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叙述人工湿地污水处理技术的形成及其作用

时间:2018-08-15 14:27来源: 作者:
          随着环境保护的迅速发展，人们对湿地功能也有了广泛的认识。湿地作为"地球之肾"，担负着对地球自然水体的净化和处理功能。由于城市中天然湿地的逐渐减少和消亡，因此人工湿地以其独到的优越性受到了越来越多的关注和发展。



          人工湿地系统水质净化技术作为一种新型生态污水净化处理方法，其基本原理是在人工湿地填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个人工湿地生态系统。当污水通过湿地系统时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，而使水质得到净化。

          人工湿地系统水质净化的关键在于工艺的选择和对植物的选择及应用配置。如何选择和搭配适宜的湿地植物，并且将其应用于不同类型的湿地系统中成了我们在营建人工湿地前必须思考的问题。

          人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种污水处理技术，具有氮磷去除能力强、投资低、处理效果好、操作简单、维护和运行费用低等优点。本文首先介绍了人工湿地的构成和分类，然后着重分析了人工湿地的去污机理。

    　　1、人工湿地的构成

    　　人工湿地由基质、植物和微生物等部分构成。

    　　1.1 湿地基质

    　　人工湿地中的基质由粘土、粗砂、砾石、细砾、沸石、碎石、碎陶片、炉渣等其中的一种或多种组合而成，基质种类往往根据所处理污水的不同及所采用湿地构建方式的不同而不同。

    　　1.2 湿地植物

    　　现有大部分研究都证实了湿地植物在湿地净化污水的过程中起着重要的作用，湿地中植物具有“营养盐清道夫”之称。湿地植物的重要功能之一就是输送氧气至根部，从而在根区或根际形成一种好氧环境，这一环境能促进有机物质的分解和硝化细菌的生长，从而去除污水中的有机物及氮。湿地植物包括两类：漂浮植物和挺水植物，漂浮植物主要是水葫芦；挺水植物种类繁多，主要包括芦苇属、香蒲属、蕉草属等。

    　　1.3 湿地微生物

    　　微生物在湿地净化污水的过程中发挥重要作用，研究表明微生物在BOD5，COD以及氮等降解的过程中起着重要作用。人工湿地中的微生物主要包括细菌、真菌和放线菌。其中，细菌在湿地微生物中数量最多，占基质微生物总数量的70%～90%。细菌里又常包括好氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫细菌和磷细菌等。

    　　2、人工湿地的分类

    　　2.1 表面流人工湿地

    　　表面流人工湿地，污水从湿地表面流过。在流动的过程中废水得到净化，水深一般0.1～0.6米，水流呈推流式前进。污水从入口以一定速度缓慢流过湿地表面，部分污水或蒸发或渗入地下，出水由溢流堰流出。近水面部分为好氧层，较深部分及底部通常为厌氧层。在这种人工湿地中，主要种植挺水植物。表面流人工湿地中氧的来源主要靠水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用，但传输能力十分有限。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点，但占地面积较大，水力负荷率较小，易受季节影响，去污能力有限。

    　　2.2 潜流人工湿地

    　　潜流人工湿地水面位于湿地填料以下。根据湿地中水流的形态，可以分为垂直流、水平流和复合流三种人工湿地。

    　　2.2.1 垂直潜流人工湿地

    　　垂直潜流人工湿地污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，其水流方向与根系层呈垂直状态，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。垂直潜流人工湿地可用于处理氨氮较高的污水。其缺点是对有机物的处理能力不如水平潜流人工湿地系统，淹水时间较长，控制相对复杂，夏季有孳生蚊蝇的现象。

    　　2.2.2 水平潜流人工湿地

    　　水平潜流人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名。它由一个或多个填料床组成，床体填充基质，床底设有防渗，防止污染地下水。由于该系统中好氧生化反应所需氧气主要来自大气复氧，数量不够，脱氮效率不高。但水平潜流人工湿地的水力负荷大，对BOD5、CODCr、SS、重金属等污染指标的去除效果好，而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，能有效解决北方寒冷地区的冬季防冻问题。

    　　2.2.3 复合潜流人工湿地

    　　复合潜流人工湿地的水体流态既有水平流又有垂直流。采用复合潜流人工湿地系统处理城镇居民生活污水的研究表明，它对NH3-N、TP、CODCr、BOD5、TSS、细菌总数和浊度的去除率高达80%以上，出水水质达到国家杂用水标准。

    　　3、人工湿地去污机理

    　　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。

    　　3.1 SS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。

    　　3.2 BOD、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BOD、COD。

    　　3.3 氮的去除

    　　大多数污水中N是主要成分，N在环境中以多种形式存在，有复杂的循环路径。TN由不同比例的颗粒有机氮、溶解有机氮、氨氮、亚硝态氮和硝态氮构成。N2和N2O在N循环中很重要。矿化、生物吸收、硝化和异化是使氮的一种形式转到另一种形式的过程。这些过程是物质平衡过程，N在同一个系统内循环。反硝化和氨氮的挥发是物质去除的过程，从而致使N从系统中得到去除。

    　　3.4 磷的去除

    　　无机磷是湿地植物必需的养分。腹水中无机磷在植物吸收及同化作用下可变成植物的DNA、RNA等有机成分，通过植物收割而去除。物理化学作用包括填料对磷的吸附及填料与磷酸根离子的化学反应，这种作用对无机磷的去除会因填料中A13+、Ca2+、Fe2+可与PO43-发生吸附和反应而沉淀去除。

          一个人工湿地系统的建立，植物的选择和配置是很重要的考虑因素。在系统建立和植物栽种配置时要将系统的主要功能与植物的植物学特性充分结合起来考虑。只有这样，才能充分发挥不同植物各自的优势，达到更好的处理净化效果。

          湿地植物的栽种配置要根据具体的应用环境和系统工艺来确定，对于一些应用工艺范围较广的植物类型，要充分考虑其在该工艺中的优势，能使其充分发挥自己的长处而居于主导地位。
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