人工濕地的污水凈化原理

現(xiàn)階段，污水排放增加，居民用水短缺已成為社會(huì)發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題?；瘜W(xué)、物理和生物三種處理方法是目前常用的污水凈化方法。近年來(lái)，物理處理方法的快速更新和發(fā)展，以人工濕地為主的各種物理凈化方法引起了社會(huì)各界的關(guān)注。人工濕地在污水凈化方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，能快速適應(yīng)水質(zhì)的變化范圍，操作簡(jiǎn)單快捷，污水凈化處理效果好。因此，本研究分析了人工濕地運(yùn)行對(duì)污水凈化的原理和影響因素。

一、人工濕地的構(gòu)成、類型。

1.1由人工濕地組成。

人工濕地是一種與沼澤相似的地貌類型，由人工建造，由人工控制。人工濕地作為一種綜合生態(tài)系統(tǒng)，貫徹結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)的原則，從物質(zhì)循環(huán)再生的原則出發(fā)，有效避免環(huán)境再污染。人工濕地可消除污泥、污水等，使污泥、污水沿特定方向流動(dòng)，借助人工介質(zhì)、土壤、植物等物理因素，使物理、化學(xué)、生物協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)污泥和污水處理，是一種新技術(shù)。人工濕地主要由基質(zhì)、植物、水、氧微生物防滲層等組成。其中，基質(zhì)層的組成包括土壤、填料和植物根系；植物的組成包括蘆葦、洋蔥等植物；水不僅可以在基質(zhì)層流動(dòng)，還可以在基質(zhì)表面流動(dòng)。人工濕地的作用機(jī)質(zhì)表面流動(dòng)。人工濕地的作用機(jī)制主要是通過(guò)滯留、吸附、過(guò)濾和其他作用來(lái)實(shí)現(xiàn)污水的處理。

1.2人工濕地類型。

1.2.1按污染水體劃分。

人工濕地有不同的類型，分為受污染的水。最常見(jiàn)的人工濕地類型是表面流人工濕地系統(tǒng)和潛流人工濕地系統(tǒng)。表面流人工濕地系統(tǒng)又稱自由水人工濕地，類似于自然濕地，底泥較多，暴露在大氣中。污水一般在人工濕地表面流動(dòng)，水位在0.1~0.6m以內(nèi)，相對(duì)較淺，通過(guò)人工濕地生長(zhǎng)在水下的植物莖生物膜去除污水中的大部分有機(jī)物。表面流人工濕地操作相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，但水力負(fù)荷低，污水凈化效果不足。潛水類型。

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，填充礫石和土壤組成的基質(zhì)，表面土壤種植耐水性強(qiáng)的植物。污水或污泥通過(guò)濕地填料床流動(dòng)，并將繼續(xù)滲入填料表面。借助填料表面的生物膜和植物根，可進(jìn)一步提高污水和污泥的處理效果。此外，表面下流動(dòng)的水具有良好的保溫性能。在處理污水或污泥時(shí)，不會(huì)受到環(huán)境的過(guò)度影響，衛(wèi)生條件良好。因此，這種人工濕地是目前最常用的。

1.2.2用作用和植物劃分。

人工濕地機(jī)理和植物類型，人工濕地可分為多種類型。

人工濕地差異，人工濕地可分為四種類型。

一是人工濕地處理，主要用于城市生活污水、工業(yè)生產(chǎn)污水的凈化和處理。

二是人工水產(chǎn)濕地，主要用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)養(yǎng)殖、魚(yú)蝦水產(chǎn)養(yǎng)殖。

第三，人工抗洪濕地主要用于減少和控制洪水災(zāi)害時(shí)的災(zāi)害。第四，人工生態(tài)濕地主要用于維持生態(tài)環(huán)境平衡，保護(hù)物種多樣性的發(fā)展。

根據(jù)種植的植物差異，人工濕地可分為三種類型。

一是挺水植物人工濕地，部分植物生長(zhǎng)在濕地水下，部分生長(zhǎng)在濕地水上。

二是浮水植物人工濕地，所有植物都漂浮在濕地水上。

三是沉水植物人工濕地，植物全部沉入濕地水下。

二、人工濕地運(yùn)行對(duì)污水凈化的原理。

2.1有機(jī)物和氮的去除機(jī)制。

通常，根據(jù)水生植物和微生物的共同作用，人工濕地可以凈化和處理污水，具有較強(qiáng)的有機(jī)物處理能力。人工濕地可以通過(guò)沉淀和過(guò)濾攔截污水中的不溶性有機(jī)物，使其被微生物消解。同時(shí)，可溶性有機(jī)物可以通過(guò)微生物代謝逐漸去除，借助微生物的吸附作用。一般來(lái)說(shuō)，不溶性有機(jī)物進(jìn)入人工濕地5m，氮主要以有機(jī)氮、亞硝氮、氨氮氮、氨氮和硝氮四種形式存在。氮的去除機(jī)理是氮進(jìn)入人工濕地后會(huì)揮發(fā)。在人工濕地系統(tǒng)填料吸附、過(guò)濾沉淀的幫助下，植物充分吸收揮發(fā)性氮，利用微生物硝化去除氮。通常，污水中的無(wú)機(jī)氮是植物生長(zhǎng)中的一種重要物質(zhì)。人工濕地中的植物可以吸收無(wú)機(jī)氮，合成植物蛋白，人們可以有效地去除污水中的氮。在有氧環(huán)境中，在硝酸細(xì)菌和亞硝酸細(xì)菌的作用下，氨氮可轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽；在無(wú)氧環(huán)境中，硝酸鹽可恢復(fù)為氮，發(fā)揮反硝化作用，提高人工濕地的氮去除率。

2.2去除懸浮物和磷的機(jī)制。

人工濕地可以凈化污水，去除懸浮物和磷元素。在懸浮物的去除機(jī)制方面。人工濕地表面基質(zhì)層相對(duì)平整，水力坡度適宜。進(jìn)入人工濕地的污水不會(huì)迅速流過(guò)地表，導(dǎo)致所有污水在流動(dòng)過(guò)程中流過(guò)基質(zhì)層。在過(guò)濾和沉淀的作用下，懸浮物的去除率顯著提高。在潛水人工濕地中，污水會(huì)沿表面緩慢流動(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、化學(xué)和生物吸附可以去除污水中的小懸浮物。人工濕地主要利用微生物積累、植物吸收等作用來(lái)去除磷。同時(shí)，微生物除磷機(jī)理主要是利用聚磷菌對(duì)磷的攝入來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在人工濕地中，植物光合作用和呼吸作用交替，導(dǎo)致好氧和厭氧交替，厭氧放磷會(huì)提高好氧磷的去除率。在植物吸收和同化的影響下，污水中的無(wú)機(jī)磷將成為植物的有機(jī)成分。通過(guò)收獲人工濕地中的植物，人們可以去除磷。此外，人工濕地中的填料也對(duì)磷有一定的吸收作用。填料和表面土壤中的鈣和磷。

離子交換反應(yīng)，去磷效果顯著。

三、人工濕地運(yùn)行對(duì)污水凈化的影響因素。

3.1基質(zhì)。

影響人工濕地污水凈化的因素很多。其中，基質(zhì)是影響人工濕地系統(tǒng)的常見(jiàn)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)可以為微生物提供穩(wěn)定的附著空間，為濕地系統(tǒng)中的植物提供更多的營(yíng)養(yǎng)?；|(zhì)吸附是人工濕地凈化污水的主要途徑，能有效去除磷。不同基質(zhì)的污水凈化效果明顯不同。目前，人們可以將粉煤灰作為基質(zhì)，與蘆葦結(jié)合，建設(shè)人工濕地，提高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以有效去除生活污水中的氮。冬季，受低溫影響，植物和微生物的作用受到限制，不明顯。

3.2植物。

植物是影響人工濕地污水凈化的重要因素。在人工濕地中，不同的植物具有不同的耐水性和耐污性，

根據(jù)不同的水質(zhì)，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。

人工濕地可種植美人蕉、蘆葦?shù)?。研究指出，春季美人蕉和蘆葦?shù)牡コ什怀^(guò)60%，夏季的氮去除率超過(guò)85%。植物濕地系統(tǒng)對(duì)污水中的氮磷去除率較高，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。在較低的溫度下，污水處理效果將受到限制。一般來(lái)說(shuō)，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(guò)10℃，人工濕地對(duì)污水的處理效率就會(huì)降低。當(dāng)水溫不超過(guò)4℃時(shí)，其硝化作用就會(huì)逐漸停止。寒冷的天氣會(huì)導(dǎo)致人工濕地系統(tǒng)結(jié)冰，導(dǎo)致管道破裂。因此，人們應(yīng)該合理地控制人工濕地的溫度。目前，人工濕地可采用覆蓋膜、空氣隔斷等方對(duì)人工濕地進(jìn)行，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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(zhǎng)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。