特别分析我国人工湿地污水处理技术

第一篇：特别分析我国人工湿地污水处理技术

特别分析我国人工湿地污水处理技术

1人工湿地污水处理系统概述 1.1人工湿地系统的组成

人工湿地主要由三部分组成:植物、微生物、填料。植物如芦苇、风车草等水生植物,可以直接吸收污水中的有机物作为其生长的营养物质,也可以吸附、富集一些有毒的重金属,可以将空气中的氧气输送到根区,为床体中好氧和厌氧微生物提供良好的环境。微生物在湿地对污水中污染物的生物降解过程中起到了重要的作用,有机物被生物膜吸附后通过微生物的呼吸作用去除。填料如土壤、砂子、砾石等,是微生物生长的空间和场所,是湿地水生植物的载体。1.2人工湿地系统的分类

1.2.1表层流人工湿地表层流人工湿地在外貌和功能上都与自然湿地最为相似,废水在土壤的上层水平流动,固态悬浮物被填料及根系阻挡截留,通过湿地而沉淀,同时微生物也附着在填料或植物的根茎叶上,发挥生物降解作用。

1.2.2潜流人工湿地废水从湿地表面纵向流入填料床的底部,床体处于不饱和状态,氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统,但生物作用主要是厌氧反应。

1.2.3立式流湿地水流动情况综合了表层流式和潜流式的特点,但其建造要求高,易滋长蚊蝇,尚不多见。

1.3人工湿地污水处理系统的特点

湿地系统的投资和运行费用平均仅为传统二级污水厂的1/10～1/2，费用低。基本上都能达到规定的污水排放标准。

现有资料分析，湿地处理系统不仅可处理以耗氧有机物和氮、磷等营养物质为主的生活污水，尤其是对重金属和酸性的有机及无机矿物质污染有良好的去除效果。且对负荷变化的适应能力强，能全年运转，管理维护方便，但北方地区冬季易结冰。2 我国人工湿地污水处理系统现状 2.1 应用现状

近年来，我国在人工湿地的技术开发方面取得了一定的进展。1988～1990 年，在北京昌平进行了表层流人工湿地处理系统的研究，处理量为500t/d 的生活污水和工业废水，占地2hm2，水力负荷为4.7cm/d，COD 去除效率为81.2%，BOD 去除效率为85.8%。1990 年7月，国家环保局华南科学研究所在深圳市郊设计、建成了白泥坑人工湿地污水处理试验工程，整个系统采用潜流式植物碎石体和兼性稳定塘相组合的设计，COD去除效率为71%，BOD 去除效率为90%。深圳市河流综合治理重点工程之一的沙田人工湿地污水处理厂，于2000 年12 月开始建设，2001 年7 月建成投产，处理规模为5000m3/d，占地2 万m2，COD 去除效率76%，BOD 去除效率78%。目前，山东省也在积极开展人工湿地系统的设计、规划工作。

人工湿地除处理生活污水外，还广泛应用于处理农业面源污染、垃圾场渗滤液、富营养化水体、采油废水、采矿废水等。随着研究的逐渐深入，人工湿地还被用于改善饮用水源的水质，如利用人工湿地改善北京官厅水库水质，出水基本满足地面水Ⅲ类标准。

2.2 人工湿地处理污水在国内的优势 2.2.1 面源污染的控制

长期以来，村镇与社区的污水处理没有受到应有的重视。据统计，95%以上的生活污水及粪便废水被直接排入地下或江河湖泊，加重了水污染控制的难度。因此，可将适当负荷的人工湿地污水处理系统应用于面源污染控制。2.2.2 城市污水处理的经济型模式

目前，国内外普遍采用二级生化处理工艺来集中处理量大面广的生活污水，往往需要庞大的充氧曝气设施，大规模的收集管网，较高的运行费用和管理水平。同时，去除氮、磷污染物的能力较差，易造成受纳水体的富营养化。应用人工湿地进行小型分散化的污水就地处理模式，不需要大量的污水收集管网，而且其建造费用可由开发商、居民和政府共同承担，在某种意义上缓解了水污染日益增多与政府资金短缺之间的矛盾。

2.2.3 饮用水源和景观用水的保护

人工湿地系统较能充分地利用自然中的湿地植物以及基质的自然净化能力，并在污水净化工程中促进植物的生长，增加绿化面积，并为野生动物提供栖息地，有利于生态环境的建设。利用人工湿地处理系统处理城市公园、绿地景观水的同时，也美化了环境，为市民、游人创造了良好的生态环境，取得了显著的社会、环境和经济效益。

2.2.4 人工湿地的资源化利用

人工湿地处理分散型生活污水的一个重要优势，便是经过人工湿地系统处理净化的污水可做中水回用，以解决目前普遍面临的水资源危机。在农村地区，可以利用净化后的污水用于当地农业灌溉、水产养殖等； 在城镇社区，生活污水集中于人工湿地系统处理后，可直接用于社区的花木浇灌等，兼具了绿化和美化小区环境的作用。2.2.5 其他

此外，在人工湿地系统推广种植用于生产生物质能源的植物，具有很大的经济潜力。目前，多数能源植物的研究尚处于实验和示范阶段，而我国在能源植物作为湿地植物种植方面所开展的工作几乎空白。2.3 国内应用湿地污水处理存在的问题 2.3.1 工艺存在的问题

我国在人工湿地系统应用中普遍存在的问题有：

①淤积阻塞。造成这种情况的原因，往往是污水没有经过预处理直接排入湿地，或是在人工湿地运行的初期，植物根系不发达导致去除悬浮物能力较差，有些情况下，甚至是由于进水水力负荷太大或是洪水暴雨对人工湿地床体的冲击而造成堵塞。②坡降变化。由于水流的不断流动、冲刷，造成处理单元的坡降发生改变，致使配水不均，增加了单位面积处理单元的水力负荷，同时也使得有机负荷的区域分配不均，降低了处理效果。

③水生动植物对处理系统的影响。④对周围土壤有渗透的影响。2.3.2 土地资源可利用性的制约

一般来说，人工湿地处理负荷较低，因此占地面积较大。以深圳沙田污水厂为例，处理1m3 污水需要湿地的面积为1.88m2 如果考虑前期处理，总用地为4m2/m3。如果以每人每天平均用水300L 计算，则平均处理一个人每天所产生的污水便需要1.2m2 的面积。由深圳白泥坑人工湿地污水处理试验工程可知，处理1m3 污水需要湿地的面积为2.7m2 左右，相较于传统生化二级处理，单位污水处理用地明显较大，特别是我国大部分地区土地资源都较为紧张的情况下，人工湿地污水处理系统的应用更受影响。

2.3.3 气候条件的制约

我国南方地区洪水及雨季对人工湿地的运行影响很大，往往改变了实地处理单元中的坡降甚至淹没湿地，严重影响了系统。而在北方地区，气温则是影响构建湿地运行的最重要因素，系统的处理效率最低或者甚至为零。2.3.4 缺乏相关的数据和统一规范

由于我国人工湿地污水处理技术起步较晚，且目前投入运行试验的人工湿地污水处理系统较少，所以关于人工湿地的设计、建造、运行、维护等过程的相关数据和资料，目前还没有系统的统计和整理，长期运行系统的数据也缺乏可靠积累。3 展望

人工湿地是一种很有发展前景的污水处理系统，今后应该从以下几个方面寻求新的突破。

3.1 建立人工湿地数据库

由于各地的气候条件, 湿地规模，负荷率，几何布置，植物种类构成，及废水的类型构成等变化很大，因而对人工湿地很难有统一的设计和运行参数。因此，建立必要的数据库，有助于湿地系统的设计和管理维护。3.2 进一步探索人工湿地机理

由于其所涉及机理的复杂性和领域的广泛性，虽然有些机理研究已经得到初步的认可，但是仍有许多问题需要进一步研究。比如，目前仍未完整地建立起各种污染物的去除反应动力学模型，现有的模型基本为一些经验模型而无法得到广泛的应用。3.3 改良人工湿地技术

目前，世界各国都投入了大量精力以改良人工湿地技术，将一些传统污水处理技术引入人工湿地。除了对现有的人工湿地系统进行研究以改良和优化工程设计参数外，对系统的长期运行能力和管理问题也正在得到深入研究。例如，选择适当的操作方式,以防止填料的堵塞;选择新型的填料,以确保长期的除磷效果;选择新型的水生植物,以提高湿地系统的综合效益等。3.4 加强湿地植物生物质能的利用研究

湿地植物具有很大的生物质能价值，开发合适的经济的生物质能的利用技术，最大化人工湿地系统资源利用，在发挥其生态效益的同时，可增加一定的经济效益。

第二篇：我国人工湿地污水处理技术现状分析

我国人工湿地污水处理技术现状分析

何胜

13级环境科学二班

摘要：人工构建湿地对于污水的处理是建立于自然湿地对于污水的处理之上的一种新型的污水处理技术，它具有区别于其他的污水处理方式的独特优势，受到了国内外污水处理部门的广泛青睐。本文对于湿地污水处理系统的定义进行了简单介绍，对于人工湿地的现状进行了简单阐述，针对人工湿地的优缺点也进行了分析；同时还介绍了污水在湿地当中的处理过程以及净化机理，最后介绍了我国人工湿地处理技术的应用现状，存在的问题和改善措施。以及简单介绍目前国内有哪些运行良好的从事人工湿地污水处理的企业工程 关键词：人工湿地；污水处理现状；当前特征及展望

Abstract: the artificial construction of wetlands for wastewater treatment is based on natural wetlands for wastewater treatment on a new type of sewage treatment technology, it is different from other way of sewage disposal of unique advantages, widely favored by the wastewater treatment sector at home and abroad.In this paper, definition of wetland sewage treatment system has carried on the simple introduction, for briefly elaborated the present situation of the artificial wetland, in view of the paper has analyzed the advantages and disadvantages of artificial wetland;At the same time also introduces the process and the purification mechanism of sewage in wetland, finally introduced the our country the present situation of the application of artificial wetland treatment technology, existing problems and improving measures.And simple introduce what are the current domestic well-run enterprise of artificial wetland wastewater treatment engineering.Keywords: artificial wetland;The sewage processing status;The current characteristics and prospects

0引用

随着工农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高,污水的种类和产量也随之不断增加,需要设计更为经济、更为高效以及适应范围更为广泛的污水处理系统,来面对这一日益严峻的现实问题。然而,我国已经兴建的许多城市二级污水处理厂由于处理成本和维持费用昂贵而经常处于间歇运行或者根本不运行的状态,导致大量建设资金的浪费和环境污染的日趋恶化。此外,传统的活性污泥法以去除碳源污染物为主,对氮磷等营养物质的去

【】除则微乎其微,出水排入环境水体后易引起富营养化等问题1。而人工湿地污水处理技术在许多领域内成为了传统污水处理工艺的廉价替代方案，目前应用较多的类型是表面流湿地和水平潜流湿地利用人工湿地处理污水有着传统处理工艺不可比拟的优势：投资少，造价，运营成本低廉；系统组合具有多样性、针对性、能够灵活地进行选择；处理污水具有高效性；【】有独特的绿化环境功能2。

1人工湿地的概念与历史

人工湿地系统是将污水引到人工建造的类似于沼泽的湿地上,在一定的填料上种植特选的植物,形成一个独特的动植物生态环境,利用植物的根脉和其周围土壤微生物来联合对污水进行处理,污水流经湿地时大量的污染物被填料和植物根系阻挡截留,有机污染物和N、P等

【】则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被除去3。

运用人工湿地处理污水可追溯到1903年，建在英国约克郡Earby的人工湿地，被认为是世界上第一个用于处理污水的人工湿地，连续运行直到1992年。而人工湿地生态系统在世界各地逐渐受到重视并被运用，还是在20世纪70年代德国学者Kichunth提出根区法(the root-zone-method)理论之后开始的[4]。20世纪70年代以来,人工湿地污水处理系统在我国得到了迅速发展：1987年,天津市环境保护研究所建成我国第一座芦苇湿地工程,处理规模为1 400 m3·d-1；1990年,华南环境保护研究所建成深圳白泥坑人工湿地示范工程,以及近年来成都市活水公园和沈阳市新近建成通水的马官桥污水生态处理厂,都是人工湿地污水处理的【】典型范例1。

2人工湿地的组成及分类

2.1人工湿地的组成

人工湿地由以下五部分组成：（1）各种透水性的基质，如土壤、砂、砾石；（2）在饱和水和厌氧基质中生长的植物，如芦苇；（3）水体（在基质表面下或表面上流动的水）；（4）好氧或者厌氧微生物种群；（5）无脊椎或脊椎动物。其中微生物、水生植物以及基质是人工

【】湿地的主要组成部分，也是影响污染物去除率的重要因素4。

2.2人工湿地的分类 2.2.1处理系统的类型

按照工程设计和水体流态的差异，人工湿地污水处理系统可以分为表面流湿地、水平流湿地和垂直流湿地3种主要类型（图

1、表1）

【】

表1 人工湿地污水处理分类及其特点5

图1 人工湿地的类型及其构造

[4]

2.2.2湿地中主要植物类型 湿地植物，在人工湿地系统中起着重要的作用，在湿地净化污水的过程中，被称为“营养盐清道夫”。按照应用类型，可分为观叶植物、观花植物、草皮植物、地被植物等;按生长环境可分为水生植物、沼生植物和湿生植物三类;按植物的生活类型看，可分为挺水植物、【6】【】沉水植物和浮水植物三类。常用于人工湿地系统的植物有芦苇、香蒲、荷花、美人蕉

7、【】【】【】凤眼莲

8、黑麦草、菖蒲

9、金边麦冬10等。

【】在人工湿地净化污水过程中,植物的直接作用可以归纳为3个重要的方面:11

(1)直接吸收污水中可利用的营养物质,吸附和富集重金属和一些有毒有害物质;(2)为根区好氧微生物输送氧气;(3)增强和维持介质的水力传输。除此之外,植物根系能分泌多种有机复合物,为微生物提供碳源。

此外,湿地植物还具有3个间接的重要的作用:(1)显著增加微生物的附着(植物的根茎叶);(2)湿地中植物可将大气氧传输至根部,使根在厌氧环境中生长;(3)增加或稳定土壤的透水性。

【】

表2 主要植物类型12

表3 常用湿地植物的性质

【11】

3人工湿地净化污水的原理

3.1基质的作用

基质是人工制造的填料，它是用沙、石、土等以按照不同的排列及不同的厚度铺成的，植物可以在上面生长，土壤中的分解者可以依附在上面。它不但是废水净化的重要物质，还是微生物生长的重要场所，又为水中生长的动植物提供营养物质。当废水中的有机物质到达人工湿地时，基质会发生一系列物理变化和化学变化，将废水中的有机元素氮和磷吸收。基

【】质的选材不同，其净化的结果也不同5,12,13,14。

3.2植物的作用

植物在人工湿地系统中起着很大的作用

【15】。

3.2.1吸收作用

植物作为湿地的初级生产者，具有吸收储存水体营养物!净化污染物!抑制低等藻类生长!促进其他水生生物代谢的作用。污水中的氮以有机氮和无机氮两种形式存在，其中无机氮被植物吸收利用，污水中的氮以有机氮和无机氮两种形式存在，其中无机氮被植物吸收利用，作为生长过程中不可缺少的营养物质；部分有机氮被微生物分解成氨氮后，也能被植物吸收利用。植物将吸收的氮素合成蛋白质等有机氮，再通过收割植物将有机氮去除。人工湿地法在处理污水时，废水中的无机磷在植物吸收剂同化作用下可转化成ATP、DNA、RBA等有机成分，然后通过收割植物而去除。植物可通过根部直接吸收水溶性重金属，还能通过改变根系环境来改变污染物的化学形态，达到降低或消除重金属污染物化学毒性和生物毒性的作用。一般认为植物对重金属的吸收能力为沉水植物>漂浮植物>挺水植物，不同植物以及同一植物的不同部位对重金属的吸收作用也不同，一般为根>茎>叶，且各部位对重金属的累积系数随

【13】 污染物浓度的上升而下降。3.2.2传输作用

对于人工湿地生态系统而言，植物生长过程中是否有充足的氧，决定着植物对所生长环境中的污染物的吸收和去除能力。人工湿地植物能将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区，在植物根区的还原态介质中形成部分氧化态的微环境，这种有氧态和缺氧态微环境的共同作用为根区的好氧!缺氧和厌氧微生物提供了各自适宜的小环境，使不同的微生物生长在一起，发挥相辅相成的作用，这样污水中的污染物能在微生物的新陈代谢作用下完全去除。植物根系是影响水力特征的主要因素，根系对介质的穿透作用!根系横向和纵向的扩张作用，在介质中形成许多微小的间隙，增强了介质的疏松度，使介质的水力传输作用得到增强。另外，植物的根系腐烂后，剩下许多的空隙和通道，这些空隙和通道增强了土壤的通透性，也【16,】有利于土壤水力传输。

3.3微生物的作用

微生物在人工湿地中占有极其重要的地位。微生物的数目可以直接反映出人工湿地的处理废水的能力。微生物将污水中的有机元素作为自己的养料，最终将废水中的有机物去除。人工湿地中的微生物数目是一定的，当废水排放量增加时，会导致某类别的微生物数量增多，但会在一段时间后恢复平稳。在植物的不同部位，其含有的微生物种类和数目也不同，在植物的根茎，数目较多的是好氧型微生物；在植物的根系，除了好氧型微生物还有兼性厌氧型微生物；而在距离根系较远的地方，厌氧型微生物最多。微生物不光吸收污水中的有机物质，还对有毒物质降解和对重金属进行分解，以去除污水中的有机物质和重金属[12,13,17]。

4.影响人工湿地污水处理能力的因素

湿地的污水净化性能主要依赖于当地的气候、湿地中水流动力学特性、植物种类、微生物类群及基质组成。其中当地气候是主要影响因素,因为其有影响其他几项因素的作用,湿地植物 种类、微生物活性和土壤中营养物质的生化循环都与气候有关[3,17]。

4.1湿地植物的类别

人工湿地废水处理系统中的植物对污水的处理能力很强，效果最好的是挺水植物，实验结果表明，宽香叶蒲对油脂，Pb及Zn的吸收效果极佳；根系浓密的植物中水麦冬对N和P的吸收效果最好。香蒲，菱白等植物有很好的净污效果，使水质更清澈。

4.2基质的类别

基质在处理污水中占有很大的作用，植物的生长离不开基质的营养提供，在废水净化中有很多物理沉降作用。当然，不同的基质对污水的处理能力不同，如果基质的选材和材料的大小选择不当，则对污水的净化能力会很弱。经研究发现，选用细石子做湿地的填料，对污染物的处理效果最好。

4.3水流的方式

表面流型的湿地对污水的处理能力比较弱；水平潜流湿地对一些特定的有机物和重金属能很好地去除；垂直流湿地系统的硝化水平比较高。将不一样类别的湿地系统有机结合，会很好提升对污水的净化能力。

4.4温度和 PH值

温度的变化直接影响 , 的氨化、硝化与反硝化过程，从而影响人工湿地对 , 的去除"低温下微生物基质酶的活性将受到抑制，导致酶促反应速度很慢，进而影响到硝化和含氮有机物的降解。除此外，随着季节气温的变化，植物不断生长，植物在不同生长时期对氮磷的吸收能力也是不同的，一般在春季和夏季，植物生长迅速，生物量增加，对氮磷的吸收增加，出水中氮磷含量较少，在秋季植物枯萎后，吸收速度放慢，而冬季死亡的植株甚至会释放磷到湿地中，致使出水中磷含量上升，无机磷含量甚至高于进水。PH值对人工湿地磷的去除

【】影响较大.因为废水中磷的去除主要是靠基质的物理化学作用，这与介质的酸碱环境有关18。

4.5 DO值

DO对氮的硝化、反硝化及磷的生物吸收和同化具有很大的影响。DO值过低是，出现缺氧状态抑制了硝化作用的进行，不能产生大量的亚硝酸盐和硝酸盐，继而使反硝化过程不能进行。DO值的提高可以有效增强微生物的代谢能力，促进微生物对磷的吸收和同化，也使硝

【】化细菌的呼吸活动加强，对有机物的降解起到了促进作用18。

5人工湿地的污染物去除机理

人工湿地可通过水体、基质、水生植物、微生物和腐殖化碎屑之间一系列复杂的物理、化学和生化反应，通过沉淀、过滤、吸附、离子交换、植物吸收和微生物分解、转化及吸收途径实现对水中诸如悬浮物、有机物、营养元素、金属离子、病原体和难降解有机物等污染【】物的去除4。

5.1有机物的去除机制

国内对人工湿地去除污染物的研究主要集中在营养盐N、P 上，对持久性有机污染物去除效果的研究工作开展的相对较少[19]。污水中的有机物包括溶解性有机物和颗粒性有机物。颗粒性有机 物通过在湿地基质中的沉积、过滤作用可以很快地被截留，进而被分解或利用 ,可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及厌氧好氧生物代谢降解过程而被分【】解去除[20]。万宁19等人经过研究指出湿地中植物和填料可以为微生物提供一个好氧、缺氧和厌氧环境，这种有氧和缺氧区域的共同存在为根区好氧菌，厌氧菌和兼性菌等各种微生物提供了适宜的生存环境，促进了根区微生物的生长繁殖，从而提高系统的净化能力。人工湿地系统虽然对有机物的去除率较高，但是随着系统的运行时间增加会出现有机物的积累现象，而影响净化效果。研究表明，水体在植物床填料内流动时，随着迁移距离的延长，COD 的降解速率呈现减慢的趋势[21]。

5.2氮的去除机制

人工湿地对氮的去除主要是依靠基质-植物-微生物之间相互作用，通过物理、化学和生物过程协同完成的。人工湿地系统氮的主要转化途径有: 矿化、基质吸附固定、植物/微生物同化吸收、硝化、反硝化和氨挥发等作用, 但是挥发、填料吸附和植物摄取的氮量十分有限【22,23】。

5.2.1氨挥发

氨挥发是一个物理化学过程，氨氮在气态和离子态之间平衡。研究表明，当pH<8.5 时,可以忽略氨氮的挥发[22]。在PH值为 8.3 时，可挥 发 性 气 态 氨 占10 ； 而 PH 值为 7．3 时 仅 占 1 9／ 6[20]。

5.2.2硝化 — 反硝化

不同形态的氮在人工湿地中会发生转化，有机氮在氨化细菌的氨化作用下转变为NH3-N，再通过硝化作用，硝化细菌把NH3-N转化为NO2--N和NO3--N, 最后通过反硝化过程，细菌在厌氧或缺氧环境中利用有机物产能,将NO2--N和NO3—N代替O2作为电子受体，最终使氮以N2O和N2形式从系统中根本去除[18]。硝化只改变N的形 态，反硝化才真正

【】将N去除24。一般在潜流型人工湿地中，主要是厌氧环境的，反硝化速率明显高于硝化速

【】率，硝化作用是脱氮的限制步骤22。

5.2.3植物吸收

水生植物在湿地脱氮过程中起了重要作用，植物可将氧气输送至根部，植物根系为微生物提供附着介质，并直接同化吸收氮素。植物主要吸收氨氮和硝态氮，优先吸收氨氮[22]。植物在系统去污过程中最重要的物理效应是它能够支撑床表面,提供良好的物理过滤条件,并

【】且可以为微生物的生长附着提供巨大的表面积23。不同的植物对系统的除氮效率也有不同的影响。袁东海[25]等对不同植物系统人工湿地净化生活污水总氮效果研究指出无植被系统的人工湿地除 N 效果下降速度较快,当污水中总氮的浓度为 80 mg/L 时, 其总氮去除率仅为 37% 左右, 其它有植被系统的人工湿地除氮效果下降速度比较缓慢.在有植被系统的人工湿地中, 随着污水总氮浓度的增加, 石菖蒲植被系统人工湿地仍有较高的 N 去除效率，【】在污水总氮浓度高达80 mg/L 时, 其 N 去除效率仍维持在 65% 左右。廖新亻弟26等通过研究香根草和风车草对猪场废水氮磷处理效果得知香根草在水中能正常生长 ,并在去除垃圾污水和生活污水 N、P表现出明显效果，是一种良好的净化富营养水体的植物。

5.2.4介质吸附

湿地基质层具有吸附特性。污水经过时，可以依靠基质层的吸附作用而得到净化，黏

【】土含量高的基质层对氨态氮还有离子交换作用20。但是李玉洁却认为基质对氮的去除作用

【】只是体现在为微生物的同化、降解和植物的吸收提供中介5。不过现在基本认定湿地中的填料也可通过一些物理和化学的途径如吸收、吸附、过滤、离子交换等去除一部分污水中的【】氮。沸石对氨态氮具有一定的吸附功能，大多都用此填料来处理含氮废水的试验27。人工湿地系统中除氮的关键在于选择填料, 因此新型价廉高效的吸附材料的开发应用是目前人

【】工湿地污水处理的研究重点28。

5.3对磷的去除机制

污水中磷的存在形式常见的有磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷酸盐等。人工湿地对磷的去除主要是通过基质物理化学作用、植物吸收、与有机物结合、微生物的正常同化和过量积累等，而磷最终从系统中去除是依赖于湿地植物的收割和饱和基质的更换[18]。根据研究资料显示，【】人工湿地对磷的去除可达60%-90%5。对磷的吸收作用最强的是基质的吸收作用，吸收效

【】果与基质中铁，铝和钙等离子浓度有关。对磷吸收最少的是植物的吸收13。李晓东等得出湿地基质的除磷作用最大，富含Al3+、Fe3+、Ca2+的基质通过吸附和沉淀反应有很好的除磷效果。大量的富含Al3+、Fe3+、Ca2+的基质(钢渣)具有显著地的除磷效果,但限于材料自身的特性,不能实际应用。探索不同基质的组合除磷作用是今后湿地基质研究的热点,此外,深入研

【】究基质中磷素解析释放,也是今后需要重点开展的工作29。李海波等用水淬渣作基质研究磷吸附-解吸效果，得出水淬渣基质的磷饱和吸附量3333 mg·kg-1,其水溶性钙含量为

【】01084%,pH值为7.54，适合作为湿地除磷基质36。微生物在湿地除磷中有着重要的作用。研究表明，由于水芹湿地和凤眼莲湿地中含有大量的磷细菌，水芹和凤眼莲湿地对磷的净化率比空白床分别高16.0%、8.1% [30]。虽然湿地系统内附着大量的微生物，但人工湿地与传统生物除磷在原理上有着本质的不同.一方面，废水中的有机磷经过湿地系统磷细菌的代谢活动转变成磷酸盐，磷酸盐容易被富含Al 3 +，Fe 3 +，Ca 2 + 的基质吸附，这一部分磷最终残留在湿地系统中而与水体分离，这种方式去除的磷占绝大部分。另一方面，湿地植物本身可以直接吸收磷的化合物，通过定期收割而除去这一部分磷，这一部分磷最终从湿地系统中分离出来，但只占很少一部分[31]。水生植物去除磷的机制之一是通过植物本身的吸收作用。不同植物的除磷效果是不同的,同一种植物的不同部位的除磷效果也是不【】同的32。另外徐和胜总结人工湿地对磷素的去除随水力停留时间的延长而增加，停留时间大于 5.3 d 时，芦苇湿地除磷效率可以高于 88%。湿地进水 TP 负荷与磷去除速率之间有

【】较好的线性关系（R 2 > 0.91）33。不同湿地植物在生长速度、污染物的吸收转化能力、泌氧能力等存在显著差异，这导致基质中的微生物种群及数量有所不同，筛选适宜的植物对稳

【】定和提高人工湿地的净化功能具有重要意义34。而夏宏生等认为植物从污水中直接吸磷并非人工湿地系统除磷的主要机理，他提出人工湿地除磷技术仍处于应用研究阶段,主要集中

【】在以下几方面:城镇生活污水处理,非点源污染控制,水体水质恢复35。

5.4重金属的去除机制

重金属的去除需要基质，植物以及微生物的共同协作。研究发现，湿地系统对于铬的去【】除效果最佳13。金属离子去除机理主要有: 植物的吸收和富集作用、土壤胶体颗粒的吸附、【】悬浮颗粒的过滤和沉淀18。水生植物表现出的对银、铜、铅、镉和锌等微量元素的富集

【】作用和对营养大量需求的特性可以被充分利用37。

史增奎等研究表明凤眼莲吸收的镉、锌离子主 要 富 集 在 根 部(Cd2+ 2441.27 mg /kg, Zn2+ 6 412.17mg/kg),对镉、锌最大富集系数分别是 553.3、759.2。凤眼莲对锌的富【】集能力稍高于对镉38。总之, 利用水生植物来迁移环境中的金属离子, 修复污染的环境, 防止重金属离子污染从陆地进入水环境, 是非常经济、有效、易于操作的(自然和人工的湿

【】地对金属离子转换率甚至接近100%)38。例如，吴敏等研究发现种植植物可提高湿地除砷效率； 以陶粒为填料的各组砷去除率分别是５０％（空白对照组），６４％（蜈蚣草组）和７４％（灯心草组）；以锰砂为填料各组相应的砷去除率分别是８９％，９５％和９１％【39】。并且谭彩云等人也用凤眼莲研究实验，探究凤眼莲对水中重金属离子铅、锌、铬的短期去除能力，最后得出300 g凤眼莲对 4 L浓度为 5~ 30mg/L的铅离子溶液的去除率均

【】可达到 99 %的实验结论40。相比之下，曹优明等用金边麦冬人工湿地对含铅废水中的铅进行净化处理实验，得到流量为 3 L／d时，金边麦冬人工湿地对铅的去除率最高，可达到

【】98．30％； 在流量为 18 L／ d 时，去除率仍可达到 82．63％的良好效果10。

6．人工湿地污水处理技术中存在的问题及解决办法

6.1问题与不足

第一点是现在的污水处理技术偏重于植物对废物的吸收，但是大量的植物茎秆没有很好的处理，造成了一定程度的二次污染。第二点是人工湿地污水处理占地面积较大，对废水的处理效率比较低。第三点是对人工湿地污水处理技术的原理认知不全面，在水中生长的植物的选取不够合理，对于基质的设置也有很多的不足，水温的控制不够严格，水体的成分研究不清晰。第四点是人工湿地污水处理效果受气候的影响较大，有些水生植物在冬季难成活，【】有些不耐高温，有些易生病虫13。

6.2解决办法

针对人工湿地建设时占地面积大，在选址时，要综合考虑经济、环境效益，通常可以把人工湿地建设在近郊地区，一方面不单单节省了市区的土地资源，另一方面，也可以直接对近郊周边的生产基地作用。在解决植物单一性方面，需要相关部门，加强对适合该地区 气候生长的物种进行研究，多模仿 自然湿地环境，最大程度的发挥生物的净化作用。另外，要加强对生产过程中产生的特殊工业废水的处理研究，目前，由于经济飞速发展，生产工业的节奏加快，其排放的废水也 随之增 多，加强特殊 工业废水研 究，寻找最优的去污机 理，最大程度的发挥人工湿地的作用，实现生物和经济效益最大化。除此之外，要加强对人工湿地管理人员的培训。人工湿地在长时间运作会产生淤积堵塞现象，会造成之后的处理效用明显降低，这需要管理人员要有充分的经验和技能去维护人工湿地的运作 【41】。

7.应用现状

（1）澄江县马料河人工湿地污水处理工程。建设时间：2003年7月；工程工艺：氧化塘+垂直潜流+表流湿地；污水类型：城镇生活污水；处理能力：3000m3/d；占地面积：20000m2；达标要求：GB18918-2002一级B标准；目前状况：正常运行。马料河人工湿地是云南省乃至国内填料型人工湿地污水处理系统工程化应用的典范之一。

(2)江川县渔村大河人工湿地污水处理工程。建设时间：2004年11月；工程工艺：氧化塘+水平潜流；污水类型：农村生活污水+农业面源污染；处理能力：10000m3/d；占地面积：13000m2；达标要求：地表水Ⅳ类水要求，部分满足Ⅲ类要求；目前状况：正常运行，部分指标达标。该污水处理厂是高负荷潜流湿地处理富营养化污水的力作，此项工程也开启了人工湿地高效处理污水的先河。

(3)玉溪市九溪人工湿地污水处理工程。建设时间：2008年5月；工程工艺：氧化塘+水平潜流+垂直潜流；污水类型：富营养化污水；处理能力：100000m3/d；占地面积：150000m2；达标要求：地表Ⅳ类水要求，部分满足Ⅲ类要求；目前状况：正常运行，出水达标。此工程是迄今为止，国内外面积最大的填料型人工湿地，工程出水除磷和氨氮外，均达到了地表3类标准，其蓝藻的去除率达到99%以上。

（4）北京市奥林匹克森林公园人工湿地水质改善工程于2006年在北京市朝阳区建成并运行至今，由中国科学院水生生物研究所联合北京市水利规划设计研究院等单位，承担该工程中的设计、施工、调试再生水和运行管理等方面工作。工程内的人工湿地系统作为奥林匹克森林公园水质改善、生态自然净化系统的重要组成部分，主要功能是深度处理，保障奥林匹克森林公园主湖循环湖水水质，并与其他水质改善措施协同作用，保持整个水系水质，同时创造独特的湿地生态景观，成为一个向世界展示北京生态城市内涵的窗口。工程建成后，出水达到《奥林匹克森林公园水系水质模拟和维护系统设计》的模拟分析水质目标，即大部分水质指标在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ-Ⅳ类。从景观上来看，人工湿地系统在奥运公园中形成独特的湿地景观，丰富公园的景观多样性，为运动员和游客提供良好的休闲空间。

8．展望

在我国，人工湿地在污水处理中的应用研究尚处于初级阶段，国家有关部门应该在思想上进一步提高对人工湿地处理污水重要性的认知程度，在政策、资金、技术等方面提供大力支持和保障，定期组织召开研讨会，作好宣传、推广工作。另外，应该积极开展与广泛利用人工湿地处理污水的国家间的信息交流工作。在未来的研究方向中，可着重对水生植物生理

【】生态种类筛选及有毒有害污染废水净化等方面进行研究6。

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第三篇：人工湿地污水处理技术

人工湿地污水处理工艺设计与研究设想

摘要：人工湿地作为一种新型生态污水处理技术，在实际应用中取得了快速发展。为了适应我国对这一技术的迫切需要，本文介绍了目前人工湿地污水处理的工艺结构、基本设计方法，阐述了人工湿地污水处理系统工艺设计的主要内容及存在的若干问题，并提出了开展人工湿地工艺设计研究的一些设想。

关键词：人工湿地；污水处理；工程设计

Abstract : As a new type of ecological wastewater treatment technology ,constructed wetland has been developed at a great speed in its application.In order to satisfy the urgent need of this technology in China ,the basic configuration , types and design methods of current wastewater treatment technology by constructed wetland are introduced ,and the main contents and problems of the process design of constructed wetland for wastewater treatment are summarized , and some research interests are proposed in this paper.Key words : construced wetland;wastewater treatment;process design 引言

近年来，各种水处理技术在实际应用中取得了不断的发展，特别是作为二级处理的活性污泥法以其工艺相对成熟、运行稳定、处理效果好而成为城市污水处理的主流工艺，但传统的活性污泥不仅基建投资大，运行费用高，且主要以去除碳源污染物为目的，对氮、磷等营养物质的去除则微乎其微，经处理后的出水排入水体后仍将引起“富营养化”等环境问题。三级处理虽可解决上述问题，但因投资和运行费用昂贵而难以大面积推广。同时事实也说明，单纯依靠传统的人工处理方法在我国当前的情况下尚难以从根本上解决水污染问题，只能延缓其发展趋势。70年代以来，人工湿地处理技术的提出和发展，为综合解决上述问题提供了一种新的选择。

人工湿地是一种人工建造和监督控制的与自然湿地相类似的地面，是人为地将石、砂、土壤等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统[1]。由于人工湿地具有处理效果好、建设和运行费用低、易于维护管理等优点[2,5 ]，因而受到世界各国的普遍重视，成为近年来发展较快的一种污水处理新技术[6]。

但是，由于人工湿地污水处理技术还处于开发阶段，尤其在我国人工湿地污水处理技术的发展及其应用时间还相对较短，还没有比较成熟的设计参数，其工艺设计也还处于试验阶段；人们对其的认识较少，加之存在许多亟待解决的问题，因而人工湿地的应有潜力未能得到深入挖掘。本文将在阐述人工湿地污水处理系统工艺设计的主要内容及存在的若干问题的同时，提出一些开展人工湿地工艺设计研究的设想和展望，以供广大环境保护工作者参考。人工湿地的类型与工艺流程

人工湿地系以人工建造和监督控制的、与沼泽地相类似的地面，通过自然生态系统中的物理、化学和生物三者协同作用以达到对污水的净化。此种湿地系统是在一定长宽比及底面坡度的洼地中，由土壤和填料混合组成填料床，废水在床体的填料缝隙或在床体表面流动，并在床体表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物，形成一个独特的动、植物生态系统，对废水进行处理[7]。

人工湿地按污水在其中的流动方式可分为两种类型[7]：①自由水面人工湿地(简称FWS，或称地表径流型人工湿地)，②潜流型人工湿地(简称SFS)。FWS系统中，废水在湿地的土壤表层流动，水深较浅(一般在0.3～0.6m)。与SFS系统相比，其优点是投资省，缺点是负荷低。北方地区冬季表面会结冰，夏季会滋生蚊蝇、散发臭味，目前已较少采用。而SFS系统，污水在湿地床的表面下流动，一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留等作用，提高处理效果和处理能力；另一方面由于水流在地表下流动，保温性好，处理效果受气候影响较小，且卫生条件较好，是目前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统，但此系统的投资比FWS系统略高。

人工湿地的工艺流程有多种，目前采用的主要有：推流式、阶梯进水式、回流式和综合式4种，如图1所示[7]。阶梯进水可避免处理床前部堵塞，使植物长势均匀，有利于后部的硝化脱氮作用；回流式可对进水进行一定的稀释，增加水中的溶解氧并减少出水中可能出现的臭味。出水回流还可促进填料床中的硝化和反硝化作用，采用低扬程水泵，通过水力喷射或跌水等方式进行充氧。综合式则一方面设置出水回流，另一方面还将进水分布至填料床的中部，以减轻填料床前端的负荷。实际设计中，人工湿地的运行可根据处理规模的大小进行多级串联或附加必要的预处理、后处理设施构成。这样的多种方式的组合，一般有单一式、并联式、串联式和综合式等，如图2所示[7]。在日常使用中，人工湿地还常与氧化塘等进行串联组合。

人工湿地污水处理系统一般包括前处理和人工湿地两部分。前处理一般包括化粪池、格栅、沉砂池、沉淀池、厌氧池和兼性塘等。直接将未经沉淀处理的污水引入人工湿地，虽然首级人工湿地的COD、BOD、SS的去除率高，但容易引起堵塞等问题，使维护费用增加。因此，将沉淀池或稳定塘作为人工湿地系统前处理是非常必要的。人工湿地一般工艺处理流程见图3[7]。

a c

b

d 图1 人工湿地的基本流程

a.推流式；b.回流式；c.阶梯进水式；d.综合式

a

c

b

d

图2 人工湿地的不同组合方式 a.单一式；b.串联式；c.并联式；d.综合式

图3 人工湿地一般工艺处理流程 人工湿地系统的设计

人工湿地污水处理技术还处于开发阶段，尤其在我国还没有比较成熟的设计参数，其工艺设计也还处于试验阶段。其设计受很多因素的影响，主要是：水力负荷、有机负荷、湿地床的构造形式、工艺流程及其布置方式、进出水系统的类型和湿地所种植植物的种类等。由于不同国家及地区的气候条件、植被类型以及地理条件各有差异，因而大多根据各自的情况，经小试或中试取得相关数据后进行设计[7]。

3.1 选址及污水量和污水水质的确定

在人工湿地修建前，先进行污水量的调查和污水水质分析，确定处理规模以及有关污染物的去除率，设计处理后污水必须达到国家规定的污水排放标准。然后，根据地质、地貌、水文、污水出口等自然状况以及市政规划等因素选定人工湿地地址。比如地形有一定自然坡度可减少开挖土方量，有利于排水、降低投资且减少对周围环境的影响；一般人工湿地应建在非洪涝灾害区或则需考虑修建相应的防洪措施；在房价较低地段修建可大幅度降低修建成本等。

3.2 植物的选择

人工湿地系统设计中，应尽可能增加湿地系统的生物多样性，以提高湿地系统的处理性能，延长其使用寿命。植物在碎石中为微生物提供场所，在整个湿地系统中占有重要的地位，因此应慎重选择。

总的来说，选择植物应该满足：(1)耐污能力和抗寒能力强，适宜于本土生长，最好以本乡土植物为主；(2)根系发达，茎叶茂密；(3)抗病虫害能力强；(4)有一定的经济价值。而常用的植物有芦苇、香蒲、大米草、美人蕉、水花生和稗草等，目前最常用的是芦苇。芦苇的根系较为发达，具有巨大比表面积的活性物质，其生长可深入到地下0.6～0.7m，具有良好的输氧能力。种植芦苇时，一般应尽量选用当地芦苇进行移栽，即将有芽苞的芦苇根分剪成10cm长左右，将其埋入4cm深的土中并使其端部露出地面。插植的最佳季节在秋季或早春，插植密度可为1～3株/m2。

3.3 填料的选用

湿地床由三层组成，表层土壤、中层砾石层和下层小豆石层。表层土壤可用当地表层土，优先选用钙含量为2～2.5kg/100kg的混合土，以利于提高脱磷效果。在铺设表层土时，要将地表土壤与粒径为5～10mm石灰石掺和，厚度为150～250mm。表层以下采用粒径在0.5～5mm的砾石或花岗岩铺设，其铺设厚度一般为0.4～0.7m，有时也采用粒径在5～10mm或12～25mm石灰石填料。进水配水区和出水集水区的填料常采用粒径为60～100mm的砾石，分布于整个床宽。由于表层土壤在浸水后会有一定的下沉，因此，设计的填料表层标高应高出期望值10%～15%[7]。

3.4 基本技术参数的确定

主要是确定污染物负荷、停留时间、水深和所需的土地面积等技术参数，污水的特性、地理位置、气候条件、人们的生活方式、经济和科技水平等均影响工艺参数的选择。基本技术参数见表1[7]。

表1 人工湿地基本技术参数

设计参数 单位 FWS SFS

水力停留时间 d 4～15 4～15

水深 ft 0.3～2.0 1.0～2.5

BOD5 水力负荷率

lb/acre.d ＜60 ＜60

Mgal/acre.d 0.015～0.050 0.015～0.050

面积 Acre/(Mgal/d)67～20 67～20 注：ft×0.3048＝m

lb/acre.d×1.1209＝kg/hm2·d

Mgal/acre.d×0.9354=m3/m2·d

Acre/(Mgal/d)×0.1069= hm2/(103m3/d)3.4.1 基本几何参数的确定

在人工湿地的设计中，湿地的长宽比可按下列公式计算：

为保证废水以推流方式流经湿地，一般要求长度应＞20m，长宽比L/W不应过大，建议控制在3∶1以下，常采用1∶1，对于以土壤为主的系统，L/W比应小于1∶1[1]。根据现有人工湿地的设计与运行经验，一般单个碎石床的长度＜50m，宽度为25～30m，湿地床的深度一般根据水生植物自然根系的延伸程度来设计的，多数为0.6～0.7m。

3.4.2 FWS系统的设计[7]

由于废水在人工湿地中流动缓慢，故人工湿地通常可视作一级推流式反应器，稳态条件下可用以下反应动力学公式描述：

基于人工湿地的影响因素较为复杂，各国研究者对湿地床的尺寸提出了不同的计算方法。Reed建议FWS系统可用下列方程计算[8]：

Tchobanoglour建议，设计水温为T时，反应动力学速率常数可由下式确定[8]：

当湿地床的底坡或水力坡度不小于1%时，上述方程可调整为： 对床表面积As，Kaklec和Knight建议用下式计算：

初步设计时，k值可取34m/y，背景BOD5值可由下式计算：。FWS系统的有机负荷

随废水性质和条件变化很大，其范围在18～110kgBOD5(ha·d)。一般只作为设计校核的指标，它的控制对维持系统好氧状态及防止蚊虫、恶臭等非常重要。

FWS系统的水力负荷可达150～500m3/(ha·d)。在确定水力负荷的同时应考虑气候、土壤状况、渗透系数和植被类型等场地类型，还应考虑接纳水体的水质要求，尤其注意由于蒸发、蒸腾的失水量对夏季处理的影响及在干旱地区设计湿地的可行性[7]。在特殊情况下，要求湿地设计达到零排放时，湿地中的水主要通过蒸发、蒸腾、补充地下水或系统内回用等途径完成，这时水力负荷及水平衡计算是设计时需要重点考虑的问题。

3.4.3 SFS系统的设计[7]

1．湿地床坡度的确定。

在SFS系统中，水流有两种流态，层流和紊流。当湿地床中所用填料的粒径不大，污水充满整个填料缝隙并处于饱和状态时水流为层流，此时填料床的坡度可用Darcy公式计算[8,10]：

对于其中的渗透系数Ks，到目前为止尚无准确的测定，如果是以砾石为主的湿地床，欧洲人建议取10-3m/s，而美国的经验认为Ks不宜大于10-4m/s。

一般认为当湿地床中的渗流雷诺数Re大于1～10时，水流变为紊流，此时不宜用Darcy定律来描述了，尤其是当采用的填料粒径较大时，则需要考虑水流的扰动作用了。此时宜用Ergun公式来描述[8,10]，即：

2．湿地床表面积的确定。湿地的表面积As可用下计算[8]：

式中KT与温度的关系为。据有关文献报道和实际试验，某一特定SFS系统的K20与床

体填料的孔隙率n有关，关系式为，对典型城市污水取K0=1.839d-1，高浓度有机工业废水

K0=0.198d-1。

英国人Kitkutb推荐用下列公式计算表面积：

。附－符号说明：

Ac，As—湿地床的横截面积，表面积，m2； Se，So—进水、出水BOD5，mg/L； Q—平均设计流量，m3/d； Ks—渗透系数，m3/(m2·d)；

K20，KT—温度20℃，T℃时的速率常数，d-1；

Ko—某一填料中植物根系充分发展后的最佳速率常数，d-1； L—湿地床长度，m； W—湿地床宽度，m； D—湿地床深度，m； S—底坡或水力坡度。

由上述各式，即可确定湿地床的基本尺寸。湿地床长度通常定为20～50m，过长易造成湿地床中的死区，且使水位难于调节，不利于植物的栽培。床横截面面积与温度、有机负荷无关，只受填料的水力学特性影响。在借鉴有关经验的基础上人们建议，通过填料横截面的平均流速Q/Ac以不超过8.6m/d为宜，以避免对填料根茎结构的破坏。

3．湿地床深度的确定。

湿地床的设计深度，一般要根据所栽种的植物种类及其根系的生长深度来确定，以保证湿地床中的必要的好氧条件。对于芦苇湿地系统，用于处理城市或生活污水，湿地床的深度一般取0.6～0.7m；而用于较高浓度有机工业废水的处理时，湿地床的深度一般在0.3～0.4m之间。为保证湿地深度的有效使用，在运行的初期应适当将水位降低以促进植物根系向填料床的深度方向生长，湿地床的底坡一般在1%或稍大些，最大可达8%，具体应该根据填料性质及湿地尺寸加以确定，如对以砾石为填料的湿地床，其底坡一般可取2%。表2[7]为深圳白泥坑人工湿地系统各单元的设计参数。

表2 深圳白泥坑人工湿地系统各单元的设计参数 项目 单元 长/ 个数 m

宽/ m

碎石粒径/ 碎石层厚/ mm

cm

池底坡度/ %

水力负荷/(m3/m3·d)

第一级 3 42 11-12.5 10-50 40-100 1，1.5，2.0 95.4

第二级 2 47 18.5 10-30 50-120 2.0，3.0 95.4

第三级 3 30 19

0（停留4天）

第四级 3 54 19 5-10 60-100 0.5，1，1.5 100.7

3.5 进出水系统的布置

湿地床进水系统的设计应尽量保证配水的均匀性，一般采用多孔管或三角堰等。多孔管可设于床面上或埋于床面以下，埋于床面下的缺点是配水调节较为困难。多孔管设于床面上方时，应比床面高出0.5m左右，以防床面淤泥和杂草积累而影响配水。同时应定期清理沉淀物和杂草等，保证系统配水的均匀性。系统的进水流量可通过阀或闸板调节，过多的流量或紧急变化时应有溢流、分流措施。

湿地出水系统的设计可采用沟排、管排、井排等方式，合理的设计应考虑受纳水体的特点、湿地系统的布置及场地的原有条件。为有效地控制湿地水位，一般在填料层底部设穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门。对严寒地区，进、出水管的设置须考虑防冻措施，并在系统的必要部位设置控制阀和放空阀。

3.6 湿地的水位控制

通常，湿地进水的水位是不变的，为使污水在床体内以推流式流动，须对床层的水位加以控制。通常，SFS系统对水位的控制有几点要求：①在系统接纳最大设计流量时，湿地进水端不出现雍水，以防发生表面流；②在系统接纳最小设计流量时，出水端不出现填料床面的淹没，以防出现表面流；③为了利于植物的生长，床中水面浸没植物根系的深度应尽量均匀，并尽量使水面坡度和底坡基本一致[7]。当出水端控制水面时，床堤的底坡选择对工程造价和水流流态有较大影响。因此，湿地床的底坡应尽可能地与床体的水面线坡度一致，且湿地床的长度不宜过长，过长易增加植物浸没深度的不均匀性，同时水流易形成大片的死区，将增加出水端水位控制的难度。

3.7 防止地下水污染

为防止湿地系统因渗漏而造成地下水污染，要求在工程时尽量保持原土层，并在原土层上设置防渗层。防渗层的设置方法有多种，如采用厚度为0.5～1.0mm的高密度聚乙烯树脂，或油毛毡密封铺垫等，为防止床体填料尖角对薄膜的损坏，施工时可在塑料薄膜上预铺一层细砂。存在的问题与研究设想

在我国，人工湿地污水处理技术还处于开发阶段，还没有成熟的设计参数，工业设计也还处于试验阶段，其中存在的很多问题都有待研究和解决。

4.1 存在的问题

人工湿地污水处理技术中存在的问题可以概述如下：

（1）人工湿地的基质种类比较单一，只有土壤、砾石和沙等几种，难以处理特殊污染物的水体，而且基质中的某些化学组成还可能抑制水体中某些污染物的去除。

（2）人工湿地植物种类单一，常用的湿地植物主要为芦苇、菖蒲、香蒲等挺水植物，实际应用中只选用其中的一种或几种植物，这样必然影响系统的处理效果。

（3）关于人工湿地去除污染物机理的研究虽然取得了很大的进展，但总体上看还无法为其工艺设计提供有力的理论指导，有待进一步深入，特别是对水体中主要污染物如N、P 元素及重金属元素的去除机理尚不十分清楚。

（4）污水在人工湿地中运行情况相当复杂，给人们对其水力学特征的研究带来了很大困难，一些工艺参数只能依据实践经验，因而导致了系统水力学设计不合理，出水效果不理想。

（5）目前关于人工湿地污染物降解动力学的研究虽已取得一定进展[11,12]，但采用的模型都是湿地床的静态宏观模型，没有考虑传质效率，即没有考虑污染物从液相迁移到生物膜过程中的阻力，难以反映人工湿地的真实情况。（6）人工湿地类型单一，对含特殊污染物或污染负荷比较高的水体难以达到处理效果。

第四篇：人工湿地污水处理技术研究进展

人工湿地污水处理技术研究进展

［摘要］文章对人工湿地污水处理技术国内外研究现状进行了概述，阐述了人工湿地污水处

理技术主要研究内容及进展，包括人工湿地对污染物的去除机理、去除效率研究，影响人工湿地处理效率的因素研究。根据人工湿地在污水处理中的研究和应用现状，指出了今后的研究 方向。

［关键词］人工湿地；污水处理；研究进展

［中图分类号］X52 ［文献标识码］C ［文章编号］1002－0624（2011）06－0052－03 湿地是地球上水陆生态系统中独特的、重要的生物生存环境和最富生物多样性的自然生态景观之一。它在抵御洪水、调节径流、改善气候、控制污染、美化环境和维护区域生态平衡等方面具有非常重要的作用，被誉为“自然之肾”。国内外研究现状概述

1953 年，德国Max Planck 研究所的Dr.Kathe Seidel 博士在研究中发现芦苇能够去除污水中大量的有机和无机物质，随后开发出Max—Planck Institute Process 系统。1977 年由 Kickuth 提出了“根区法”(采用栽种芦苇的水平潜流湿地使有机物降解，硝化反硝化去除N，沉淀去除P)，标志着人工湿地污水处理机理的初步萌芽。与此同时，美国的国家空间技术实验室研究开发了“厌氧微生物和芦苇处理污水”复合系统。此后，人工湿地处理污水技术不断完善，并于20 世纪80，90 年代在欧洲、美国、加拿大、日本等地得到了广泛的应用。

按照工程设计和水体流态的差异，人工湿地污水处理系统可以分为表面流湿地、水平潜流湿地和垂直流湿地3 种主要类型，各类型在运行、控制等方面的诸多特征存在着一定的差异。其中，表面流湿地不需要砂砾等物质作填料，造价较低，但水力负荷较低，该类型在美国、加拿大、新西兰、瑞典等国有较多分布。水平潜流湿地的保湿性较好，对有机物和重金属等去除效果好，受季节影响小，目前在欧洲、日本应用较多。垂直流湿地综合了前两者的特点，但其建造要求较高，至今尚未广泛使用。早期的人工湿地主要用于处理城市生活污水或二级污水处理厂出水，目前已被国内外许多学者或工程技术人员，经过工艺改进或者与其他系统进行组合后用于农业面源污染、城市或公路径流等非点源污染的治理[2]。此外，最近发达国家已经将重点转移到利用人工湿地处理特殊工业废水方面。将人工湿地用于处理特殊工业废水，这是人工湿地未来发展的一个新特点和趋向[3]。

我国进行湿地处理系统研究较晚，在“七五”期间才开始了人工湿地研究工作，仍处于起步阶段。目前人工湿地的研究和应用正方兴未艾。继天津市环保所建成的我国第一个芦苇湿地工程之后，1989 年于北京昌平区、1990 年于深圳白泥坑等地建成了湿地处理系统示范工程，效果良好（BOD去除率90%，COD去除率80.47%，SS去除率93%）[4]。1990 年，国家环保局华南环保所与深圳东深供水局建立了人工湿地示范工程，处理规模为3 100m3/d，其出水达到了二级处

理水平。1999 年，漳州市天宝造纸厂因地制宜，利用荒废的低洼地建造小型水葫芦—水草人工湿地，进行厂外废水治理，处理后出水灌溉香蕉园，实现了废水不外排，具有农业生态特征的废水治理模式，为我国乡镇造纸企业废水治理提供了有益的参考。2002 年，日处理污水50 000 m3 的人工湿地污水处理厂在江苏泅洪县竣工,深圳市、沈阳市、上海市也在开展积极的设计、规划工作。研究内容

2.1 人工湿地污染物的去除机理

人工湿地污染物的去除机理研究仍处于起步阶段，人工湿地污水处理普遍认同的机理是硝化反硝化去除N，沉淀去除P 的概括性描述，进一步研究难度很大，因为涉及到生物、物理、化学等多个学科，而且难以从微观角度定量化。

去除机理主要包括微生物、植物、土壤对污染物的去除机理。人工湿地有机物降解的基础机制是微生物的硝化和反硝化活动，丰富的微生物资源为湿地污水处理系统提供了足够的分解者。湿地植物对氮的去除主要通过以下途径：氨的挥发作用、NH4+的阳离子交换作用、吸收、硝化和反硝化作用等。湿地植物对磷化物的处理除作为营养成分吸收外，还可以通过在苗床基质中的吸附、络合和沉淀反应来去除。湿地土壤对有毒物质的“净化”机理，主要是通过沉淀作用、吸附与吸收作用、离子交换作用、氧化还原作用和代谢分解作用等途径实现的。

2.2 人工湿地处理污水的效率

1）对有机物的去除效率。综合国内外有关学者对人工湿地净化城市污水的研究数据，在进水浓度较低的情况下，人工湿地对BOD5 的去除率可达85%～95%，对COD 的去除率可达80%，处理出水BOD5 的浓度在10 mg/L 左右，SS 小于20mg/L[5]。

2）对氮的去除效率。废水中的氮以无机氮和有机氮两种形式存在，无机氮可以被人工湿地中的植物吸收，合成植物蛋白质，植物的收割对湿地系统除氮有直接贡献，但这一部分氮仅占总氮量的8%～16%。微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除中起着重要作用。目前人工湿地系统TN 去除率不高的主要原因是硝化-反硝化途径不畅通，提高氮的去除率最重要的是提高湿地系统中的硝化作用强度。还有研究发现，人为提高湿地中BOD与NO3-N 之比（如添加秸秆或甲醇），氮的去除率会大幅度提高，能从30%左右上升至80%～90%，原因是BOD∶NO3-N 的比值太低时不利于反硝化作用的进行，当比值上升到2.3 时，反硝化率达到最大值。

3)对磷的去除效率。在人工湿地中磷主要是通过基质的吸附、络合及与Ca，Al，Fe 和土壤颗粒的沉淀反应及泥炭累积，植物的吸收，微生物去除等作用而去除。据资料显示，人工湿地对各种类型污水中的TP 的去除率为47.0%～97.2%[6]。

2.3 影响人工湿地处理效率的因素

1）人工湿地的类型。人工湿地的类型不同对不同污染物的去除效率也有差异。水平潜流湿地对BOD，COD 等有机物和重金属的去除效果较好，垂直流湿地对氮、磷的去除效果较好，表面流型湿地的处理效果一般。但如果将表面流型与潜流型、表面流型与垂直流型结合起来的复合湿地，去污效率会进一步提高[7]。

2）湿地植物种类。一般来说，植物的生物量较大、根系比较发达、根系的输氧能力比较强的话，其净化能力就比较强[7]。其次，不同的植物对污染物的去除速率也不相同，日本学者对不同的植物去除氮和磷的速率进行了研究。

3）基质类型。一般来说，含有机质丰富的基质有助于吸附各种污染物；土壤基质的去污能力不如砾石基质[3]；含CaCO3较多的石灰石基质可以有效地去除磷，沸石-石灰石组合的基质可以有效地去除TN，TP [6]；煤渣-草炭基质对磷具有较强的吸附能力，在不种植湿地植物的情况下对TP 的去除率可达到77.6%～85.0%，可以作为垂直流人工湿地系统的特殊基质；花岗岩-粘性土壤基质能高效地去除污水中的磷，对TP 的去除能力可达90%[5]。

4）湿地中微生物种类和数量。废水中各类污染物的去除与湿地系统中生长的微生物种类和数量有关，相关系数的大小可以反映某一类微生物对某一类污染物的去除能力。不同微生物与BOD和COD 的去除率之间均有明显的相关性，说明人工湿地微生物系统对BOD 和COD 去除率的贡献；废水中NH4-N 的去除与硝化细菌和反硝化细菌都有明显的相关性，说明硝化和反硝化作用是人工湿地系统去除氮的主要方式；废水中磷的去除与湿地中的各类微生物均不具有明显的相关性，这说明微生物不是人工湿地系统中去除的磷主要因素；废水中总大肠杆菌的去除与放线菌和原生动物的数量有明显的相关性，这说明人工湿地系统中的放线菌和原生动物是去除大肠杆菌的主要作用者[6]。

5）环境因子的影响与管理措施。温度、水力停留时间、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。因此，夏天的处理效果会好于冬天[9]。有研究表明，细菌的反硝化作用受温度影响，在10～30℃范围内，高温有利于反硝化。但温度高于30 ℃，则会对硝化反硝化过程产生抑制作用[7]。也有研究发现，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。人工湿地污水处理技术研究展望

1）进一步加强人工湿地处理污水机理的研究。人工湿地处理污水的机理非常复杂，设计的范围也很广。目前，虽然有些机理研究已经得到初步的认可，但仍然存在很多问题需要进一步研究，如污水中的有机污染物、无机污染物、金属污染物的去除过程与机理；根际微生态系统的综合作用；有机物、无机化合物和金属离子在湿地系统内的相互作用及其对植物、微生物和土壤的影响等[9]。

2）人工湿地处理农村污水示范研究。人工湿地在解决我国农业面源污染和农村生活污水方面具有独特的优势，应加大人工湿地处理农村污水示范研究，探讨适合我国国情的农村污水处理方式，并通过集成示范，查找技术中存在的问题，为进一步大范围推广打下良好的基础，3）湿地系统优化运用研究。①加强湿地植物的筛选工作，选择一些耐污能力强，去污效果好的湿地植物，同时加强多种植物的合理搭配的研究。

②重点研究在提高人工湿地氧化硝化能力的同时如何提高其反硝化能力，解决硝态氮的高效去除问题。③填料的类型直接影响湿地系统的净化能力，尤其是对磷的去除。加强填料的筛选

和如何防止填料堵塞，是今后应该优先考虑的工作。结语

人工湿地系统是一个完整的人造生态系统，它形成了良好的生态循环，不仅具有较好的污水净化效果，而且具有较好的生态和经济效益。目前发达国家已用人工湿地处理各种类型的废水，发展中国家发展也应大力发展人工湿地技术，在我国该项技术将会得到越来越广的应用。

［参考文献］

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第五篇：人工湿地生活污水处理技术

人工湿地生活污水处理技术

(一)基本概念

人工湿地实质是一个综合生态系统，主要应用生态系统中各个共生物种的能量和物质循环的再生作用，在促进废水中污染物良性循环的前提下，充分发挥资源生产潜力，获得污水处理与资源化的最佳效益，防止污水对环境造成二次污染。

(二)技术原理

人工湿地污水处理技术的原理是通过人工建造和控制来运行与沼泽地类似的地面，将污水有控制地投配到湿地上，使污水在湿地土壤缝隙和表面沿一定方向流动的过程中，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，对污水进行处理的一种技术。其生态系统的作用机理包括吸附、滞留、过滤、沉淀、微生物分解、转化、氧化还原、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的其他作用等。

(三)系统分类

人工湿地处理系统可以分为以下几种类型：自由水面人工湿地处理系统、潜流型人工湿地处理系统、垂直水流型人工湿地处理系统等。

系统去除的污染物范围广泛，包括N、P、SS、有机物、病原体等。在进水浓度较低的条件下，人工湿地对BOD5的去除率可达85%～95%，COD去除率可达80%以上，出水中BOD5的浓度在10mg/L，SS小于20mg/L。废水中大部分有机物作为异样微生物的养分，最终被转化为微生物有机体、CO2和H2O。

(四)技术特点

人工湿地处理系统同时具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资少、运行费用低等优点，非常适合中、小型村庄生活污水的集中处理。

(五)适用范围

1.人工湿地污水处理技术易受气候条件影响，南北差异较大，北方大部分地区冬季温度较低，难以维持生态系统的正常运行或保证污水处理效果。因此在选用该技术时，要选取合适的植物，并且要充分考虑项目地植物过冬问题。

2.该处理技术适用于农村集中式和分散式污水处理，根据各地土地充裕情况、居住方式和经济状况而定。对于居住较为分散、土地宽裕的村庄，可选用分散式处理方式，以户为单位，充分利用农村零星空地，建设小规模湿地处理系统，可同时满足净化污水和美化环境的效果。集中式处理系统，更适宜于居住集中、土地有限的农村，尤其是撤村并镇和新建的农村社区，各户将污水通过管网或沟渠排入处理系统集中处理。

3.该技术对于项目地地形条件的要求较为宽松，设计时可因地制宜。

(六)注意事项

采用人工湿地处理技术，主要注意以下几点：

1.人工湿地处理技术必须做好防渗系统，对于农村地区湿地防渗可采用土工膜或三灰土夯实等简易实用的方法。

2.人工湿地植物的选取。湿地植物是湿地处理系统最明显的生物特征，它是人工湿地的主要组成部分，在污水处理过程中起着重要作用。湿地植物选取时应因地制宜，综合考虑植物的以下特征：耐水、根系发达、多年生、耐寒、吸收氮、磷量大、兼顾观赏性和经济性、要尽量选择当地的土著种。目前，常用的有芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、风车草、彩虹鸟、水竹、水葱、大米草、鸢尾、蕨草、灯芯草等。

3.人工湿地植物栽种初期的管理主要保证其成活率。湿地植物栽种最好在春季，植物容易成活。如果不是在春季栽种而在冬季，应做好防冻措施，在夏季应做好遮阳防晒。总之，要根据实际情况采取措施以确保栽种植物的成活率。

4.植物栽种初期为了使植物的根扎得比较深，需要通过控制湿地的水位，促使植物根茎向下生长。

5.做好日常护理防止其他杂草滋生并及时清除枯枝落叶，防止腐烂污染。

6.对不耐寒的植物在冬季来临之前要做好防冻措施或及时收割。