摘要：聚焦珠三角地區(qū)基于人工濕地技術(shù)的污水處理與資源回收項(xiàng)目，探討該技術(shù)在高污染負(fù)荷和復(fù)雜水質(zhì)條件下的應(yīng)用效果，以及在資源回收方面的潛力。通過闡述人工濕地技術(shù)的原理和優(yōu)勢(shì)，分析珠三角地區(qū)污水處理的現(xiàn)狀和問題，認(rèn)為應(yīng)用人工濕地技術(shù)的污水處理系統(tǒng)能夠有效提升污水處理能力、提高設(shè)施運(yùn)行效率、推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。基于此，分析人工濕地技術(shù)應(yīng)用于污水處理的落實(shí)和難點(diǎn)攻克過程，證明該技術(shù)在改善水質(zhì)和實(shí)現(xiàn)資源回收方面的有效性，引入珠三角地區(qū)實(shí)踐應(yīng)用案例，以期為類似項(xiàng)目提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：人工濕地技術(shù)；珠三角地區(qū)；污水處理；資源回收

珠江三角洲（簡稱“珠三角”）地區(qū)因其快速的城市化和工業(yè)化進(jìn)程，面臨著日益嚴(yán)峻的污水理挑戰(zhàn)。隨著人口密度增加和工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，珠三角污水排放量不斷攀升，而傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)（如活性污泥法）存在高能耗、建設(shè)成本高、維護(hù)復(fù)雜等問題，難以滿足珠三角日益增長的可持續(xù)水資源需求，因此出于對(duì)珠三角環(huán)境承載力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的考慮，亟需開發(fā)高效環(huán)保的污水處理技術(shù)。

由于人工濕地具有低成本、低能耗的優(yōu)勢(shì)，能夠有效緩解水資源壓力，促進(jìn)水資源的循環(huán)利用，因此本文基于人工濕地技術(shù)對(duì)污水處理及其中的資源回收利用進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)不僅能夠提升生物多樣性、改善生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量，還能將污水中的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可再生資源，推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)相關(guān)政策制定和實(shí)施具有借鑒意義[1]。

目前，人工濕地技術(shù)的應(yīng)用，不僅為珠三角地區(qū)提供了可行的污水解決方案，還為粵港澳大灣區(qū)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與可持續(xù)發(fā)展提供了助力，更為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)探索提供了經(jīng)驗(yàn)支持。

1 人工濕地技術(shù)概述

人工濕地技術(shù)是基于自然濕地的生態(tài)功能，通過植物、微生物和土壤介質(zhì)的復(fù)雜相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的物理、化學(xué)和生物凈化。在人工濕地系統(tǒng)中，多層次的土壤介質(zhì)不僅給植物提供了穩(wěn)定支撐，還充當(dāng)了污水中污染物的過濾器。植物的根系不僅可有效吸附水中重金屬、營養(yǎng)鹽等污染物，其分泌的根際微生物代謝物質(zhì)還能促進(jìn)微生物生長，增強(qiáng)微生物對(duì)有機(jī)物分解能力。而且厭氧和好氧環(huán)境交替，也有助于氮的去除反應(yīng)（如反硝化），能進(jìn)一步提升水質(zhì)。

人工濕地技術(shù)具有多重優(yōu)勢(shì)。首先，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性尤為突出，在建設(shè)與運(yùn)營時(shí)，相比于傳統(tǒng)污水處理廠，低成本、低維護(hù)費(fèi)用和長使用壽命的優(yōu)勢(shì)，使人工濕地技術(shù)對(duì)快速發(fā)展地區(qū)具有極大地吸引力。其次，通過模擬自然生態(tài)，可顯著減少對(duì)化學(xué)藥劑的依賴，降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，從而憑借生態(tài)友好的特性成為城市與農(nóng)村水資源管理的可持續(xù)解決方案。最后，人工濕地技術(shù)不僅能有效地處理污水，還能在生物多樣性保護(hù)、棲息地恢復(fù)和水體富營養(yǎng)化控制等方面發(fā)揮重要作用，通過回收污水中的營養(yǎng)成分供給生物生長，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)發(fā)展，為生態(tài)文明建設(shè)提供有力支撐[2]。

2 珠三角地區(qū)污水處理現(xiàn)狀

2.1 處理能力不足

珠三角許多地區(qū)污水處理設(shè)施分布都不均衡，且污水處理仍依賴簡單的污水處理系統(tǒng)，處理流程簡易粗陋，不能有效去除污水中有害物質(zhì)，污水處理能力明顯不足。有些農(nóng)村區(qū)域的污水處理設(shè)施多為簡易化糞池或小型生物處理池；部分新興城鎮(zhèn)雖發(fā)展快速，但污水處理設(shè)施建設(shè)卻未能同步跟上。因此，這些區(qū)域，污水處理規(guī)模小、抗壓能力差、處理方法落后，污水直接排放或僅經(jīng)簡單處理就進(jìn)行排放的現(xiàn)象普遍存在，且排放的污水中污染物濃度高，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。

2.2 設(shè)施運(yùn)行效率低

許多污水處理設(shè)施建設(shè)后由于缺乏專業(yè)的管理和維護(hù)，因而設(shè)備老化、故障頻發(fā)，運(yùn)行效率低且運(yùn)行成本高。同時(shí)，受操作不規(guī)范和技術(shù)人員培訓(xùn)不足等問題影響，污水處理效果不穩(wěn)定，污泥沉淀效果差，懸浮物去除率低，出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。

2.3 技術(shù)應(yīng)用不足

傳統(tǒng)的污水處理方法仍占主導(dǎo)地位，缺乏對(duì)新技術(shù)的有效應(yīng)用。物理處理、化學(xué)處理、生物處理等傳統(tǒng)的污水處理方法，不但處理效率和處理效果存在一定的局限性，而且處理系統(tǒng)運(yùn)行能耗高、成本大，導(dǎo)致不能在污水處理過程中充分挖掘污水中的各項(xiàng)資源潛力，影響了對(duì)污水中資源的有效回收利用效率，因此應(yīng)加大對(duì)新技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的支持力度，推動(dòng)污水處理行業(yè)的技術(shù)優(yōu)化與升級(jí)。

3 人工濕地技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 提升處理能力

人工濕地技術(shù)作為一種新型的生態(tài)污水處理技術(shù)，能通過植物、土壤和微生物的相互作用，有效去除污水中的污染物。區(qū)域可根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)不同類型的人工濕地系統(tǒng)（如表面流和潛流濕地），以適應(yīng)不同的污水處理需求。此外，這種定制化設(shè)計(jì)，不僅能提高污水處理的整體能力，還能通過自然凈化過程降低污水處理能耗及增加生態(tài)效益。

3.2 優(yōu)化設(shè)施運(yùn)行

通過引入人工濕地的生態(tài)管理系統(tǒng)，優(yōu)化污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行效率，不僅能降低污水處理系統(tǒng)運(yùn)營成本，還能提高排放水質(zhì)的達(dá)標(biāo)率。如，通過智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)污水處理的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，以適應(yīng)污水水質(zhì)的變化；通過定期維護(hù)和植物管理，能有效提升濕地性能，確保污水處理系統(tǒng)能持續(xù)發(fā)揮最佳效果。

3.3 推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新

在人工濕地研究中，可通過積極探索新型植物與技術(shù)（濾材）的組合，提高污水處理效果。如，通過對(duì)不同植物的適應(yīng)性及其污染物去除能力的深入研究，選用更適合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的植物種類，提升污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理效率；通過與其他污水處理技術(shù)（如膜技術(shù)）聯(lián)用，形成多層次的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步提高污水凈化效果，推動(dòng)污水處理技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展[3]。

4 人工濕地技術(shù)在污水處理中的資源回收潛力

4.1 水資源再生

人工濕地技術(shù)可通過植物根系和微生物的代謝活動(dòng)，有效去除污水中的有機(jī)物和營養(yǎng)成分，且處理后的污水符合再生水標(biāo)準(zhǔn)，適于農(nóng)業(yè)灌溉、景觀用水等非飲用用途。如此一來，不僅可緩解區(qū)域的水資源緊缺問題，還能有效降低自然水體的壓力，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。

4.2 營養(yǎng)物質(zhì)回收

由于人工濕地中的植物可有效吸收污水中的氮、磷等營養(yǎng)成分，因而通過定期的植物收割，不僅能促進(jìn)植物更好地生長，還能將收割下的植物制作有機(jī)肥料，進(jìn)一步回饋農(nóng)業(yè)。這種資源化利用方式，既有助于降低水體富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，又能提高土壤肥力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4.3 經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益

人工濕地技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益，不僅建設(shè)與維護(hù)成本相對(duì)較低，而且可為多種生物提供棲息地，促進(jìn)生物多樣性。同時(shí)，將人工濕地技術(shù)與其他生態(tài)技術(shù)相結(jié)合，還能提高資源回收率，改善生態(tài)環(huán)境，推動(dòng)區(qū)域生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

5 在珠三角地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用情況

5.1 案例項(xiàng)目背景

由于快速的工業(yè)化和城市化，珠三角地區(qū)水體污染問題嚴(yán)重，水資源匱乏，因此珠三角地區(qū)的某市于2022 年啟動(dòng)了基于人工濕地技術(shù)的污水處理與資源回收項(xiàng)目（下稱“案例項(xiàng)目”），目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)污水的有效處理和資源的循環(huán)利用。

5.2 人工濕地技術(shù)應(yīng)用步驟

5.2.1 選址與設(shè)計(jì)

案例項(xiàng)目位于水源豐富且土地適宜的區(qū)域，選址時(shí)綜合考慮了地下水位、土壤性質(zhì)和周邊生態(tài)環(huán)境的影響。

設(shè)計(jì)上采用水平流與垂直流相結(jié)合的混合型人工濕地，以增強(qiáng)污水處理系統(tǒng)的處理效率和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)面積2 hm2，預(yù)期污水處理能力2000 m3/d。為確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性，不僅進(jìn)行了詳細(xì)的水質(zhì)分析、土壤成分檢測(cè)和氣候評(píng)估，還引了入計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬技術(shù)，對(duì)水流在人工濕地中的流動(dòng)路徑進(jìn)行模擬，以優(yōu)化人工濕地的水力學(xué)設(shè)計(jì)，確保污水在人工濕地內(nèi)均勻分布，減少水流短路現(xiàn)象，提高污水整體處理效果。

5.2.2 系統(tǒng)建設(shè)

在系統(tǒng)建設(shè)階段，準(zhǔn)備富含有機(jī)質(zhì)的土壤和改良介質(zhì)，以促進(jìn)植物生長和微生物活性。結(jié)合珠三角地區(qū)的氣候和植被特點(diǎn)，選用多種耐水濕、成活率高的植物，如蘆葦和香蒲等，并進(jìn)行基于生態(tài)位理論的植物組合設(shè)計(jì)，以提高植被的生態(tài)適應(yīng)性和污水處理效果。搭建多級(jí)分流的水流系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，便于對(duì)人工濕地污水處理系統(tǒng)后期的維護(hù)與升級(jí)。引入智能化設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人工濕地內(nèi)的水位、溫度、pH 等參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)反饋，保持人工濕地污水處理系統(tǒng)的最佳處理狀態(tài)和生態(tài)平衡。

5.2.3 污水進(jìn)水與處理

在系統(tǒng)處理過程中，污水經(jīng)過多層植物根系和底床的過濾與降解后，利用微生物群落的協(xié)同作用對(duì)污染物進(jìn)行去除；通過多級(jí)污水預(yù)處理系統(tǒng)，利用沉淀池和格柵去除污水中的大型固體顆粒，降低后續(xù)處理負(fù)荷；利用引入的多種功能性微生物，增強(qiáng)氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除能力，實(shí)現(xiàn)更高的污水處理效率，以及提升污水中資源回收利用效率。

5.3 應(yīng)用難點(diǎn)與解決方式

5.3.1 高污染負(fù)荷

案例項(xiàng)目初期的進(jìn)水COD 濃度高達(dá)600mg/L，導(dǎo)致人工濕地污水處理系統(tǒng)壓力大，污水處理效果不佳。為解決這一問題，設(shè)計(jì)布置了分流預(yù)處理設(shè)施，提前去除污水中大部分懸浮物和部分污染物，以減輕后續(xù)的人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提升污水處理效果。

5.3.2 水質(zhì)復(fù)雜多變

珠三角地區(qū)氣候復(fù)雜，暴雨、臺(tái)風(fēng)等極端天氣較多，不同季節(jié)和降雨時(shí)段的水質(zhì)差異較大，對(duì)污水處理效果產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。為解決這一問題，案例項(xiàng)目引入智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控污水的水質(zhì)變化，同時(shí)采用自適應(yīng)控制算法調(diào)整水體的流速、流量、停留時(shí)間，以及植物配置，確保污水在每個(gè)人工濕地單元內(nèi)都能獲得充分地接觸和處理。

5.3.3 植物生長周期長

案例項(xiàng)目建設(shè)初期部分植物生長速度較慢，吸收代謝能力較弱，嚴(yán)重影響人工濕地污水處理系統(tǒng)的污水處理能力。為解決這一問題，選用可快速生長的水生植物并搭配不同生長周期的植物，替換人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生長速度慢、吸收代謝能力弱的植物，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)土壤肥力的管理，確保植物在早期階段就能發(fā)揮出較好的污水處理效果，提升人工濕地污水處理系統(tǒng)的污水處理能力。

5.4 水質(zhì)改善情況

案例項(xiàng)目采用的人工濕地污水處理系統(tǒng)的污水處理效果如表1 所示，COD 去除率為93.33%，BOD5 去除率為94.00%，NH3-N 和TP 的去除率分別為96.25% 和97.50%。實(shí)際效果表明，應(yīng)用人工濕地技術(shù)的污水處理系統(tǒng)在去除有機(jī)污染物、氮、磷方面表現(xiàn)良好，可有效改善污水出水水質(zhì)。

5.5 資源回收利用成效

在再生水利用方面，污水處理量約10萬m3/a，供周邊農(nóng)田灌溉，節(jié)水量折合經(jīng)濟(jì)價(jià)值約500萬元/a。同時(shí)，在有機(jī)肥料產(chǎn)出方面，收割植物量約5 t/a，轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料，折合經(jīng)濟(jì)效益約30 萬元/a，并且減少化肥使用量20%，增強(qiáng)了土壤養(yǎng)分，實(shí)現(xiàn)了資源的回收再利用。另外，案例項(xiàng)目周邊生物多樣性顯著提升，新增鳥類棲息地6 個(gè)，改善了區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

6 結(jié)束語

綜上所述，應(yīng)用人工濕地技術(shù)的污水處理系統(tǒng)污水處理效率高、資源回收利用效益顯著，不僅有利于改善水環(huán)境，為生產(chǎn)生活提供穩(wěn)定的再生水源，還可促進(jìn)水環(huán)境治理的科學(xué)發(fā)展。基于對(duì)珠三角地區(qū)實(shí)際情況的詳細(xì)分析，案例項(xiàng)目通過因地制宜地進(jìn)行人工濕地污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與落實(shí)，實(shí)現(xiàn)了良好的污水處理效果，處理后的污水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。因此，案例項(xiàng)目展現(xiàn)出了人工濕地技術(shù)在應(yīng)對(duì)高污染負(fù)荷和復(fù)雜水質(zhì)的污水處理方面的強(qiáng)大潛力，為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供了經(jīng)驗(yàn)支撐。

隨著科技的進(jìn)步，人工濕地技術(shù)有望結(jié)合更多前沿科技，如物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能（AI）技術(shù)、大數(shù)據(jù)操作平臺(tái)等，進(jìn)一步提升污水處理系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平。通過智能監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)優(yōu)化污水處理流程，不僅能應(yīng)對(duì)更復(fù)雜、更惡劣的水質(zhì)環(huán)境，還能處理氣候溫差變化大、水質(zhì)波動(dòng)及更加極端的特殊情況，在更大范圍內(nèi)調(diào)控資源數(shù)據(jù)，促進(jìn)人工濕地污水處理系統(tǒng)生態(tài)更加平衡、物種更加多樣性，從而吸收更多具有潛在價(jià)值的物質(zhì)，提高污水中資源及人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中資源回收的利用效率。加入納米技術(shù)提升水質(zhì)凈化效果，通過結(jié)合生物過濾膜及其他先進(jìn)產(chǎn)品，有效吸附污水中更細(xì)微的污染物，促進(jìn)污染物的更高效去除，提高人工濕地污水處理系統(tǒng)的出水質(zhì)量。

展望未來，高科技的融入將能推動(dòng)人工濕地技術(shù)向更高效、更環(huán)保的方向發(fā)展，為應(yīng)對(duì)全球水資源挑戰(zhàn)貢獻(xiàn)更多智慧與方案。

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作者簡介

蘇朗榮（1989—），男，漢族，廣東中山人，工程師，學(xué)士，主要從事水環(huán)境研究方面的工作。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-10-23