人工湿地对生活污水的净化作用

人工湿地对生活污水的净化作用

陈永玲*

【摘要】水是生命的源泉，生物的发展离不开水，水与人类息息相关，水资源的保护是人类永恒的一个话题一，人工湿地是当今对水污染最有效最环保的一种治理方法。影响人工湿地的因素有很多，我们不但要建设好人工湿地，还要对其进行实施有效的保护。保护要从人工湿地的结构功能等方面入手，政府应当积极发挥自己的领导效益。玉溪人工湿地的建设治理在中国国内都处于领先地位，但是仍有许多改善的地方。

【关键字】旅游 生物 淡水资源 污水处 人工湿地 保护 水资源分布 生物因素 搭配 治理 除污原理

1、水与生物

1.1、水与生物

我们通常所说的水包括了天然水，如河流中的水、湖泊中的水、大气水、海水、地下水等等，除此之外还包括由人工结合氢氧制成的的人工制水等。水的化学式：H2O ，是由氢、氧两种元素组成的无机物，在常温常压下水呈无色无味透明的液体。水是地球上最常见的物质之一，是包括人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。人类很早就开始对水产生了认识，东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种基本的组成元素，水是中国古代五行之一；西方古代的四元素说中也有水。

正如水中遨游的鱼, 水底栖息的海星、海葵, 飘浮在水面的浮萍, 那些两栖动物如青蛙等, 使人们想到水对于它们来说是多么的重要! 一旦没有水, 它们便马上面临死亡的威胁。然而, 对于那些生活在陆地上的生物, 包括人类本身对水的需求也是必不可少的, 而且为了生活和生产, 人类还需要更高质量的水。当地球还是一片荒芜的不毛之地时, 地衣、苔藓这些先遣植物利用积存在岩石缝隙中的雨水, 顽强地生活着, 它们的后代在开拓者的尸体上一代又一代地繁衍、生存。就是这批先遣“部队”, 使地球裸露的岩石上有了薄薄的腐殖质, 同时也使降水能够更多地截留下来。水从生命诞生那刻起就与生物息息相关。

1.2、水的分布状况

地球拥有的总水量约为136亿亿吨，其中，含盐的海水约为132.2亿亿吨。由于盐份问题，海水不能被陆地上的生命作为水源来利用。地球上水量的分布大致是：海洋占97.2%，极地冰山占2.15%，地下水占0.632%，湖泊与河流占0.017%，云中水蒸气占0.001%。

陆地上的淡水来自天上。海水在阳光下蒸发，盐留在了海里，而淡水蒸发到天上，形成云。云被风吹到陆地的上空，凝结后降落到大地上。如此，陆地上的江河、湖泊、湿地才得以形成，它们是陆地生命的淡水源。

地球上的淡水总量约为3.8亿亿吨，是地球总水量的2.8%。然而，如此有* 玉溪师范学院 2008级生物科学 学号：2008034141 邮编：653100

限的淡水量却以固态、液态和气态的几种形式存在于陆地的冰川、地下水、地表水和水蒸汽中，其比例分布是：极地冰川占有地球淡水总量的75%，而这些淡水资源几乎无法利用；地下水占地球淡水总量的22.6%，为8600万亿吨，但一半的地下水资源处于800米以下的深度，难以开采，而且过量开采地下水会带来诸多问题；河流和湖泊占地球淡水总量的0.6%，为230万亿吨，是陆地上的植物、动物和人类获得淡水资源的主要来源；大气中水蒸气量为地球淡水总量的0.03%，为13万亿吨，它以降雨的形式为陆地补充淡水。

1.3、水资源保护的必然性

由于陆地上的淡水会因日晒而蒸发，或通过滔滔江流回归大海，地球可供陆地生命使用的淡水量不到地球总水量的千分之三，因此陆地上的淡水资源量是很紧缺的。

联全国的一项名为“综合评估世界淡水资源”的最新研究报告指出：目前，世界上约有三分之一的人生活在淡水资源缺乏的环境中，而若人们继续像现在这样节制不力用水的话，则三十年来贫水人口数将可能达到三分之二。

据称地球上有百分之九十七的水属于不可饮用的水，而余下的百分之三的水资源中又有三分之二在冰川雪原，不能直接供人们使用，人们可利用的江、河、湖、泊及地下水的总量仅占地球总水量中极微小的比例。人们用水分配中农业灌溉占百分之六十七，工业生产占百分二十三，市政民用占百分之十。本世纪以来，随着全球人口数量的激增，农业用水量以增长了五倍，工业用水量增长了二十六倍，市政用水量增长了十八倍。目前，世界已有十亿人口生活在淡水资源贫缺环境中。

虽然淡水资源的危机今后将日益明显，但事情并非无可挽救。联全国秘书长科菲·安南指出，人类现在只使用了地球上可再生利用淡水贮量的六分之一左右，只要今后措施得力，用水节制，未来还是有希望。

除此之外污水净化也是保护水资源的一项重要手段，通过建造人工湿地治理污水是最常见有效的方法之一。

2、人工湿地及作用

2.1、人工湿地简介

人工湿地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。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。 人工湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。

2.2. 、人工湿地的研究意义

随着人口的增加和经济的快速发展，污水排放量迅猛增加，导致我国水源污染、水体富营养化及环境水质恶化日趋严重。目前我国污水处理主要依赖于传统

的集中时水处理工艺，虽然技术和工艺日渐完善，但却面临着处理水平低和投资运行费用高等问题。近年来，人工湿地处理系统以其投资少、建设运营成本低、净化效果好、去除氮、磷能力强、工艺简单、组合多样化等优点近年来在世界各地得到了广泛的应用，可作为传统污水处理技术的一种有效替代方案，对于节能降耗、清沽生产、保护水环境以及进行有效的生态恢复，具有十分重要的现实意义。

2.3、人工湿地的结构类型

人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。人工湿地处理系统可以分为以下几种类型：（1）自由水面人工湿地处理系统；（2）人工潜流湿地处理系统。（3）垂直水流型人工湿地处理系统。根据湿地中的主要植物形式，人工湿地可分为：浮游植物系统、挺水植物系统及沉水植物系统。其中沉水植物系统还处于实验室研究阶段，其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的精处理；浮游植物系统主要用于氮、磷去除和提高传统稳定塘效率；挺水植物在人工湿地系统应用广泛，目前所指人工湿地系统一般都是指挺水植物系统。挺水植物系统根据废水流经的方式，又可分为表面流湿地（SFW ）、潜流湿地（SSFW ）。表面流湿地系统与自然湿地十分相似，水深通常在4m 以下，在污水缓慢流经湿地表面时，绝大部分污染物靠生长在水下植物茎杆上的微生物膜去除。其优点在于造价低、运行管理简单，但并没有充分发挥机制和植物根系的作用；缺点是在运行过程中易产生异味，滋生蚊蝇，造成局部环境恶劣。潜流湿地系统根据水流流动方向可分为水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地，当污水流经湿地床的填料时，系统充分利用填料截留、根系吸收和填料表面生长的生物膜对其进行降解消化，氧主要是靠植物根系进行传输。其优点在于污染物去除率高、受温度影响较小和卫生条件好，但其控制管理相对复杂，由于其较高的污染物去除效率，人工湿地大部分采用潜流式湿地系统。

2.4、除污原理

中主要污染物有三类。第一类为悬浮物；第二类为有机污染物：COD 、BOD ；第三类为无机营养盐：氮、磷。 SS 的去除主要靠物理沉淀、过滤作用，BOD 的去除主要靠微生物吸附和代谢作用，代谢产物均为无害的稳定物质，因此可以

使处理后水中残余的BOD 浓度很低。污水中COD 去除的原理与BOD 基本相同。 N 、P 去除人工湿地主要利用生物脱氮及植物吸收方法。 作用机理 对污染物的去除与影响 物理沉淀可沉淀固体在湿地中重力沉降去除 过滤通过颗粒间相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固体被阻截而去除 生物 化学微生物代谢利用悬浮的底泥的和寄生于植物上的细菌的代谢作用将悬浮物、胶体、可溶性固体分解成无机物；通过生物硝化-反硝化作用去除氮；部分微量元素被微生物、植物利用氧化并经阻截或结合而被去除 自然死亡 细菌和病毒处于不适宜环境中会引起自然衰败及死亡 植物植物代谢利用植物对有机物的吸收而去除，植物根系分泌物对大肠杆菌和病原体有灭活作用 植物吸收相当数量的氮和磷能被植物吸收而去除，多年生沼泽生植物，每年收割一次，可将氮、磷吸收、合成后分移出人工湿地系统。

3、人工湿地的影响因素

3.1、物理因素

温度、水停留时间、水力负荷、湿地的运行管理等均会对人工湿地的去污效果产生影响。水温在20～25℃时，生物去污的效果最好，低于10℃时，处理效果会明显下降。当湿地运作一段时间（如3 年）后，去污效果基本不再受环境因子（如温度、污水流量等）影响，人工湿地中若是水停留的时间过短，就会使植物不能充分吸收净化水；过长，则人工湿地处理污水的效率会降低。水分的适量供给，即水力负荷的及时调整，是保证湿地植物正常发挥作用的重要因素，以满足湿地植物对水分的需求，干湿交替的运行方式更有利于湿地植物的生长，地上生物量的增加，须根和根毛数量的增加，提高植物的输氧量，改善介质中氧化还原状态以促进有机物的降解和硝化细菌的生长。对湿地的运行管理也是一个关键的问题，要求科学管理，控制水停留时间、水力负荷，同时要定期添加植物，还要注意杂草和有害生物的控制。

3.2、生物因素

人工湿地系统是一个完整的生态系统，有生产者（如各种水生植物），又有消费者（如各种微生物、鸟类等动物），同时还有大量的分解者（各种各样的微生物），系统内部的各种生物能相互共存，从而达到系统内部的平衡。它形成了内部的良好循环，并具有较好的经济效益和生态效益。目前，研究应用最多的人工湿地植物主要有芦苇、灯芯草、香蒲、茭草、菖蒲、美人蕉、慈菇等。

4、人工湿地植物搭配

在湿地系统植物的栽种配置过程中, 各个地区应根据各地不同的气候条件和湿地情况选择合理的湿地植物种植, 同时为达到全面的处理和利用效果, 应进行有机的搭配。如深根系植物与浅根系植物搭配, 丛生型植物与散生型植物搭配, 吸收氮多的植物与吸收磷多的植物搭配, 以及常绿植物与季节性植物的季相搭配等。在进行综合处理的一些工艺或工艺段中, 切忌配置单一品种, 以避免出现季节性的功能下降或功能单一。

适当密度地种植湿地植物、及时的维护和定期收割可以有效地减少湿地系统中堵塞现象的出现。排除淤积、饱和现象的最佳途径是要在有备用池的前提下, 定期地对基质进行去淤、更换, 对植物进行收割。

5、玉溪人工湿地

5.1、玉溪人工湿地概况

溪市自２００１年开始实施人工湿地治污工程，在抚仙湖北岸的窑泥沟建设人工湿地，在抚仙湖西岸的火焰山以及星云湖、杞麓湖分别恢复了湖滨带。运行结果表明，抚仙湖北岸边的窑泥沟人工湿地治污效果显著。窑泥沟人工湿地于２００２年６月投入使用，是我省最早投入使用的人工湿地，湿地按中科院南京地理湖泊研究所设计方案建设，占地２６亩的人工湿地投资仅１６９万元，而日处理污水达１万吨，每吨水的治理费用只需花几分钱。目前，第二块人工湿地——马料河人工湿地已投入使用，日处理污水能力达到１．４５万吨，不但有效治理了污水，还成为装点抚仙湖的靓丽生态景观。据玉溪市环境监测站监测结果显示，窑泥沟人工湿地出水水质达地表水ＩＩＩ类标准，马料河人工湿地出水水质达地

表水ＩＩ类标准。

目前玉溪人工湿地的维护仍然是一个严峻的问题，如马料河人工湿地原先栽种的水生植物已经砍伐，只留下浮萍漂在污浊的水面上，风吹过，臭味扑面而来，湿地控制马料河污染的功效几近丧失。在窑泥沟人工湿地，以往大片绿意盎然的植物枯萎或被割，水中的石子被污水泡成了黑色，工人们正加紧打捞湿地中的各种垃圾。净化不完全的黑褐色污水顺着湿地不断淌入抚仙湖，在湿地与抚仙湖的交界处，可以看到，沿岸湖水的颜色和深水部分明显不同，岸边的石头上也长满了青苔。据介绍，这是明显的富营养化征兆，随着人工湿地功能的退化，如不尽快加以补救，富营养化趋势将越演越烈。

5.2、改善建议

政府应当组织有关专家进行研讨论证，拿出保护湿地的方案和措施，拿出玉溪人工湿地保护的战略计划；制订一些制度，有利于生态好转和湿地保护；保护湿地和减少生活水污染结合起来；规范工业生产，进行废水、废气达标排放；对所有水库进行改造，使死水变活，水质提高，水库之水得到利用。对我玉溪河道，组织一次疏道清淤，疏通河道，清理淤积，净化水源。

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