人工湿地污水净化原理

人工湿地污水净化原理

现阶段，污水排放量增加、居民用水短缺成为社会发展亟待解决的问题。化学、物理和生物三种处理方法是当前较为常用的污水净化手段。近几年，物理处理方法快速更新和发展，以人工湿地为主的各种物理净化手段受到社会各界的关注。人工湿地在污水净化中具有突出的优势，其能够快速适应水质的变化范围，操作简单快捷，污水净化处理效果较好。因此，本研究分析人工湿地运行对污水净化的原理及影响因素。

1 人工湿地的构成、类型

1.1 人工湿地构成

人工湿地是与沼泽较为类似的地貌类型，由人工建造而成，受人工控制。作为综合生态系统，人工湿地贯彻落实了结构与功能协调的原则，从物质循环再生原理角度出发，有效地避免环境再污染。人工湿地可以消解污泥、污水等，使污泥、污水顺着特定方向流动，借助人工介质、土壤、植物等物理因素，使物理、化学、生物发挥协同性作用，从而实现对污泥和污水的处理，是一种新型技术。人工湿地主要由基质、植物、水体、氧微生物防渗层等构成。其中，基质层的构成包括土壤、填料和植物根系;植物的构成包括芦苇、水葱等能够在水饱和厌氧状态下生长的植物;水体不仅能够在基质层流动，也能够在基质表面流动。人工湿地的作用机理，主要是通过滞留、吸附、过滤、沉淀和微生物分解等多种作用，实现对污水、污泥的处理。

1.1 人工湿地类型

1.1.1 以受污染水体划分

人工湿地有不同的类型，以受污染水体划分，最为常见的人工湿地类型是表面流人工湿地系统和潜流式人工湿地系统。

表面流人工湿地系统也被称为自由水面人工湿地，与自然湿地具有类似性，有较多的底泥，水面暴露在大气中。污水一般在人工湿地的表层流动，水位介于0.1 ～

0.6

m，相对较浅，使得污水中多数有机物的去除是通过人工湿地中生长在水下的植物茎杆生物膜完成。表面流人工湿地操作相对简单，运行费用低，但是水力负荷偏低，污水净化效果不足。潜流式人工湿地系统由单个或多个填料床组成，床体以防水层为主，填充由砾石和土壤构成的基质，表层土壤栽种耐水性较强的植物。污水或污泥从湿地填料床流过，会在填料表面不断渗流，借助填料表面生物膜、植物根等，能够进一步提高污水和污泥的处理效果。此外，地表下流动的水流保温性较好，在对污水或污泥处理时，并不会过度受环境影响，具有良好的卫生条件，因而此种人工湿地是当前最为常用的。

1.1.2 以作用和植物划分

人工湿地类型多样，根据作用机理和植物种类，人工湿地可以分为多种类型。根据作用差异，人工湿地可以划分为 4

种类型。一是人工处理湿地，多用于对城市生活污水、工业生产污水的净化与处理。二是人工水产湿地，多用于农业生产养殖、鱼虾水产养殖。三是人工抗洪湿地，多用于在发生洪水灾害时，减轻和控制灾难，作用较为突出。四是人工生态湿地，多用于维持生态环境平衡，保护物种的多样性发展。

根据栽种的植物差异，人工湿地可以划分为 3

种类型。一是挺水植物人工湿地，植物有部分生长在湿地水下，有部分生长在湿地水上。二是浮水植物人工湿地，植物全部漂浮在湿地水上。三是沉水植物人工湿地，植物全部沉于湿地水下。

2 人工湿地运行对污水净化的原理

2.1 有机物与氮的去除机理

通常，根据水生植物、微生物的共同作用，人工湿地可以实现对污水的净化与处理，其对有机物的处理能力较强。人工湿地能够通过沉淀和过滤截留污水中的不溶性有机物，使其被微生物消解，同时能够借助微生物的吸附作用，通过微生物代谢逐渐去除可溶性有机物。一般来说，不溶性有机物进入人工湿地

5 m 水深后，就能够快速被去除。在污水中，氮主要以4 种形态存在，包括有机氮、亚硝态氮、氨氮和硝态氮。氮去除机理是氮在进入人工湿地后会挥发，借助人工湿地系统的填料吸附、过滤和沉淀等，植物充分吸收挥发后的氮，利用微生物硝化来实现对氮的去除。通常，污水中的无机氮是植物生长中的重要物质。人工湿地中的植物能吸收无机氮，合成植物蛋白，通过收割植物，人们可以有效去除污水中的氮元素。有氧环境中，在硝酸细菌和亚硝酸细菌的作用下，氨氮能够转化成硝酸盐、亚硝酸盐;无氧环境中，硝酸盐可被还原成氮气，起到反硝化作用，从而提高人工湿地的氮去除率。

2.2 悬浮物与磷的去除机理

人工湿地可以净化污水，去除其中的悬浮物和磷元素。在悬浮物去除机理方面。表面流人工湿地的基质层相对平整，水力坡度适宜，进入人工湿地的污水并不会快速发生地表漫流，导致污水在流动的过程中全部流经基质层，在过滤与沉淀的作用下，悬浮物的去除率显著提高。在潜流人工湿地中，污水会顺着表面缓慢流动，使悬浮物在流动中不断沉降，最终去除。

在人工湿地中，物理作用、化学作用、生物吸附作用等均能够去除污水中的细小悬浮物。人工湿地主要借助微生物积累、植物吸收等作用，实现对磷的去除。其间，微生物除磷机理主要是利用聚磷菌对磷的摄取来实现的。在人工湿地中，植物光合作用、呼吸作用存在相互交替现象，导致好氧、厌氧交替出现，而厌氧状态的放磷会提高好氧状态的磷去除率。在植物吸收、同化的影响下，污水中的无机磷将会变成植物的有机成分，通过收割人工湿地中的植物，人们可以实现对磷的去除。此外，人工湿地中的填料也对磷具有一定的吸收作用。填料与表层土中的钙、磷发生离子交换反应，去磷作用较为显著。

3 人工湿地运行对污水净化的影响因素

3.1 基质

人工湿地净化污水的影响因素较多。其中，基质是较为常见的影响因素之一。基质是人工湿地系统的重要组成部分。同时，基质可为微生物提供稳定的附着空间，为湿地系统的植物提供更多营养。基质吸附是人工湿地净化污水的主要途径，能够有效实现对磷的去除。不同基质的污水净化效果显著不同。当前，人们可以将粉煤灰作为基质，将其与芦苇融合，构建人工湿地，提升污水中磷、氮的去除率。同时，以沸石芦苇床为主的人工湿地，可有效去除生活污水中的氮元素。冬天，受低气温影响，植物、微生物作用受到一定限制，并不明显。

3.2 植物

植物是影响人工湿地净化污水的重要因素。在人工湿地中，不同植物具有不同的耐水性和耐污性，人们要根据处理的水质不同，合理选择湿地植物，保证人工湿地系统的生物多样性，提高污水净化效率。人工湿地可以种植美人蕉、芦苇等，有研究指出，美人蕉、芦苇春季对氮的去除率未超过

60%，而夏季对氮的去除率超过85%。有植物的湿地系统对污水中的氮、磷等去除率更高，因而植物会影响人工湿地的污水净化效果。

3.3 气候

气候会影响人工湿地的污水净化水平。在较低的气温下，污水处理效果将会受到限制。一般来说，人工湿地的水温最好控制在20 ～25

℃，处理效果最好。

如果水温不超过10 ℃，人工湿地对污水的处理效率将会下降。在水温不超过4 ℃时，其硝化作用逐渐停止。天气寒冷会导致人工湿地系统结冰，造成管道发生破裂。所以，人们要合理控制人工湿地温度。当前，人们可以采用覆盖膜、空气隔层等方式，对人工湿地进行保温处理，提高人工湿地对污水的净化能力。

3.4 水力停留时间

水力停留时间是影响人工湿地污水净化效果的重要因素，它主要是人工湿地系统中污水的总停留时间，能够反映人工湿地系统的接触情况与状态。水力停留时间与人工湿地污水净化效果密切相关。通常，水力停留时间越长，氨氮、总磷的去除效果越好。污水在人工湿地系统中的停留时间越长，基质和植物能够有足够的时间，对污水中的氨氮、总磷等进行吸附和清除。水力停留时间延长，能够提高污水中氨氮和总磷的去除率，但是达到一定时间后，再延长水力停留时间，将会导致去除率降低。主要原因是污水中的磷元素向湿地系统基质表面扩散，从而影响去磷效果。因而，人们要根据污水处理效果和人工湿地水质，选择合理的水力停留时间。

4 结语

人工湿地具有缓冲容量大、工艺简单、成本费用低、污水处理效果好的优势。人工湿地可以净化污水，人们要明确人工湿地构成及类型，掌握人工湿地的污水净化原理，有效去除有机物、氮、磷和悬浮物等污染物。基质、植物、气候和水力停留时间等是影响人工湿地污水净化效果的因素，人们要合理把握各种影响因素，提高人工湿地的污水净化能力和应用水平。

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