隨著環(huán)境保護(hù)的迅速發(fā)展，人們對濕地功能也有了廣泛的認(rèn)識。濕地作為"地球之腎"，擔(dān)負(fù)著對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到的優(yōu)越性受到了越來越多的關(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，從而建立起一個人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)污水通過濕地系統(tǒng)時，其中的污染物質(zhì)和營養(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)中成了我們在營建人工濕地前必須思考的問題。
人工濕地是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種污水處理技術(shù)，具有氮磷去除能力強、投資低、處理效果好、操作簡單、維護(hù)和運行費用低等優(yōu)點。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了濕地植物在濕地凈化污水的過程中起著重要的作用，濕地中植物具有“營養(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)有機物質(zhì)的分解和硝化細(xì)菌的生長，從而去除污水中的有機物及氮。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。在流動的過程中廢水得到凈化，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、操作簡單、運行費用低等優(yōu)點，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。其缺點是對有機物的處理能力不如水平潛流人工濕地系統(tǒng)，淹水時間較長，控制相對復(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填料床而得名。它由一個或多個填料床組成，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)到國家雜用水標(biāo)準(zhǔn)。
3、人工濕地去污機理
人工濕地處理污水的原理較為復(fù)雜，其去除機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，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)對廢水的高效凈化，同時通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán)，促進(jìn)綠色植物生長并使其增產(chǎn)，實現(xiàn)廢水的資源化與無害化。
3.1 SS去除
SS中含有有機物和無機物，但主要含有糞便有機質(zhì)和有機顆粒物，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理和路徑。在人工濕地中SS的去除是相當(dāng)迅速的物理過程，主要去除機理為沉淀、聚集和表面粘附。
3.2 BOD、COD的去除
濕地中的不溶性的有機物主要是通過濕地的沉淀、過濾作用而被截留在濕地中；可溶性的有機物則通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物降解過程而被分解去除。生物降解過程主要是通過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氮、溶解有機氮、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)到另一種形式的過程。這些過程是物質(zhì)平衡過程，N在同一個系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。反硝化和氨氮的揮發(fā)是物質(zhì)去除的過程，從而致使N從系統(tǒng)中得到去除。
3.4 磷的去除
無機磷是濕地植物必需的養(yǎng)分。腹水中無機磷在植物吸收及同化作用下可變成植物的DNA、RNA等有機成分，通過植物收割而去除。物理化學(xué)作用包括填料對磷的吸附及填料與磷酸根離子的化學(xué)反應(yīng)，這種作用對無機磷的去除會因填料中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)合起來考慮。只有這樣，才能充分發(fā)揮不同植物各自的優(yōu)勢，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)工藝來確定，對于一些應(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，能使其充分發(fā)揮自己的長處而居于主導(dǎo)地位。
