人工湿地净化水质的机理

近年来，由于存在一些水源地污染情况，水源地保护己经成为人们关注的热点。水库作为解决供水矛盾的重要手段，己经成为城市的重要供水水源，其水质状况是安全供水的关键。水库库滨带污染治理对于保护和改善水库水质至关重要，我国水库库滨带人工湿地是如何净化水质的？前置库系统构建技术是什么？它们真的可以净化初期的雨水吗？

（图片来源：veer图库）

1.为什么水库库滨带污染治理对于保护和改善水库水质至关重要？

水库滨带是指水库周边与水库直接相邻的带状区域，随着工业化进程加快、农业区径流和人口的急剧膨胀等原因，使大量的有机物、营养元素（氮、磷）等输入地表水体，过量的污染物进入水体后超出水体的自净容量，导致地表水体水质状况不断恶化，而水库库滨带与水库水体间缺少空间的阻隔，受污染的地表水若不经过有效的收集处理，会直接进入水库，对水库水质造成破坏。因污染物在入库前缺少河流、地表植被的沉淀、净化作用，导致库滨带污染物入库系数相对其它区域较高，对水库水质影响更加明显。此外，河流径流由此进入水库，径流内携带有上游排入支流的大量污染物，也会显著影响水库水质。综上，库滨带污染具有排放数量大、入库系数高、污染来源复杂、污染物的收集处理困难等特点，因此库滨带污染治理对于保护和改善水库水质工作至关重要。

2.水库库滨带人工湿地是如何净化水质的？

在水库和库滨带之间建立人工湿地来净化强降雨所带来的地表面源污染已成为保护和改善水库水质的一种方法。人工湿地是基于天然湿地净化原理，通过模拟自然湿地而人为设计和建造的具有高效、环保和节能等特点的生态系统，主要通过基质、植物及微生物的协同作用实现对污水的净化处理。与传统的污水处理系统相比，人工湿地具有其低成本、高效率和易管理等优势，近年来已在生活污水、工业废水、农业灌溉废水和垃圾渗滤液和畜禽场高浓度废水处理中广泛应用。通过在库滨带构建人工湿地，可有效拦截面源污染，对库区水质状况具有显著的提升作用。

 

人工湿地工艺流程（图片来源：杨媛媛等）

人工湿地是如何净化水质的呢？目前，人工湿地主要按照污水在湿地床体中流动的方式分为表面流、潜流和复合流三种形式。它们的分类方法是根据水在人工湿地中的流动状态进行分类的，其净化过程存在一定的差距，但是其基本原理相同，综合了物理、化学和生物的三种作用。主要包括：

（1）植物的同化吸收作用；

（2）基质的吸附作用；

（3）基质表面、植物茎叶表面和根系表面的微生物的硝化、反硝化作用等。

此外还有蒸发、离子交换、沉淀、稀释、扩散和拦截等等作用，有文献表明，栖息在人工湿地内的各种动物因为觅食作用也会为人工湿地系统内污染物迁移、转化提供可能。

人工湿地现场照片（图片来源：朱利明）

3.前置库系统构建技术是什么？

前置库技术是另一种常用的水体富营养化治理修复技术，是指利用水库上游与下游之间水质浓度变化梯度的特点，将水库根据不同的形态划分成一个或几个子库并与之相连，依靠子库中微生物、水生植物的拦截作用、吸收及吸附作用对库中水质的净化，降低进入主库中的污染物浓度，抑制藻类过渡生长，降低富营养化进程，达到改善水质的目的。同时，前置库系统的构建可延长水力停留时间，促进了水中泥沙及颗粒有机污染物的沉降。前置库内有机污染物首先由浮游植物将其从溶解态转化成颗粒态，然后通过自然过程和絮凝沉降在前置库与主库连接处沉降下来，使进入主库的颗粒污染物浓度下降。我国对前置库技术运用最早开始于水库水体富营养化治理。随着对前置库技术的不断深入研究，陆续有学者提出将前置库技术与其他净水技术耦合构建前置库生态工程，主要有前置库技术与透水坝技术、湿地技术、生物浮床技术、生物操纵强化技术、生态工程技术相结合对水体的净化效果研究。

前置库现场照片（图片来源：朱利明）

 

4.人工湿地和前置库系统真的可以净化初期的雨水吗？

这里所提到的雨水是强降水引起的地表径流，是携带着大量污染物的地表面源污染。人工湿地将其拦截下来，通过湿地内的基质、植物及微生物的协同作用实现对污水的净化处理。

此外，净化后的污水再排入到前置库系统中，依靠前置库系统中微生物、水生植物的拦截作用、吸收及吸附作用再次对库中水质的净化，降低进入主库中的污染物浓度，抑制藻类过渡生长，降低富营养化进程，达到改善水质的目的。因此，人工湿地和前置库系统可以净化初期的雨水。

5.结语

目前，人工湿地技术和前置库技术由于自身具有投资较少、水体净化效果较好、改善流域生态环境、管理方便等优点，人们对它的研究与工程运用也越来越多。此外，将人工湿地、库心岛和生态浮床的设计与前置库系统流域生态环境修复有机的结合了起来，既有水质净化库中污水的作用，又能消减风浪、美化前置库净化区水面景观，而且还为水生动物、鸟类及昆虫提供了良好的栖息地，提高生物多样性，更有利于生态恢复和景观的改善。