隨著環(huán)境保護(hù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)濕地功能也有了廣泛的認(rèn)識(shí)。濕地作為"地球之腎"，擔(dān)負(fù)著對(duì)地球自然水體的凈化和處理功能。由于城市中天然濕地的逐漸減少和消亡，因此人工濕地以其獨(dú)到的優(yōu)越性受到了越來(lái)越多的關(guān)注和發(fā)展。
人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù)作為一種新型生態(tài)污水凈化處理方法，其基本原理是在人工濕地填料上種植特定的濕地植物，從而建立起一個(gè)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)污水通過(guò)濕地系統(tǒng)時(shí)，其中的污染物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被系統(tǒng)吸收或分解，而使水質(zhì)得到凈化。
人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化的關(guān)鍵在于工藝的選擇和對(duì)植物的選擇及應(yīng)用配置。如何選擇和搭配適宜的濕地植物，并且將其應(yīng)用于不同類型的濕地系統(tǒng)中成了我們?cè)跔I(yíng)建人工濕地前必須思考的問(wèn)題。
人工濕地是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種污水處理技術(shù)，具有氮磷去除能力強(qiáng)、投資低、處理效果好、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。本文首先介紹了人工濕地的構(gòu)成和分類，然后著重分析了人工濕地的去污機(jī)理。
1、人工濕地的構(gòu)成
人工濕地由基質(zhì)、植物和微生物等部分構(gòu)成。
1.1 濕地基質(zhì)
人工濕地中的基質(zhì)由粘土、粗砂、礫石、細(xì)礫、沸石、碎石、碎陶片、爐渣等其中的一種或多種組合而成，基質(zhì)種類往往根據(jù)所處理污水的不同及所采用濕地構(gòu)建方式的不同而不同。
1.2 濕地植物
現(xiàn)有大部分研究都證實(shí)了濕地植物在濕地凈化污水的過(guò)程中起著重要的作用，濕地中植物具有“營(yíng)養(yǎng)鹽清道夫”之稱。濕地植物的重要功能之一就是輸送氧氣至根部，從而在根區(qū)或根際形成一種好氧環(huán)境，這一環(huán)境能促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的分解和硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，從而去除污水中的有機(jī)物及氮。濕地植物包括兩類：漂浮植物和挺水植物，漂浮植物主要是水葫蘆；挺水植物種類繁多，主要包括蘆葦屬、香蒲屬、蕉草屬等。
1.3 濕地微生物
微生物在濕地凈化污水的過(guò)程中發(fā)揮重要作用，研究表明微生物在BOD5，COD以及氮等降解的過(guò)程中起著重要作用。人工濕地中的微生物主要包括細(xì)菌、真菌和放線菌。其中，細(xì)菌在濕地微生物中數(shù)量最多，占基質(zhì)微生物總數(shù)量的70%～90%。細(xì)菌里又常包括好氧菌、厭氧菌、兼性厭氧菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌和磷細(xì)菌等。
2、人工濕地的分類
2.1 表面流人工濕地
表面流人工濕地，污水從濕地表面流過(guò)。在流動(dòng)的過(guò)程中廢水得到凈化，水深一般0.1～0.6米，水流呈推流式前進(jìn)。污水從入口以一定速度緩慢流過(guò)濕地表面，部分污水或蒸發(fā)或滲入地下，出水由溢流堰流出。近水面部分為好氧層，較深部分及底部通常為厭氧層。在這種人工濕地中，主要種植挺水植物。表面流人工濕地中氧的來(lái)源主要靠水體表面擴(kuò)散、植物根系的傳輸和植物的光合作用，但傳輸能力十分有限。這種類型的人工濕地具有投資少、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但占地面積較大，水力負(fù)荷率較小，易受季節(jié)影響，去污能力有限。
2.2 潛流人工濕地
潛流人工濕地水面位于濕地填料以下。根據(jù)濕地中水流的形態(tài)，可以分為垂直流、水平流和復(fù)合流三種人工濕地。
2.2.1 垂直潛流人工濕地
垂直潛流人工濕地污水從濕地表面縱向流向填料床的底部，其水流方向與根系層呈垂直狀態(tài)，床體處于不飽和狀態(tài)，氧可通過(guò)大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)。垂直潛流人工濕地可用于處理氨氮較高的污水。其缺點(diǎn)是對(duì)有機(jī)物的處理能力不如水平潛流人工濕地系統(tǒng)，淹水時(shí)間較長(zhǎng)，控制相對(duì)復(fù)雜，夏季有孳生蚊蠅的現(xiàn)象。
2.2.2 水平潛流人工濕地
水平潛流人工濕地因污水從一端水平流過(guò)填料床而得名。它由一個(gè)或多個(gè)填料床組成，床體填充基質(zhì)，床底設(shè)有防滲，防止污染地下水。由于該系統(tǒng)中好氧生化反應(yīng)所需氧氣主要來(lái)自大氣復(fù)氧，數(shù)量不夠，脫氮效率不高。但水平潛流人工濕地的水力負(fù)荷大，對(duì)BOD5、CODCr、SS、重金屬等污染指標(biāo)的去除效果好，而且很少有惡臭和孳生蚊蠅現(xiàn)象，能有效解決北方寒冷地區(qū)的冬季防凍問(wèn)題。
2.2.3 復(fù)合潛流人工濕地
復(fù)合潛流人工濕地的水體流態(tài)既有水平流又有垂直流。采用復(fù)合潛流人工濕地系統(tǒng)處理城鎮(zhèn)居民生活污水的研究表明，它對(duì)NH3-N、TP、CODCr、BOD5、TSS、細(xì)菌總數(shù)和濁度的去除率高達(dá)80%以上，出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家雜用水標(biāo)準(zhǔn)。
3、人工濕地去污機(jī)理
人工濕地處理污水的原理較為復(fù)雜，其去除機(jī)理和去除途徑和自然濕地相同。多年的研究表明，人工濕地能夠利用基質(zhì)―微生物―植物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過(guò)過(guò)濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效凈化，同時(shí)通過(guò)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán)，促進(jìn)綠色植物生長(zhǎng)并使其增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化與無(wú)害化。
3.1 SS去除
SS中含有有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，但主要含有糞便有機(jī)質(zhì)和有機(jī)顆粒物，如病菌。顆粒的密度和大小變化很大，不同密度、大小的顆粒物具有不同的去除機(jī)理和路徑。在人工濕地中SS的去除是相當(dāng)迅速的物理過(guò)程，主要去除機(jī)理為沉淀、聚集和表面粘附。
3.2 BOD、COD的去除
濕地中的不溶性的有機(jī)物主要是通過(guò)濕地的沉淀、過(guò)濾作用而被截留在濕地中；可溶性的有機(jī)物則通過(guò)植物根系生物膜的吸附、吸收及生物降解過(guò)程而被分解去除。生物降解過(guò)程主要是通過(guò)好氧和厭氧代謝得到降解，從而降低污水的BOD、COD。
3.3 氮的去除
大多數(shù)污水中N是主要成分，N在環(huán)境中以多種形式存在，有復(fù)雜的循環(huán)路徑。TN由不同比例的顆粒有機(jī)氮、溶解有機(jī)氮、氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮構(gòu)成。N2和N2O在N循環(huán)中很重要。礦化、生物吸收、硝化和異化是使氮的一種形式轉(zhuǎn)到另一種形式的過(guò)程。這些過(guò)程是物質(zhì)平衡過(guò)程，N在同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。反硝化和氨氮的揮發(fā)是物質(zhì)去除的過(guò)程，從而致使N從系統(tǒng)中得到去除。
3.4 磷的去除
無(wú)機(jī)磷是濕地植物必需的養(yǎng)分。腹水中無(wú)機(jī)磷在植物吸收及同化作用下可變成植物的DNA、RNA等有機(jī)成分，通過(guò)植物收割而去除。物理化學(xué)作用包括填料對(duì)磷的吸附及填料與磷酸根離子的化學(xué)反應(yīng)，這種作用對(duì)無(wú)機(jī)磷的去除會(huì)因填料中A13+、Ca2+、Fe2+可與PO43-發(fā)生吸附和反應(yīng)而沉淀去除。
一個(gè)人工濕地系統(tǒng)的建立，植物的選擇和配置是很重要的考慮因素。在系統(tǒng)建立和植物栽種配置時(shí)要將系統(tǒng)的主要功能與植物的植物學(xué)特性充分結(jié)合起來(lái)考慮。只有這樣，才能充分發(fā)揮不同植物各自的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到更好的處理凈化效果。
濕地植物的栽種配置要根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和系統(tǒng)工藝來(lái)確定，對(duì)于一些應(yīng)用工藝范圍較廣的植物類型，要充分考慮其在該工藝中的優(yōu)勢(shì)，能使其充分發(fā)揮自己的長(zhǎng)處而居于主導(dǎo)地位。
