梅州市环境保护局广州（梅州）产业转移工业园环境保护办公室广东梅州514000
摘要：人工湿地作为一种新型的污水处理系统，已成为生活污水处理的重要工艺之一。本文将利用利用木板、薄膜等材料制作人工湿地处理系统处理污水，系统研究污水中有机物、NH3－N、TP、COD、SS等的削减水平。经实验证明，人工湿地在生活污水处理方面具有良好的发展前景。
关键词：人工湿地；污水处理；效果；净化；结论
目前，由于工业化城镇化的快速发展，大量生活污水未经处理或未处理干净就排放到自然水体中，由此带来地表水水质严重下降，富营养化现象严重，人们的健康受到影响以及生态环境遭到破坏，因此生活污水的处理引起人们的极度重视。而人工湿地作为一种新型污染水体修复技术，是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。因其具有处理效果良好，投资节省、运行成本低、管理简单等优点而被广泛推崇与应用，它主要以水生植物水生花卉为处理植物，在处理污水的同时还具有良好的景观效果，有利于改造生态环境。另外还拥有可持续的经济效益，在人工湿地上可选种一些具备净化效果和经济价值较高的水生植物，在污水处理的同时产生经济效益。本文将研究人工湿地在污水处理中的应用效果，对今后人工湿地的发展具有重要意义。
1实验材料与方法
1.1湿地装置
2套人工湿地试验装置，一套为全湿人工湿地，另一套为半湿人工湿地。全湿人工湿地采用防渗板作为材料，长180cm，宽40cm，高40cm，等分为六格，每格用隔板隔开（如图1所示）。在装置底部填充直径为3～5cm的改良人工基质，中部放基质包，上部再填充直径为1～2cm的改良人工基质（图2）。半湿人工湿地采用塑料袋作为基质包材料，塑料袋下部填充直径为1～2cm的粘土和改良人工基质，上部填充改良人工基质，每隔30cm放置一个基质包，共放置7个。
1.2基质和植物的选择
基质是湿地的载体，当污水流经人工湿地时，基质通过一些物理和化学作用（如吸收、吸附、过滤、离子交换、络合反应等）去除污水中的污染物质。各种基质根据一定的粒径比例按照一定的顺序填充到湿地床中，在保证污染物高效降解和水流通畅的情况下应根据当地实际条件选用低廉、易得的填料作为基质。目前应用较多的有土壤填料、卵石填料、塑料填料、炉渣填料、陶瓷填料、活性炭填料、自然岩石与矿物材料等。各填料因其物理特性不同而具有不同特点，为了综合利用各填料的优势，湿地床通常由多种填料组成。基质的选择主要是要孔隙度大、比表面积高。本研究采用改良人工基质，并用粘土、沙砾、煤灰渣等基质按一定比例做成基质包。
选取合适的植物对提高湿地的处理效果非常重要，人工湿地植物的选择主要遵循高耗肥水、季节搭配、生物多样性等原则。本研究根据待处理生活污水的水质情况、当地的气候和植物的特点，选取了美人蕉、菖蒲和黑麦草三种植物。
1.3生活污水来源
实验用水为周边农村生活污水。
1.4污水浇灌与水样采集方法
湿地系统每2天浇灌1次，每次灌入污水约10L。采样时间为每周1次，具体方法为：进水样直接采集模拟的生活污水，出水在出水口抽取（注：现场测定pH、EC指标）。
1.5分析方法
pH、EC值：用pH－EC－TDS－T测试笔进行测量；浊度：浊度仪测定（GB13200—91）；TP：钼酸铵分光光度法（GB11893—89）；NH3－N：钠氏试剂光度法（GB7479—87）；COD：重铬酸盐（GB11914—89）；SS：重量法（GB11901—89）。
2结果与分析
通过对复合人工湿地系统的进出口水质进行监测，分别从其对pH的调节，电导率（EC）和浊度的改善，TP、NH3－N、COD等的削减，来对整个湿地系统的净化效果和处理效率进行详细的评价。
2.1高效人工湿地对pH的调节作用
pH测量是一种相对测量。水溶液的自然变化、化学变化和生产过程均与pH值的变化有关。pH值表征了水环境中物质的迁移转化、溶解沉淀等现象。因此，对pH进行测试，可以反映水环境变化的情况。从图3可见，进水与出水pH值差异较小，最大变化幅度为0.58个单位，出水pH值总体维持在7～8的范围内，说明该指标比较稳定。分析原因可能是：全湿人工湿地系统存在较强的缓冲能力；溶质的溶出及其物理、化学、生物反应过程都不足以导致pH发生剧烈波动。
图3全湿人工湿地对pH的调节
图4显示了半湿人工湿地对pH的调节作用，可以看出，出水的pH值相对比较稳定，基本上维持在7～8，说明半湿人工湿地系统存在一定的缓冲能力，系统对pH起到了一定的调节作用。
图4半湿人工湿地对pH的调节
2.2高效人工湿地对电导率变化的影响研究
电导率是以数字表示溶液传导电流的能力。电导率的高低受水中无机酸、碱、盐或有机带电胶体等的影响，而水溶液的电导率取决于带电荷物质的性质和浓度以及溶液的温度和黏度等。电导率常用于间接推测水中带电荷物质的总浓度。所以，通过电导率可以推测水中带电荷物质的浓度。
研究发现，进水和出水的电导率差异很大（详见图5），出水EC比进水平均提高了2～3倍，说明出水中的带电荷物质的浓度较进水有所增加。在前期由于基质的溶解导致水体中总溶解盐含量增加，经过一段时间的调试，后期EC的差异较小，电荷达到一定值之后缓慢恢复到一个比较稳定的值。
2.3高效人工湿地对浊度的改善能力
浊度是水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水的浊度不仅与水中悬浮物质的含量有关，而且与它们的大小、形状及折射率有关。通过浊度可反映水中悬浮物的情况。从图7可以看出，浊度的处理率最高可以达到95.32%，最低处理率为27.30%，总体水平维持在70%～90%之间。观察图7发现，系统运行初期，对浊度的去除率较低，这可能与初始时段系统处于调试状态有关。但是随着基质－植物－微生物系统的作用不断增强，尤其是微生物的分解作用，使水的浊度有很大改善，说明出水悬浮物的含量较进水大幅度降低。
2.4高效人工湿地对总磷的削减作用
磷是水体富营养化的主要原因之一。磷含量超过0.1mg/L时，将会导致水体中藻类迅速繁殖，诱发水体富营养化，进而引起水质恶化，对水生生态系统构成威胁。图9是湿地稳定运行期间的TP去除情况。人工湿地运行初期由于基质的吸附作用，除磷效果极佳；中期基质的吸附相对较少，湿地中的植物个体小，微生物种类、数量不多，所以通过生物同化作用去除废水中的磷的程度有限，导致中期除磷效果欠佳；后期，植物高大，对磷的吸收作用增强，但随着TP含量的逐渐下降，去除率较前期有所下降，整个系统对TP的削减作用呈U型。
2.5高效人工湿地对氨氮的净化效果
在人工湿地系统中，植物根系的输氧作用，使得湿地床体内部出现连续的好氧、缺氧和厌氧状态，使硝化作用和反硝化作用可以在湿地系统中同时进行。参考图11可以看出，系统在调试阶段对氨氮的处理效果欠佳，由于基质的影响导致前期氨氮有所增加。中后期，随着植物的生长，植物不断摄取、基质的吸附以及微生物的硝化－反硝化作用，氨氮的处理效果在不断的增强。氨氮的处理率在60%以上，最高可达89.14%。
2.6高效人工湿地对化学需氧量的控制效果
在人工湿地系统中，污水中的不溶性有机物吸附在可沉降颗粒上，通过沉降作用或过滤从污水中截流下来，被微生物加以利用，而可溶性有机物则可通过土壤中的生物膜的吸附及微生物的代谢过程被去除。图13表明全湿人工湿地对COD有较好的控制效果，其去除率在75%以上，且稳定性比较好。分析原因可能有：植物根系加速了对碳的吸收，降低了水体环境中的碳水平；植物的光合作用过程改善了小气候，特别是氧气的交换；基质具有较大的比表面积和较高的孔隙度，因而具有较好的吸附功能。
2.7高效人工湿地对悬浮物的净化作用
悬浮物指在水中的不溶解物质，包括不溶于水的无机物、有机物及泥沙、黏土、微生物等。水中悬浮物含量是衡量水污染的程度之一。悬浮物是造成水浑浊的主要原因。水体中的有机悬浮物沉积后易厌氧发酵，使水质恶化。
全湿人工湿地对悬浮物的去除率介于70%～99.23%之间（参见图15），说明处理效果较为理想。全湿人工湿地对悬浮物有较佳处理效果的原因有：微生物对悬浮物质的分解、降解和腐解等作用；植物根系具有过滤、截留作用和基质的阻滞功能，可以防止悬浮物质进入水体。处理后的生活污水浑浊度降低，透明度提高，水质得到明显改善。
3结论
综上所述，人工湿地对生活污水中TP、NH3－N、COD和SS有较好的处理效果，人工湿地处理污水的效率虽受系统运行时间和季节等因素的影响，有一定的波动，但总体表现出稳定的趋势。本文以高效复合人工湿地对生活污水进行处理，通过对pH、EC、浊度、TP、NH3－N、COD、SS等指标的测定，对整个湿地系统的对生活污水的净化效果进行综合评价，现得出高效人工湿地对生活污水中TP、NH3－N、COD和SS有较好的处理效果，TP的去除率为80%，NH3－N的去除率在75%左右，COD和SS的去除率都在70%左右。本实验采用改良人工基质和基质包作为人工湿地基质，避免了传统基质单一、氨氮去除率低等缺点，虽然在系统运行前期对系统有一定影响，但经系统调试后，对氨氮去除率可以达到75%左右。
参考文献：
[1]董贝，刘杨，杨平.人工湿地处理农村生活污水研究与应用进展[J].水资源保护.2011
[2]成先雄，赵永红，张涛.人工湿地系统处理生活污水的设计应用研究进展[J].江西理工大学学报.2010
[3]梁康，王启烁，王飞华，梁威.人工湿地处理生活污水的研究进展[J].专论与综述.2014（03）