人工湿地在污水处理厂尾水水质净化应用

引言

随着我国污水处理率的不断提高，污水处理厂尾水的深度处理与回用问题日益突出。人工湿地作为一种生态型污水处理技术，具有建设运行成本低、维护管理简单、生态环境效益显著等特点，在污水处理厂尾水深度处理领域展现出良好的应用前景。人工湿地可以用来处理低污染废水、改善水质，其具有节能、环保、经济效益高等特点，被广泛应用于城市污水尾水与农业排放污水处理、水源补给与生态保护等方面。大量实践经验和实验研究表明，人工湿地能有效去除污水中的氮、磷、大肠杆菌和病原体等物质。人工湿地系统中的填料、微生物和植物可以通过沉淀、吸附和分解转化等方式去除污水中的部分污染物质。

1 人工湿地的类型

（1）表面流人工湿地。表面流人工湿地与自然湿地类似，污水在湿地表面流动，通过水生植物的吸收、微生物的分解以及基质的过滤等作用净化水质。其优点是构造简单、投资成本低，对氮、磷等污染物有较高的去除效果，还可作为景观生态系统。但存在占地面积大、易受气候影响等缺点。（2）水平潜流人工湿地。水平潜流人工湿地中，污水在基质层中水平流动，与基质和植物根系充分接触，具有较高的处理效率和较好的保温性能，不易滋生蚊虫，臭味较小。然而，其建设成本相对较高，需要定期维护以防止堵塞。（3）垂直流人工湿地。垂直流人工湿地的污水垂直通过基质层，氧传递效率高，有利于硝化作用的进行，对氨氮的去除效果较好。但水力负荷较低，容易出现堵塞问题。（4）组合人工湿地。组合人工湿地将不同类型的人工湿地组合在一起，充分发挥各类型湿地的优势，能够更有效地去除多种污染物，提高处理效果和稳定性。例如，“接触氧化池+垂直流湿地+表流湿地”“生物强化池+垂直流湿地+水平流湿地+溪流湿地+生态稳定塘”等组合工艺在实际工程中得到了广泛应用。

2 人工湿地在污水处理厂尾水水质净化应用

人工湿地设计的主要建构筑物包括尾水提升泵井、输水工艺管道、水平潜流人工湿地及其出水控制井、阀门井等。进入潜流人工湿地单元的污水，以水平流方式流入潜流湿地内的填料基质及种植土层中，在潜流人工湿地单元内“基质—微生物—水生植物—水体”所构建的复合生态系统的物理、化学和生物的三重协同效应下，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、生物化学降解、植物吸收和微生物分解等作用，实现对污水的高效深度净化。水平潜流人工湿地排出的水进入公园水体内，公园水体前段浅、后段深，前段功能类似于表面流人工湿地，经由表面流人工湿地的功能单元，与较大面积的土壤、水生植物以及水体浮游生物和微生物充分接触，增强人工湿地系统的净化能力，从而达到对水体中残余污染物的进一步净化，该人工湿地工程使用寿命可达 20a 以上。

2.1 基质填料的选择

人工湿地中的基质对于净化水体中污染物质具有举足轻重的作用，大部分污染物质的去除都是在基质中发生的。目前人工湿地常规填料有河卵石、石英石、火山岩、沸石、砾石、土壤等以及包埋微生物填料、活化生物陶粒等类型的改良微生物填料，本项目水平潜流人工湿地基质填料选用砾石、沸石、火山岩、粗砂及土壤等。此外，还在基质中添加包埋微生物填料、活化陶粒等，以强化人工湿地的污水处理功能，有效解决 TN，TP等污染物去除困难的问题。水平潜流人工湿地穿孔管周围选用的无棱角基质填料的粒径应大于穿孔孔径，因此宜在其周围50cm 范围内铺设粒径80～

100mm 的大块卵石。人工湿地基质填料层的初始孔隙率宜控制在 35% \~45% 。

2.2 表流湿地设计

表流湿地的水力途径以表面推进为主，其作用是拦截植物的茎叶、土壤吸附、吸附和吸附于水体中的植物，从而实现对水体的污染。废水中 SS的去除主要依靠物理沉淀和过滤作用，BOD2 的去除主要依靠微生物的吸收和代谢作用，而这些代谢产物都是对环境友好的、稳定的，所以能降低废水中 BOD2 的残留。废水中 CODRr的脱除率与 BOD2 的处理原则是一致的。在人工湿地中，N、P 的去除方式主要有微生物脱氮法和植物吸附法。其机制为：在湿地中，可沉淀物主要由重力沉降、过滤等方式进行，其通过颗粒之间的互相吸引和植物根的阻挡，可以阻止沉积物的沉降和絮凝；微生物的代谢机制：利用浮游物、胶体、可溶性固体、胶体、可溶性固体在悬浮物、胶体、可溶性固体中的有机物，利用生物硝化－反硝化的方法除去氮气；植物和植物的新陈代谢：通过吸收有机物来清除有机物，植物的根分泌物可以杀死大肠杆菌和病原体，同时也可以吸收大量的氮、磷。

2.3 人工湿地的净化机理

（1）对有机物的去除。污水中的有机污染物通过微生物的分解作用，被转化为二氧化碳和水等无害物质。同时，植物根系也能吸收一部分有机物，促进其降解。（2）对悬浮物的去除。人工湿地通过过滤、沉淀和吸附等作用，使污水中的悬浮物被截留和去除，基质和植物表面的生物膜也能吸附一部分悬浮物。（3）对氮的去除。氮的去除主要通过植物吸收、微生物的硝化和反硝化作用以及基质的吸附等过程。植物吸收氨氮用于自身生长，硝化细菌将氨氮转化为硝态氮，反硝化细菌在缺氧条件下将硝态氮还原为氮气逸出。（4）对磷的去除。磷的去除途径包括水生植物吸收、基质吸附和生物同化作用等。一些水生植物如芦苇、茭白等对磷有较强的吸收能力，基质中的一些矿物质也能与磷发生化学反应，将其固定。（5）对重金属的去除。通过植物吸收、富集，土壤胶体、颗粒吸附等方式，人工湿地可以有效吸附收集污水中的重金属，降低其在水体中的浓度。（6）对病原微生物的去除。人工湿地中的基质过滤、植物根系分泌的抗菌物质以及微生物的竞争作用等，能够在一定程度上去除病原微生物，削减污水的综合毒性。

结语

综上所述，人工湿地在污水处理厂尾水水质净化中具有重要的应用价值，能够有效去除尾水中的氮、磷、有机物等污染物，提升水质，同时带来良好的生态效益和景观效益。通过合理选择湿地类型、优化植物和基质配置、控制水力条件以及加强运行管理等措施，可以提高人工湿地的处理效果和稳定性。尽管目前人工湿地还存在一些问题，但随着技术的不断发展和完善，其在污水处理领域的应用前景将更加广阔，有望为解决水环境问题提供更有效的技术支持。

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