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【摘要】随着国家经济的不断发展，人们生活水平逐渐提高，污水处理问题日益严重，在污水处理过程中，可建立人工湿地系统来解决，人工湿地系统是一种综合的生态系统，具有成本低、效率高、简便的特点，得到了广泛的应用。本文主要针对污水处理中的人工湿地强化技术进行研究，提供参考帮助。
【关键词】污水处理，人工湿地，强化技术，研究
中图分类号：X702 文献标识码：A
一.前言
近些年来，我国经济快速发展，同时带来了严重的环境污染，水污染问题尤其突出，随之污水处理技术得到广泛的应用，其中人工湿地技术在生态文明建设中优势显著，因此应用广泛。但人工湿地技术的局限性使其难以得到最大范围的应用，下面将进一步研究分析污水处理中的人工湿地强化技术。
二.人工湿地处理技术的分类
目前国内外常见的人工湿地主要有3种形式，垂直流人工湿地、表面流人工湿地和潜流人工湿地。垂直流人工湿地的填料床深度一般为潜流人工湿地的2倍左右，且深床结构容易堵塞，造价较高，主要用于精处理和某些工业废水的处理。因此用于城镇和农村生活污水处理的主要是表面流和潜流人工湿地两种形式，表面流人工湿地对废水的处理过程也就是湿地的植物，基质和微生物之间的物理、化学、生物过程的相互作用，其运行受气候环境影响大、在寒冷的冬季需考虑冰冻情况，表面流人工湿地成熟其短，只需要3-4个月，表面流人工湿地通常是利用天然沼泽，废弃河道等洼地改造而成，因而建设费用比其它人工湿地要低。潜流型人工湿地维持在基质床的表面下，这类湿地的基质一般由矿石和粗砂组成，从而能提供较多的孔隙使得污水能迅速渗漏到整个基质床，充分利用了基質表面生长的生物膜和丰富的植物根系，同时又具有保温性、处理过程受气候影响小等特点。
三.人工湿地处理技术的应用
人工湿地也可利用处理多种废水，其中包括城镇废水、城镇初期雨水，农业径流、工业废水、造纸废水、矿山酸性排水，填埋场渗流液以及污水处理厂出水的深度处理。可以根据特定的气候条件及废水的特性来设计和建造人工湿地。传统的二级活性污泥处理方式投资多、耗能大、运行管理要求高，对控制城市环境污染起到了一定的作用，但污水处理厂的建立和运行给政府带来了沉重的财政负担，随着我国城市发展速度加快，污水处理能力明显滞后，而许多中小型城市经济发展水平低，可选用的污水处理技术少，缺乏具有一定操作管理和技术水平的人员，这是水污染控制的重点和难点，而人工湿地的优越性恰好弥补了污水处理中的资金和技术的严重不足，建立人工湿地处理城市污水，可以达到环境、经济、生态效益的统一，不仅使污水得到了净化，而且出水可以直接发展水稻种植和渔业养殖，这样就解决了人工湿地面积大的问题。
四.人工湿地强化技术研究
1.基质强化
（一）基质去除污染物质的原理
基质又称为填料，一般由土壤、细沙、粗砂、砾石、灰渣及石灰石、沸石、鹅卵石等一种或几种组成。在基质本身的理化性质和体系中的物化环境共同作用之下，污染物质被有效地过滤、沉降和吸附。
（二）新型基质的开发应用
从净化效果上看，基质的主要贡献在于对磷的去除。基质中Ca、Fe和Al等元素的含量决定了其对磷的吸附能力，富含钙和铁铝的基质除磷能力强。一些新型人工基质能显著提高磷的吸附率。Brix等研究了潜流人工湿地中l0余种沙质及几种不同人工基质(细碎的大理石、硅藻土、蛭石和方解石)对磷吸附能力，发现方解石和细碎大理石(两者的含钙量远远超过其他基质)对磷的吸附能力最好，且柱状试验表明，方解石和细碎大理石的除磷率比天然沙石高出25％～75％。Sakadevan等比较了土壤、沸石和炉渣作为潜流型湿地基质的除磷效果，发现炉渣的吸磷能力最大。Gray等的研究表明，以钙化海藻为基质的潜流型人工湿地系统对磷的去除率高达98％，明显高于以砾石作基质时的情况，去除效果和页岩或矿渣相当。Njau等认为，浮石层土壤作为潜流人工湿地的基质具有从废水中除去磷的良好潜力：浮石层土壤是火山爆发而形成的多孔性火山岩，富含Fe、Al、Ca和Mg，比表面积大(13．4m／g)，不仅为吸附磷提供大的吸附表面，而且为微生物的附着提供场所。研究表明浮石层土壤对磷的吸附符合一级动力学，并且吸附作用受到质量传递的限制，增加液体的流速能增加正磷酸盐的吸附速度。将浮石层土壤与日本风化花岗岩比较，发现两者的Al含量在同一数量级上，但前者对Fe、Ca、Mg和Ti的含量明显高于后者。用伊利石矿、粘土、钙的化合物混合而成的轻骨料也有作为人工湿地基质潜在应用价值。研究表明，在轻骨料的生产过程中加入更多的Ca，可显著提高对磷的吸附能力；并且在轻骨料悬浮系统中，当溶液中的磷负荷下降时，磷的解吸附作用并不发生。
（三）不同基质的组合
针对不同的污染物，选用不同的基质及其组合不同的基质对同种污染物质的处理能力是不同的，并且某些基质的组合要优于单一基质的处理能力。因此，可根据污水中的污染物的种类、特征选取不同的基质或采取几种基质的组合。如处理以SS、COD和BOD为特征污染物的污水时，可选用土壤、细沙、粗沙、砾石、灰渣或碎瓦片中的一种或几种作为基质；如以除磷为主，可选用石灰石作为基质；而要去除TN、TP，最好采用沸石-石灰石组合的基质；而采用沸石作填料的湿地系统，对暴雨径流有较好的综合净化能力。
2.组合工艺的强化
组合工艺的强化包括不同类型湿地组合的复合型湿地系统和湿地与其它工艺的结合。Cooper等研究了垂直流和水平流人工湿地相结合的组合工艺，改工艺能相互弥补，各展所长。作为一种二级或者深度处理的人工湿地技术有很广阔的应用前景。张晟等考察了推流床-下行流-上行流、下行流-上行流-推流床、好氧塘-下行流、下行流-兼性塘、推流床-下行流、下行流-上行流、推流床等8种不同工艺组合人工湿地系统对富营养化湖泊水体中磷的去除规律，证明了下行流-上行流复合垂直流湿地具有最佳的除磷效率。戴世明等对滴滤池／人工湿地组合工艺处理农村生活污水进行了研究，结果表明该组合工艺处理农村生活污水是完全可行的，对污染物的去除也能够达到很高的程度，而且运行费用仅为O．23元/m3。贺峰等对生物膜-人工湿地组合工艺处理城镇生活污水的研究表明，BBFR-IVCW联合工艺在处理小城镇污水方面能相互耦合发挥各自优势，达到了处理效果好、稳定性强、抗负荷能力高的目的。BBFR单元和IVCW单元在对污染物的去除上各有所长，BBFR对COD有较好的去除作用，IVCW对N、P有较好的去除作用。曝气／微生物／人工湿地组合工艺也被李捍东等用于处理黑臭河水，结果让出水中NH3-N<2mg／L，TP<0．4mg／L，满足《地表水环境质量标准》中V类水质的要求。Murry-Guide等研究了反渗透-人工湿地组合工艺处理油田废水，反渗透工艺作为人工湿地的前处理系统用于处理高含盐量废水，能够减轻并消除盐分对系统的毒害作用，其湿地系统的出水能够用作灌溉用水。
3.其他强化方式
（一）保温措施
在较为寒冷的地区可以通过在湿地系统上加覆盖物来解除低温会对湿地系统的影响(温度较低，会使湿地系统冰冻，硝化菌、亚硝化菌的活性急剧下降，硝化和反硝化作用受到抑制)。
（二）引进新的生物种群
徐德福等分析了蚯蚓对人工湿地系统的优化，蚯蚓作为分解者在生态环境中有着重要的作用，将蚯蚓引入人工湿地，可以延长人工湿地的食物链，增加人工湿地食物网的丰富度，提高人工湿地的净化能力；蚯蚓也可作为一个有效的生物指标来实时监控人工湿地的运行状况；蚯蚓也能够改变人工湿地中物质的循环途径，是污染物质脱离人工湿地系统而进入其他的循环系统，以降低人工湿地的污染负荷。优化的蚯蚓型人工湿地在联合基质、植物和微生物的情况下来实现废水的高效净化，并能够缓和湿地系统的堵塞、退化等问题。
五.结束语
综上所述，污水处理中的人工湿地在技术方面具有较大的提升空间，随着科学技术的不断发展，新材料的应用，相信在不远的未来，人工湿地技术将在各个行业发挥更大的作用，创造更多的社会经济效益。
参考文献：
[1]邓春蕾,王克科,王岩,高效除氮菌在模拟人工湿地中的应用,四川环境,2011年"
[2]宋志文，张锡义，汤华崇，等．人工湿地污水处理技术及其发展．青岛建筑工程学院学报，2010，25(2)：58-61
[3]徐丽花，周琪．不同填料人工湿地处理系统的净化能力研究．上海环境科学，2011，21(10)：603—605
[4]于洪存.人工湿地污水处理技术在北方城市的应用[J].环境保护与循环经济，2010，05：27-29.
[5]杜璋璋.人工湿地污水处理技术及其在济宁市的应用研究[D].山东师范大学，2011.
[6]杨新萍，周立祥，戴媛媛，等.潜流人工湿地处理微污染河道水中有机物和氮的净化效率及沿程变化[J].环境科学，2010,29(8):2177-2182.
【关键词】污水处理，人工湿地，强化技术，研究
中图分类号：X702 文献标识码：A
一.前言
近些年来，我国经济快速发展，同时带来了严重的环境污染，水污染问题尤其突出，随之污水处理技术得到广泛的应用，其中人工湿地技术在生态文明建设中优势显著，因此应用广泛。但人工湿地技术的局限性使其难以得到最大范围的应用，下面将进一步研究分析污水处理中的人工湿地强化技术。
二.人工湿地处理技术的分类
目前国内外常见的人工湿地主要有3种形式，垂直流人工湿地、表面流人工湿地和潜流人工湿地。垂直流人工湿地的填料床深度一般为潜流人工湿地的2倍左右，且深床结构容易堵塞，造价较高，主要用于精处理和某些工业废水的处理。因此用于城镇和农村生活污水处理的主要是表面流和潜流人工湿地两种形式，表面流人工湿地对废水的处理过程也就是湿地的植物，基质和微生物之间的物理、化学、生物过程的相互作用，其运行受气候环境影响大、在寒冷的冬季需考虑冰冻情况，表面流人工湿地成熟其短，只需要3-4个月，表面流人工湿地通常是利用天然沼泽，废弃河道等洼地改造而成，因而建设费用比其它人工湿地要低。潜流型人工湿地维持在基质床的表面下，这类湿地的基质一般由矿石和粗砂组成，从而能提供较多的孔隙使得污水能迅速渗漏到整个基质床，充分利用了基質表面生长的生物膜和丰富的植物根系，同时又具有保温性、处理过程受气候影响小等特点。
三.人工湿地处理技术的应用
人工湿地也可利用处理多种废水，其中包括城镇废水、城镇初期雨水，农业径流、工业废水、造纸废水、矿山酸性排水，填埋场渗流液以及污水处理厂出水的深度处理。可以根据特定的气候条件及废水的特性来设计和建造人工湿地。传统的二级活性污泥处理方式投资多、耗能大、运行管理要求高，对控制城市环境污染起到了一定的作用，但污水处理厂的建立和运行给政府带来了沉重的财政负担，随着我国城市发展速度加快，污水处理能力明显滞后，而许多中小型城市经济发展水平低，可选用的污水处理技术少，缺乏具有一定操作管理和技术水平的人员，这是水污染控制的重点和难点，而人工湿地的优越性恰好弥补了污水处理中的资金和技术的严重不足，建立人工湿地处理城市污水，可以达到环境、经济、生态效益的统一，不仅使污水得到了净化，而且出水可以直接发展水稻种植和渔业养殖，这样就解决了人工湿地面积大的问题。
四.人工湿地强化技术研究
1.基质强化
（一）基质去除污染物质的原理
基质又称为填料，一般由土壤、细沙、粗砂、砾石、灰渣及石灰石、沸石、鹅卵石等一种或几种组成。在基质本身的理化性质和体系中的物化环境共同作用之下，污染物质被有效地过滤、沉降和吸附。
（二）新型基质的开发应用
从净化效果上看，基质的主要贡献在于对磷的去除。基质中Ca、Fe和Al等元素的含量决定了其对磷的吸附能力，富含钙和铁铝的基质除磷能力强。一些新型人工基质能显著提高磷的吸附率。Brix等研究了潜流人工湿地中l0余种沙质及几种不同人工基质(细碎的大理石、硅藻土、蛭石和方解石)对磷吸附能力，发现方解石和细碎大理石(两者的含钙量远远超过其他基质)对磷的吸附能力最好，且柱状试验表明，方解石和细碎大理石的除磷率比天然沙石高出25％～75％。Sakadevan等比较了土壤、沸石和炉渣作为潜流型湿地基质的除磷效果，发现炉渣的吸磷能力最大。Gray等的研究表明，以钙化海藻为基质的潜流型人工湿地系统对磷的去除率高达98％，明显高于以砾石作基质时的情况，去除效果和页岩或矿渣相当。Njau等认为，浮石层土壤作为潜流人工湿地的基质具有从废水中除去磷的良好潜力：浮石层土壤是火山爆发而形成的多孔性火山岩，富含Fe、Al、Ca和Mg，比表面积大(13．4m／g)，不仅为吸附磷提供大的吸附表面，而且为微生物的附着提供场所。研究表明浮石层土壤对磷的吸附符合一级动力学，并且吸附作用受到质量传递的限制，增加液体的流速能增加正磷酸盐的吸附速度。将浮石层土壤与日本风化花岗岩比较，发现两者的Al含量在同一数量级上，但前者对Fe、Ca、Mg和Ti的含量明显高于后者。用伊利石矿、粘土、钙的化合物混合而成的轻骨料也有作为人工湿地基质潜在应用价值。研究表明，在轻骨料的生产过程中加入更多的Ca，可显著提高对磷的吸附能力；并且在轻骨料悬浮系统中，当溶液中的磷负荷下降时，磷的解吸附作用并不发生。
（三）不同基质的组合
针对不同的污染物，选用不同的基质及其组合不同的基质对同种污染物质的处理能力是不同的，并且某些基质的组合要优于单一基质的处理能力。因此，可根据污水中的污染物的种类、特征选取不同的基质或采取几种基质的组合。如处理以SS、COD和BOD为特征污染物的污水时，可选用土壤、细沙、粗沙、砾石、灰渣或碎瓦片中的一种或几种作为基质；如以除磷为主，可选用石灰石作为基质；而要去除TN、TP，最好采用沸石-石灰石组合的基质；而采用沸石作填料的湿地系统，对暴雨径流有较好的综合净化能力。
2.组合工艺的强化
组合工艺的强化包括不同类型湿地组合的复合型湿地系统和湿地与其它工艺的结合。Cooper等研究了垂直流和水平流人工湿地相结合的组合工艺，改工艺能相互弥补，各展所长。作为一种二级或者深度处理的人工湿地技术有很广阔的应用前景。张晟等考察了推流床-下行流-上行流、下行流-上行流-推流床、好氧塘-下行流、下行流-兼性塘、推流床-下行流、下行流-上行流、推流床等8种不同工艺组合人工湿地系统对富营养化湖泊水体中磷的去除规律，证明了下行流-上行流复合垂直流湿地具有最佳的除磷效率。戴世明等对滴滤池／人工湿地组合工艺处理农村生活污水进行了研究，结果表明该组合工艺处理农村生活污水是完全可行的，对污染物的去除也能够达到很高的程度，而且运行费用仅为O．23元/m3。贺峰等对生物膜-人工湿地组合工艺处理城镇生活污水的研究表明，BBFR-IVCW联合工艺在处理小城镇污水方面能相互耦合发挥各自优势，达到了处理效果好、稳定性强、抗负荷能力高的目的。BBFR单元和IVCW单元在对污染物的去除上各有所长，BBFR对COD有较好的去除作用，IVCW对N、P有较好的去除作用。曝气／微生物／人工湿地组合工艺也被李捍东等用于处理黑臭河水，结果让出水中NH3-N<2mg／L，TP<0．4mg／L，满足《地表水环境质量标准》中V类水质的要求。Murry-Guide等研究了反渗透-人工湿地组合工艺处理油田废水，反渗透工艺作为人工湿地的前处理系统用于处理高含盐量废水，能够减轻并消除盐分对系统的毒害作用，其湿地系统的出水能够用作灌溉用水。
3.其他强化方式
（一）保温措施
在较为寒冷的地区可以通过在湿地系统上加覆盖物来解除低温会对湿地系统的影响(温度较低，会使湿地系统冰冻，硝化菌、亚硝化菌的活性急剧下降，硝化和反硝化作用受到抑制)。
（二）引进新的生物种群
徐德福等分析了蚯蚓对人工湿地系统的优化，蚯蚓作为分解者在生态环境中有着重要的作用，将蚯蚓引入人工湿地，可以延长人工湿地的食物链，增加人工湿地食物网的丰富度，提高人工湿地的净化能力；蚯蚓也可作为一个有效的生物指标来实时监控人工湿地的运行状况；蚯蚓也能够改变人工湿地中物质的循环途径，是污染物质脱离人工湿地系统而进入其他的循环系统，以降低人工湿地的污染负荷。优化的蚯蚓型人工湿地在联合基质、植物和微生物的情况下来实现废水的高效净化，并能够缓和湿地系统的堵塞、退化等问题。
五.结束语
综上所述，污水处理中的人工湿地在技术方面具有较大的提升空间，随着科学技术的不断发展，新材料的应用，相信在不远的未来，人工湿地技术将在各个行业发挥更大的作用，创造更多的社会经济效益。
参考文献：
[1]邓春蕾,王克科,王岩,高效除氮菌在模拟人工湿地中的应用,四川环境,2011年"
[2]宋志文，张锡义，汤华崇，等．人工湿地污水处理技术及其发展．青岛建筑工程学院学报，2010，25(2)：58-61
[3]徐丽花，周琪．不同填料人工湿地处理系统的净化能力研究．上海环境科学，2011，21(10)：603—605
[4]于洪存.人工湿地污水处理技术在北方城市的应用[J].环境保护与循环经济，2010，05：27-29.
[5]杜璋璋.人工湿地污水处理技术及其在济宁市的应用研究[D].山东师范大学，2011.
[6]杨新萍，周立祥，戴媛媛，等.潜流人工湿地处理微污染河道水中有机物和氮的净化效率及沿程变化[J].环境科学，2010,29(8):2177-2182.