土壤酶能促進有機質(zhì)的分解，一方面可以通過測定微生物數(shù)量及活性，另一方面可以將酶活性作為人工濕地凈化效果的評價標準［7］。

3.2 氮去除機理

濕地對氮的去除機理主要包括硝化作用、反硝化作用、植物攝取、揮發(fā)作用及厭氧氨氧化。硝化作用：氨氮在微生物作用下被氧化為亞硝態(tài)氮并進一步被氧化為硝態(tài)氮的過程，硝化反應的第一階段為亞硝化過程，即氨氮被氧化為亞硝態(tài)氮的階段；第二個階段為硝化過程，即亞硝態(tài)氮被氧化為硝態(tài)氮的階段；反硝化作用：是指反硝化細菌將硝酸鹽中的氮通過一系列中間產(chǎn)物還原為氮氣分子的生物化學過程；植物攝?。褐参镌谏L過程中直接攝取污水中的氨氮；揮發(fā)作用：人工濕地系統(tǒng)中部分氨氮可以通過揮發(fā)的方式從系統(tǒng)中逸出，其揮發(fā)量受氣候、水力條件、水質(zhì)及植物生長狀態(tài)影響；厭氧氨氧化：是在厭氧條件下由厭氧氨氧化菌利用亞硝酸鹽為電子受體，氨氮為電子供體，直接將氨氮氧化為氮氣的生物反應過程［8-9］。

3.3 磷的去除機理

污水中磷一半可以分為正磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機磷酸鹽3 種，主要以溶解態(tài)和顆粒態(tài)2 種形式存在。污水進入人工濕地系統(tǒng)后，經(jīng)過物理、化學與生物等綜合作用，磷會發(fā)生多種形式的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，并最終被去除。濕地對磷的去除機理主要包括沉積作用、吸附和絡合沉淀作用及生物作用。沉積作用：是指污水中可溶性磷酸鹽通過物理作用導致磷存儲于濕地內(nèi)部的過程；吸附和絡合沉淀作用：該作用是人工濕地的主要除磷機理，在除磷作用中起主要作用；生物作用：包括微生物及植物的正常同化作用以及聚磷菌的過量攝磷作用，不過其在人工濕地除磷作用中占比較小。

4 工程實踐問題總結(jié)

（1）適宜性問題。人工濕地并不是萬能的，以人工濕地作為污水凈化單位，尤其適宜性問題，應當從水動力條件、用地條件、周邊環(huán)境、經(jīng)濟性分析等多方面綜合考慮。然而，在近幾年的工程實踐中，頻繁發(fā)生為建濕地而建濕地的情況，從而導致了很多問題的出現(xiàn)，比如：因用地面積不足導致水質(zhì)無法穩(wěn)定達標；水動力條件不好導致運維成本增大；地質(zhì)條件差導致地基處理費用高等。

（2）工藝與景觀協(xié)調(diào)問題。人工濕地在污水水質(zhì)凈化方面的應用，其根本目的在于水質(zhì)提升、水質(zhì)達標，但相關方領導往往提出綠化、景觀等方面的進一步要求，從而導致成本向此方向轉(zhuǎn)移，甚至出現(xiàn)影響水質(zhì)凈化的情況，導致人工濕地構(gòu)建完成后“徒有其表”。

（3）填料堵塞問題。填料堵塞是人工濕地應用過程中始終無法徹底解決的難題。在人工濕地構(gòu)建初期，此問題并不明顯，往往是在運行3 年之后，堵塞問題尤為突出，甚至出現(xiàn)污水從濕地表面“淌過”，并未經(jīng)過人工濕地處理。

（4）冬季水質(zhì)穩(wěn)定問題。人工濕地屬于污水自然處理系統(tǒng)，不可避免受到外在環(huán)境因素的影響，尤其受到溫度的影響。冬季與夏季，人工濕地處理能力差異非常大，而我國對于污水的排放標準是固定的，因此，人工濕地冬季出水水質(zhì)穩(wěn)定達標是一項必須解決的難題。

（5）規(guī)范性不完善問題。目前我國在人工濕地方面規(guī)范完善程度不足，現(xiàn)行規(guī)范給出的設計參數(shù)較為寬泛，加上我國幅員遼闊，南方與北方、東部與西部自然環(huán)境差異較大，而人工濕地對自然環(huán)境和條件依賴性很大，因此，難以在全國范圍內(nèi)進行統(tǒng)一的規(guī)范。

5 建議

當前，我國人工濕地工程項目日益增多，各地建設如火如荼。因此，對人工濕地工程技術與應用急需開展進一步的深入研究，對此，提出以下一些建議以供參考。

（1）我國自“七五”開始研究人工濕地技術，至今已有30余年經(jīng)驗積累，在人工濕地分類、原理等方面已日漸完善。但是相關研究鮮有結(jié)合具體的水質(zhì)污染特征以及當?shù)氐臍夂颦h(huán)境，在今后的工作中，此部分應當有所考慮。

（2）人工濕地填料是其水質(zhì)凈化的核心，但是目前對于更換后填料的妥善處置仍沒有公認的1 套方法。因此，有必要在現(xiàn)有方法的基礎之上，探索出1 套操作性、科學性、實用性更好的方法。

（3）目前對人工濕地的建設，各地均非常歡迎，但是對于建設完成后的運維，各地在思想上往往輕視、投入往往過低。應當改變“重建設、輕運維”的錯誤思維，建立“三分建、七分養(yǎng)”的正確觀念。

（4）人工濕地植物系統(tǒng)的運營維護，目前基本依靠各養(yǎng)護單位的經(jīng)驗進行，尚無得到廣泛認可的作業(yè)規(guī)范或規(guī)程可供業(yè)內(nèi)參考，在今后的工作中，應當逐步加強此方面的工作。