代永鋒

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濕地是由各種不同類(lèi)型的生物組成的，是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)。濕地是一種以生物為主體的生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)其物質(zhì)、能量和物種遷移起著重要作用。濕地是一種重要的天然生產(chǎn)力。人們長(zhǎng)期對(duì)濕地進(jìn)行的探索與構(gòu)建工作中，對(duì)潮灘、沼澤地等濕地進(jìn)行了大量的研究，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。

一、人工濕地的意義和作用

濕地系統(tǒng)是生態(tài)環(huán)境實(shí)現(xiàn)自身物質(zhì)循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)功能完備的人工濕地系統(tǒng)，可以為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供幫助。人工濕地系統(tǒng)由土壤、動(dòng)植物、人工干預(yù)、微生物等構(gòu)成，利用物理、化學(xué)、生物三種學(xué)科的綜合作用，對(duì)污水和污泥展開(kāi)高效處理的一種人工建立系統(tǒng)。人工濕地系統(tǒng)是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的系統(tǒng)，它的工作原理是以生態(tài)系統(tǒng)中的濕地系統(tǒng)工作原理為基礎(chǔ)，利用物種之間的共生關(guān)系，提高物質(zhì)循環(huán)再生效率。人工濕地系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和功能相互協(xié)調(diào)，促進(jìn)污水處理工作的物質(zhì)良性循環(huán)，提高資源利用率，降低環(huán)境污染。人工濕地的構(gòu)建和使用具有緩沖容量大，工藝簡(jiǎn)單，投資較低等特點(diǎn)，因此，它適用于小城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該技術(shù)拓展了人工濕地技術(shù)在城市生活用水中的應(yīng)用，為構(gòu)建具有中國(guó)特點(diǎn)的城市生活用水體系提供了一種新的思路。

（一）濕地基質(zhì)的過(guò)濾吸附作用

在污水進(jìn)入人工濕地污水處理系統(tǒng)時(shí)，污水中的固態(tài)污染物與基質(zhì)顆粒會(huì)發(fā)生相互作用，這些固態(tài)污染物被人工濕地污水處理系統(tǒng)中的基質(zhì)顆粒所攔截，從而實(shí)現(xiàn)固態(tài)污染物的處理。長(zhǎng)期處于水侵的濕地，其土壤中會(huì)逐漸形成一種對(duì)污染物吸附和對(duì)懸浮粒子的截留的土壤膠體。濕地基質(zhì)的過(guò)濾吸附作用，利用的是濕地物理過(guò)濾和水質(zhì)吸附功能，對(duì)流入系統(tǒng)中的污染物進(jìn)行吸附攔截，防止其流入別處。污染物質(zhì)在池子里緩慢沉淀，最后變成污泥。人工濕地污水處理系統(tǒng)的管理者要對(duì)污泥進(jìn)行定期的清理，以保證濕地基質(zhì)對(duì)污泥的過(guò)濾吸附，保證污水處理的有效性。

（二）濕地植物的作用

在人工濕地的污水處理系統(tǒng)中，濕地植物實(shí)現(xiàn)污水處理的方法如下：首先，全部的植物都會(huì)進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生有機(jī)物，然后將周?chē)奈镔|(zhì)轉(zhuǎn)化為有機(jī)物。植物通過(guò)光合作用，也就是吸收。在進(jìn)行同化過(guò)程中，植物的根部會(huì)從土壤中吸收一些微量的元素，而這些微量元素就是被污染的水中的氮磷。同時(shí)，同化作用也可以將重金屬元素吸附到植物體內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)除污。植物的根系和葉莖具有較強(qiáng)的吸附能力，尤其是根系的吸附能力是最強(qiáng)的。由于植物類(lèi)型的差異，其根系發(fā)育的差異，使得其對(duì)污染物的截留作用也存在差異。人工濕地污水處理系統(tǒng)的植物根系在水中密布，相互交織，可以起到攔截固體污染物的作用，而沉水類(lèi)植物的作用是最強(qiáng)的。另外，植被具有較大的比表面積，有利于微生物在其表面吸附和生長(zhǎng)。根系是植物生長(zhǎng)、繁殖的重要場(chǎng)所。研究發(fā)現(xiàn)，在植被根系中，土壤中的微生物遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于非根際，且對(duì)水體中的污染物具有顯著的降解功能。同時(shí)，植被也可以向水中運(yùn)輸氧，提高水中的生物活性。因此，濕地植被對(duì)水體的污染和對(duì)水中有害物質(zhì)的分解也具有一定的促進(jìn)作用。因?yàn)椴煌貐^(qū)的植物種植生長(zhǎng)情況有差異，所以在人工濕地污水處理系統(tǒng)中，對(duì)于植物的污水處理作用，還需要提高植物的成活率，隨著植物種類(lèi)的不斷豐富，可以在很大程度上提高人工濕地污水處理系統(tǒng)的污水處理效率。加強(qiáng)對(duì)濕地植物的管理，并對(duì)其在不同環(huán)境中的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行調(diào)查，從而提高濕地植物污水處理工作的質(zhì)量。

（三）微生物的消解作用

在人工濕地中，只有一小部分的微生物對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生了影響，而大多數(shù)的微生物則是對(duì)水環(huán)境中的污染物起到了主要的作用。好氧微生物利用自己的呼吸，將污水中的大部分有機(jī)物分解為二氧化碳和水，厭氧菌將有機(jī)物分解為二氧化碳和甲烷，硝化菌硝化銨鹽，反硝化菌將硝酸鹽氮還原為氮等一系列功能，在此過(guò)程中，污水中的主要有機(jī)污染物能夠被降解并被吸收，從而變成微生物細(xì)胞的一部分，剩下的則變成對(duì)環(huán)境無(wú)害的無(wú)機(jī)物質(zhì)，最終回到自然之中。同時(shí)，也有部分原生生物與后生生物共存。部分沼澤中的生物還能通過(guò)攝取沉降到沼澤中的有機(jī)顆粒物，并將其轉(zhuǎn)化為養(yǎng)分，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)沼澤中顆粒物的清除[3]。人工濕地在污水處理系統(tǒng)中對(duì)微生物的消解作用的應(yīng)用技術(shù)包括了微生物分子生態(tài)學(xué)技術(shù)，該技術(shù)的研究領(lǐng)域也是非常廣泛的。利用生物技術(shù)對(duì)人工濕地中的污水治理體系進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，其應(yīng)用前景也是非常廣闊的。

（四）河道走廊濕地

河道走廊濕地是通過(guò)工程技術(shù)手段在河道內(nèi)修筑適宜水生植物生長(zhǎng)的水下地形，并在河道內(nèi)設(shè)置滯留塘、人工水草、人工物質(zhì)遷移系統(tǒng)及生態(tài)凈化床等，達(dá)到水質(zhì)凈化及生態(tài)修復(fù)的目的。滯留塘中密植的沉水植物、人工水草、人工物質(zhì)遷移系統(tǒng)及生態(tài)凈化床可為水中微生物的生長(zhǎng)、繁殖提供巨大的空間，使微生物群落的生物量和生物多樣性最大化發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的高效凈化。

二、人工濕地污水處理系統(tǒng)的工作原理

（一）濕地生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成要素

在人工濕地系統(tǒng)中，通過(guò)各種物理化學(xué)手段，如吸附，過(guò)濾，離子交換等，去除污水中的有害物質(zhì)。在人工濕地中，植物占據(jù)著很大的比重，是對(duì)污水進(jìn)行處理的重要環(huán)節(jié)。第一，植物能直接從水體中吸取養(yǎng)分，并能吸附某些重金屬等有害物質(zhì)。其次，它們能為根中的有氧菌供給氧；三是增強(qiáng)了介質(zhì)的透水性。濕地中的微生物主要負(fù)責(zé)對(duì)水中的有毒物質(zhì)進(jìn)行降解，而根區(qū)中的微生物主要有好氧、兼氧和厭氧三種，其中放線菌、硫酸菌、硝化菌等是最具代表性的微生物，對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解和去除起到了重要的作用。

（二）采用人工濕地技術(shù)

人工濕地的工藝形式主要可以劃分成兩種：一種是地表流工藝，即污水在濕地的表層流動(dòng)，水位通常在20 cm 到60 cm之間，這種工藝形式的投資比較低，負(fù)載也比較小，但它也存在著諸多的缺點(diǎn)，比如冬天在寒冷的地方，污水會(huì)結(jié)冰，夏天會(huì)繁殖蚊子、蒼蠅等，還會(huì)產(chǎn)生一股惡臭。另一種是地下潛流工藝，即污水在濕地的地表下流經(jīng)，該工藝形式受氣候的影響不大，但其投資比較高，負(fù)載也比較大。經(jīng)過(guò)濕地凈化后的水質(zhì)，因?yàn)槲鬯乃|(zhì)以及污水在濕地中的滯留時(shí)間的不同，而存在著一定的差別。因此，系統(tǒng)可以根據(jù)出水水質(zhì)的需要，對(duì)處理工藝進(jìn)行選擇，對(duì)凈化時(shí)間進(jìn)行控制，并對(duì)濕地面積進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（三）研究了人工濕地對(duì)水體水質(zhì)的影響

人工濕地是以基質(zhì)、植物和微生物為主體的一種生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)污水進(jìn)行深度處理的一種方法。氮素去除：氮素去除過(guò)程中，基質(zhì)、植物、微生物起著重要作用。污水中的氮可以分成兩類(lèi)，一類(lèi)是有機(jī)氮，另一類(lèi)是無(wú)機(jī)氮，微生物可以利用硝化和反硝化將有機(jī)氮除去，另一類(lèi)是介質(zhì)的吸附、過(guò)濾以及植物的吸收、吸附，也可以將水體中的無(wú)機(jī)氮除去。除磷：在人工濕地中，通過(guò)化學(xué)沉淀、藻類(lèi)物質(zhì)的吸收，以及磷細(xì)菌的分解，可將污水中的磷清除掉。當(dāng)污水流經(jīng)人工濕地的時(shí)候，水中的有機(jī)磷會(huì)被磷細(xì)菌對(duì)其進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化，而無(wú)機(jī)磷會(huì)被藻類(lèi)物質(zhì)所吸收，更多的是會(huì)與介質(zhì)中的鐵、鋁、鈣的氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而生成磷酸鐵、磷酸鋁、磷酸鈣這些難以溶解的物質(zhì)，最終通過(guò)沉淀將其去除。

三、提高人工濕地運(yùn)行效果的有效措施

圖1 河道走廊型濕地工藝原理圖

人工濕地?fù)碛卸喾N多樣的處理原理，其中包含了很多層次，比如微生物、植物、土壤等，它們都會(huì)被運(yùn)用到人工濕地污水處理技術(shù)的原理中。目前，對(duì)于人工濕地處理技術(shù)原理，人們大多已有了一定的認(rèn)識(shí)，但仍有一些問(wèn)題，比如，金屬污染物的消除原理，希望可以得到更多的探討。因此，要想進(jìn)一步提高人工濕地的污水處理技術(shù)，就必須要改善人工濕地的運(yùn)行效率。

（一）提高凈化效果

人工濕地系統(tǒng)是基于天然濕地凈化原理而產(chǎn)生的，其凈化速度較低，水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，占用面積較大。因此，提高凈化效果，降低成本，減少耕地是當(dāng)前的主要研究方向。首先，對(duì)底泥的選擇進(jìn)行最優(yōu)。不同底泥的脫污性能有一定差別，底泥的組合對(duì)污水的脫污性能也有一定的影響。例如，以去除有機(jī)物為主要目標(biāo)的濕地系統(tǒng)，應(yīng)選擇一些比表面積大、表面粗糙、不易降解的基質(zhì)，如輕質(zhì)陶粒等，來(lái)增加系統(tǒng)中的異養(yǎng)型微生物的數(shù)量和濃度，從而對(duì)有機(jī)物的去除進(jìn)行強(qiáng)化；對(duì)于以除磷為主的濕地，應(yīng)選用具有良好吸磷性和易于再生的物質(zhì)，例如：硅藻土，加強(qiáng)對(duì)磷素的吸附；針對(duì)以脫氮為主的沼澤濕地，在構(gòu)建低氧微環(huán)境時(shí)，需充分利用土壤中的有機(jī)質(zhì)，如農(nóng)林廢棄物、礦物廢棄物等。其次，通過(guò)對(duì)植物群體內(nèi)部及群體之間的配置關(guān)系的分析，探討了人工濕地系統(tǒng)中各物種之間的配置關(guān)系，以達(dá)到改善人工濕地系統(tǒng)的水質(zhì)效果。

（二）基質(zhì)再生

通過(guò)對(duì)基體在達(dá)到飽和狀態(tài)后，對(duì)其進(jìn)行快速的再生，實(shí)現(xiàn)對(duì)其凈化效果的有效修復(fù)，達(dá)到提高系統(tǒng)壽命、降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。在前期工作基礎(chǔ)上，對(duì)“落水-停水”的啟動(dòng)時(shí)間及間隔進(jìn)行深入的分析，以揭示“落水-停水”模式對(duì)底泥生物脫磷效果的影響機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)底泥生物脫磷提供理論依據(jù)。該方法通過(guò)改變基質(zhì)類(lèi)型、再生藥劑組成及濃度，以及環(huán)境條件（如溫度、pH 等）等因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)基質(zhì)的化學(xué)再生。在此基礎(chǔ)上，探索出適合于不同類(lèi)型基體的最優(yōu)組分及用量，以增強(qiáng)基體化學(xué)再生的可行性。當(dāng)?shù)孜镂竭_(dá)到一定程度后，可以添加蔗糖、厭氧塘水、釀酒污水等的再生劑，使底物達(dá)到一定程度后，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)底物的重新利用，從而減少對(duì)底物的破壞，減少底物置換的費(fèi)用，并使脫附后的底物被回收利用。

生物修復(fù)本質(zhì)上是基質(zhì)-植物-微生物三者之間的協(xié)同作用，可利用功能微生物、曝氣、碳源等強(qiáng)化手段來(lái)增強(qiáng)其協(xié)同效果，進(jìn)而提升系統(tǒng)的凈化效能。通過(guò)對(duì)底泥中的離子交換與生物轉(zhuǎn)化的調(diào)控，對(duì)底泥中的離子濃度與交換速率、碳源與溶解氧、微生物群落組成等因素進(jìn)行調(diào)控，以提高底泥中的生物再生效率與效果。在各種處理方式中，添加硝化泥的生化處理方式對(duì)底泥的脫硝和再生作用最為顯著。

四、發(fā)展趨勢(shì)

在發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家，采用人工濕地技術(shù)對(duì)城市生活污水進(jìn)行治理已成為一項(xiàng)十分重要的技術(shù)。近幾年來(lái)，已有不少學(xué)者對(duì)利用人工濕地對(duì)工業(yè)和農(nóng)業(yè)污水進(jìn)行了處理。人工濕地對(duì)工業(yè)污水、難降解有機(jī)污水等具有獨(dú)特的凈化機(jī)制，其對(duì)工業(yè)污水、難降解有機(jī)污水等具有較好的處理效果，近年來(lái)，通過(guò)對(duì)人工濕地的改造或與其他技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)污水和農(nóng)業(yè)面源污染的有效控制，并取得了一定的效果，但目前對(duì)其非點(diǎn)源污染的研究較少。當(dāng)前，利用人工濕地治理工業(yè)污水的研究，多集中在對(duì)淀粉、制糖、乳制品、煉油、造紙和油田開(kāi)采等工業(yè)污水和礦山酸性污水的處理上。重金屬離子、生化需氧量、化學(xué)需氧量以及致病菌和石油類(lèi)污染物是其特征性污染物。針對(duì)污水處理開(kāi)展如下工作：首先以污水中的典型污染物為指示因子，探索人工濕地的構(gòu)建方法和工程參數(shù)，推導(dǎo)出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)公式。然后考察低濃度、高鹽度、毒性和難降解有機(jī)物對(duì)人工濕地的氧氣分布和微生物棲息地的影響。此外根據(jù)各區(qū)域的水質(zhì)特點(diǎn)，選擇具有較強(qiáng)抗性和較好凈化能力的工程植物；最后構(gòu)建基于不同區(qū)域、不同氣候條件和不同特征的工業(yè)污水利用情況的數(shù)據(jù)庫(kù)，推動(dòng)人工濕地技術(shù)在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，從污水處理的角度來(lái)說(shuō)，人工濕地不僅經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，處理成本低，處理效果好，而且在構(gòu)建生態(tài)城市方面也有很大的作用。但是，對(duì)于人工濕地處理污水的技術(shù)，我國(guó)的研究和應(yīng)用還不是很成熟。因此，要想將該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用和推廣，就必須要將其與國(guó)內(nèi)各個(gè)區(qū)域的實(shí)際情況相結(jié)合，并且要做好調(diào)查工作，獲得各個(gè)區(qū)域的具體數(shù)據(jù)，然后選擇適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)進(jìn)行推廣和應(yīng)用，從而開(kāi)拓出一條既經(jīng)濟(jì)又高效的污水處理途徑。