摘要：人工濕地系統(tǒng)以其低投資、低能耗、低運行費、高生態(tài)環(huán)境效益等諸多優(yōu)點越來越多地受到社會的關(guān)注。本文主要闡述了人工濕地系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)分類、工藝機理及構(gòu)建技術(shù)。最后，介紹了人工濕地系統(tǒng)的應(yīng)用前景并指出了未來的主要研究方向。

　　關(guān)鍵詞：人工濕地;污水;處理;機理;應(yīng)用;

　　1前言

　　人工濕地是為處理污水而人為設(shè)計建造的，是本世紀(jì)七八十年展起來的新型廢水處理工藝。它根據(jù)自然濕地生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)、生化反應(yīng)的協(xié)同作用來處理廢水，一般由人工基質(zhì)(一般為碎石)和生長在其上的水生植物(如蘆葦、茳芏等)組成，是一個獨特的土壤—植物—微生物生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地可以促進廢水中植物營養(yǎng)素的循環(huán)，使廢水中所含的有用物質(zhì)以作物生產(chǎn)形式再利用，能綠化土地，改善區(qū)域氣候，促進生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)[1]。

　　人工濕地作為一種新型生態(tài)污水處理技術(shù),具有投資和運行費用低(僅為傳統(tǒng)二級污水廠的1/10至1/2)、抗沖擊負(fù)荷、處理效果穩(wěn)定、出水水質(zhì)好,蘆葦可以利用(作為造紙原料)等諸多優(yōu)點,特別是其在脫氮、降磷方面的應(yīng)用逐步為人們所重視,因此在我國經(jīng)濟尚欠發(fā)達、地理條件相對寬裕的廣大中小城鎮(zhèn)、居民小區(qū)具有很廣闊的應(yīng)用前景。特別是表面流人工濕地在外觀形式和功能結(jié)構(gòu)上都十分類似于自然濕地系統(tǒng)。在天然沼澤、河湖岸帶濕地退化嚴(yán)重，自然濕地面積大幅減少的情況下，利用這些資源以及各種荒灘地重建、改建為人工濕地處理生活污水，既可為退化濕地提供穩(wěn)定的水源和營養(yǎng)元素，又可為自然濕地的保護和退化濕地的恢復(fù)、重建提供一個新的方案，并能為城市居民提供一個良好的休閑娛樂場所。

　　2人工濕地的定義及分類

　　2.1濕地及人工濕地的定義

　　目前一般采用《國際濕地公約》中對濕地(Wetland)的定義，即濕地是指天然或人工，長久或暫時的沼澤地、泥炭地或水域地帶，靜止或流動，淡水、半咸水、咸水體，包括低潮位時水深不超過6m的水域。它具有如下三基本特征：

　　2.1.1地表水多，水是導(dǎo)致濕地形成、發(fā)展、演替、消亡與再生的關(guān)鍵，無水不成濕地。地表過濕，有季節(jié)性或常年性積水、淡水、半咸水或咸水;

　　2.1.2水導(dǎo)致了土壤潛育化，有明顯的潛育層;有的有泥炭層，為水成土;

　　2.1.3受水的影響，生長有濕生植物、沼生植物或喜濕的鹽生植物[1][2]。

　　2.2人工濕地分類

　　人工濕地因水流方式差異可分為以下3類[3]：

　　2.2.1表面流濕地(SurfaceFlowWetlands縮寫為SFW)：水在填料表面漫流，它與自然濕地最為接近，絕大部分有機物的去處是由長在植物水下莖、桿上的生物膜來完成。這種濕地不能充分利用填料層極豐富的植物根系，衛(wèi)生條件也不好，故設(shè)計中一般不采用。

　　2.2.2潛流濕地(SubsurfaceFlowWetlands縮寫為SSFw)：水在填料表面下滲流，因而可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其他各種作用處理污水，而且衛(wèi)生條件較好，故被廣泛采用[4]。

　　2.2.3立式流濕地(VerticalFlowWetlands縮寫為VFW)：水流動況綜合了SFW和SSFW的特點，但其建造要求高，易滋長蚊蠅，目前亦不多用[5]。

　　3人工濕地原理

　　人工濕地對廢水的處理綜合了物理、化學(xué)和生物3種作用。它成熟后，填料表面和植物根系中生長了大量的微生物形成生物膜，廢水流經(jīng)時，SS被填料及根系阻擋截留，有機質(zhì)通過生物膜的吸附及同化、異化作用而得以去除。濕地床層中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍的微環(huán)境中依次呈現(xiàn)出好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)，保證了廢水中的氮、磷不僅能被植物及微生物作為營養(yǎng)成分直接吸收，還可以通過硝化、反硝化作用及微生物對磷的過量積累作用從廢水中去除，最后通過濕地基質(zhì)的定期更換或收割使污染物質(zhì)最終從系統(tǒng)中去除[6]。

　　研究發(fā)現(xiàn)人工濕地對污染物的去除主要是通過水生植物、基質(zhì)以及微生物的共同作用來完成的。

　　3.1去除有機物的機理

　　人工濕地顯著特點之一是對有機物有較強的處理能力。不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾可以很快從廢水中截留下來，被微小生物加以利用;可溶性有機物則可通過生物膜的吸附及微生物的代謝過程被去除。研究表明：在進水濃度較低情況下，人工濕地對以BOD的去除率可達85%~95%。COD去除率可大于80%，城市污水通過濕地處理后，出水BOD在10mg/L左右。廢水中大部分有機物的最終歸宿是被異養(yǎng)微生物轉(zhuǎn)化為微生物體及CO2和H2O，這些新生的有機體可以通過填料定期更換最終從系統(tǒng)去除。

　　3.2氮的去除機理

　　人工濕地去除氨氮的機理是通過硝化反應(yīng)先將氨氮氧化成硝酸氮，再通過反硝化反應(yīng)將硝酸氮還原成氮氣而從水中逸出。硝化反應(yīng)在好氧環(huán)境下由自養(yǎng)型好氧微生物完成，它包括3個步驟：第1步由亞硝酸菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮;第2步則由硝酸菌將亞硝酸鹽氮進一步氧化為硝酸氮;第3步由反硝化菌在無氧而有硝酸氮存在的條件下，利用硝酸氮中的氧進行呼吸，氧化分解有機物，將硝酸鹽氮還原為氮氣或N2O。

　　3.3磷的去除機理

　　人工濕地對磷的去除是植物吸收、微生物去除及物理化學(xué)作用3方面共同作用的結(jié)果。如同無機氮一樣，無機磷也是濕地植物必需的養(yǎng)分。廢水中無機磷在植物吸收及同化作用下可變成植物的ATP，DNA及RNA等有機成分，通過植物的收割而去除。在一般二級污水處理系統(tǒng)中，當(dāng)進水磷含量為10mg/L時，微生物對磷的同化吸收去除僅是進水總磷量的4.5%~19%，所以，微生物除磷主要是通過強化后對磷的過量積累來完成的。由于濕地中植物光合作用光反應(yīng)、暗反應(yīng)交替進行，根毛輸氧多少的交替出現(xiàn)，以及系統(tǒng)內(nèi)部不同區(qū)域?qū)ρ跸�耗量的差異，�?dǎo)致了系統(tǒng)中厭氧、好氧的交替出現(xiàn)，使磷的過量釋放和過量積累得以完成。這是常規(guī)二級處理方式所難以滿足的。

　　4建立人工濕地系統(tǒng)的技術(shù)

　　人工濕地的構(gòu)造可簡述為：在一定長寬比及底面坡降的淺池內(nèi)或低洼地中，按一定的坡度填充選定級配的填料(如碎石)，在填料表層土壤中種植一些處理性能好、成活率高、生長周期長、根系發(fā)達、美觀及具有經(jīng)濟價值的水生植物(如水葫蘆、菹草、蘆葦?shù)?，構(gòu)成一個濕地生態(tài)系統(tǒng)。在濕地處理系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)盡可能增加水流在其中流動的曲折性，以增加該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、對外界環(huán)境的抗性、延長該濕地的使用壽命及處理能力。一般而言，其設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮以下幾個因素。

　　4.1污水量和污水水質(zhì)確定

　　進行污水量的調(diào)查和污水水質(zhì)分析，確定處理的規(guī)模以及有針對性地去除有關(guān)污染物，設(shè)計處理后的污水必須達到一定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　4.2污水處理工藝選擇

　　人工濕地系統(tǒng)去除的污染物種類廣泛，包括BOD，COD(Chemicaloxygendemend)，SS(Suspendedsolid)，氮，磷，鉀，微量金屬，病原體等.為減免經(jīng)常性的清污、降低人工濕地的作業(yè)困難，污水的前期處理十分必要。此外，應(yīng)根據(jù)不同的污水來源選擇不同的處理工藝。

　　4.3人工濕地的植物選擇

　　應(yīng)選擇耐污、凈化、抗逆能力強的鄉(xiāng)土植物作為人工濕地的種植植物。成都活水公園選擇了鳳眼蓮、浮萍、蘆葦、香蒲、馬蹄蓮、野芋、傘草、菖蒲、燈心草、睡蓮、金魚藻、眼子菜、菹草等。黃時達等人對蘆葦、香蒲和燈心草的對比實驗結(jié)果表明，在四川地區(qū)三種水生植物的污水處理能力都較強，但以燈心草最為顯著。

　　有關(guān)的水生植物去污的報道中，還包括挺水植物，如茭白、慈姑等;浮葉及漂浮植物還有滿江紅、水花生、菱、水鱉、荇菜等;沉水植物有伊來藻、輪葉黑藻等。在人工濕地的設(shè)計中，濕地的長寬值可按下式計算：W=Q/Ks×S×d.其中：W表示濕地寬(m);Q表示濕地平均處理流量(m3/d);d表示濕地深(m);KS表示填料導(dǎo)水率[m3/(m2xd)];S表示濕地床坡度。人工濕地的深度一般是按水生植物根系自然擴展的深度來設(shè)計的，多數(shù)為0.6~0.7m。

　　5結(jié)束語

　　人工濕地是一個綜合的生態(tài)系統(tǒng)，它應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生原理、結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則，在促進廢水中污染物質(zhì)良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境的再污染，獲得污水處理與資源化的最佳效益，是一種較好的生態(tài)廢水處理方式，比較適合于處理水量不大、水質(zhì)變化較小、管理水平不高的城鎮(zhèn)污水和較分散的污水的處理。經(jīng)過20多年的研究,人工濕地污水凈化技術(shù)的研究已經(jīng)取得了許多經(jīng)驗參數(shù)和理論數(shù)據(jù)，但是還有許多工作有待于進一步開展：

　　5.1實際應(yīng)用中，人工濕地系統(tǒng)的工藝設(shè)計常常是與其他系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成多水塘處理系統(tǒng)，共同實現(xiàn)污水凈化的目標(biāo)。目前最常見的多水塘組合是人工濕地與好氧塘、厭氧塘以及兼性塘進行多級串聯(lián)組合，其目的是為了保證濕地處理系統(tǒng)具有更高的處理效率，使出水水質(zhì)更趨穩(wěn)定。但是其組合方式、組合次序都會影響到系統(tǒng)出水的水質(zhì)。因此，與人工濕地組成的多水塘污水復(fù)合處理系統(tǒng)也將是今后的熱點研究之一。

　　5.2農(nóng)業(yè)面源污染的研究和治理。目前，面源污染已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過點源污染，用傳統(tǒng)的點源污染控制技術(shù)很難治理面源的污染，而人工濕地在這方面具有很明顯和獨特的優(yōu)勢和潛力。

　　參考文獻

　　[1]Hammer,D.A.Constructedwetlandsforwastewatertreatment[M].Micahigan:LewisPublisherInc,1989.

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　　[3]高拯民等。城市污水土地處理利用設(shè)計手冊[M]。北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990。

　　[4]崔玉波，韓相奎，宋鐵紅。潛流人工濕地污水處理技術(shù)的效能與設(shè)計[J]。環(huán)境科學(xué)動態(tài)，2003，2：23~25。

　　[5]吳振斌，任明迅，付貴萍，賀鋒。垂直流人工濕地水力學(xué)特點對污水凈化效果的影響[J]。環(huán)境科學(xué)，2001，22(5)：45~49。

　　[6]賀鋒等。復(fù)合構(gòu)建濕地運行初期理化性質(zhì)及氮的變化[J]。長江流域資源與環(huán)境，2002，11(3)：279~283。

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