人工湿地处理技术及特征

李明飞等

摘 要：湿地被称为地球地球的“肾”，是地球上重要自然资源。人工湿地在现在污水处理中担当了重要的角色。人工湿地系统是通过人为地控制条件，利用湿地复杂特殊的物理、化学、生物综合功能净化污水。本文主要介绍人工湿地的处理原理、人工湿地处理污水系统的主要特征以及人工湿地的建设，目的是研究人工湿地的特点及发现人工湿地的优越性。

关键词：人工湿地；处理技术；分类；特征；建设

人工湿地是指人工建造和监管控制的、工程化的湿地；是由水、滤料以及水生物所组成，具有较高生产力和较天然湿地有更好的污染物去除效果的生态系统。随着社会发展，环境的不断改变，人类对生存环境的要求也是越来越高，但随着工业的快速发展需水量不断增大，人们生存面临极大挑战。而水处理也是我们必须面临的问题，人工湿地恰恰既满足美观的要求又能保障水的处理要求。

1 人工湿地处理技术及分类

1.1 人工湿地处理原理

人工湿地是由一些适合在污染环境条件下生存的以大型水生植物为主的高、低等生物和处于水饱和状态的基质组成的具有特殊生理功能的复合体。人工湿地污水处理系统是由人工建造和监督控制，充分利用湿地系统净化污水的能力，包括生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。

1.2 人工湿地分类

人工湿地因水流方式差异可分为以下3 类。

（1） 表面流湿地： 废水在湿地床的表面慢流，它与自然湿地最接近，绝大部分有机物的去除是由长在水下植物叶茎、杆上的生物膜来完成。这种湿地不能充分利用填料层极丰富的植物根系，北方地区冬季表面会结冰，目前较少采用。

（2） 潜流湿地： 污水在湿地床表面下渗流，一方面可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及表层土和填料截留作用处理，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，尤其适合北方地区的气候特点。

（3） 立式流湿地：水流动情况综合了表面流湿地和潜流湿地的特点，但其建造要求高，易滋长蚊蝇，目前尚不多见。

1.3 工湿地植物选择

植物是湿地中重要去污成分之一，其生长发育直接影响到出水的水质。目前人工湿地常用的植物有芦苇、席草、大米草、水花生、水葱、香蒲、灯心草、沼生蔗草、池杉、柳等。 不同物种或同一物种在不同湿地环境中的净化效率有较大差异，人工湿地植物选择趋向于从当地的天然湿地中选择抗污能力强、净化效果好的物种 [3]。

多种植物组合对水质的净化效果好于单种植物，目前有越来越多的试验采用多种植物的组合。这可能是因为：不同水生植物的净化优势不同，有的可以高效地吸收氮，有的能更好地富集磷，当多种植物组合使用时就会有利于植物之间取长补短，保持稳定的净化效果；每种植物在不同时期的生长速率及代谢功能各不相同，导致不同时期对氮、磷等营养物质的吸收量也不同，而且随着植物发育阶段不同，附着于植物体上的微生物群落也会发生变化。微生物群落的变化会直接影响到植物对水体的净化率；多种植物的组合具有合理的物种多样性，从而更容易保持生态系统的长期稳定性，而且也会减少病虫害。

2 人工湿地处理污水系统的主要特征

人工湿地处理污水系统的应用范围很广，可用于处理市政生活污水还可用于处理工业污水和地表径流。与传统污水处理技术比较，人工湿地污水处理系统具有下列特征：

（1）生态化处理污水。人工湿地污水处理系统能在有效地处理污水的同时，还具有增加绿地面积、改善大气质量、净化空气、缓解城市热岛效应、减少排水投资等改善和美化环境的生态功能。

（2）污水和污泥可同时进行处理，节省污泥处置费用和防止二次污染。尤其是中国南方地区，高温多雨的气候条件更有利于人工湿地处理系统的运行，一年四季均具有较强的污水处理能力。

（3）投资成本远低于常规技术，且运行管理方便。与同等规模污水处理厂相比，人工湿地的建设费、运行费只需二分之一和五分之一。

（4）处理后的净水可以中水回用，以达到充分利用水资源的目的。其对污水中的氮磷的去除效果优于常规污水处理工艺。

（5）人工湿地技术应用灵活。从日处理污水几十、几百吨，至几万、几十万吨，都能独立运行。

3 人工湿地的建设

3.1 场地的选择

采用人工湿地工艺处理污水时，应尽可能选择有一定坡度的洼地或经济价值比较低的荒地，一方面减少土方工程量、便于排水、降低投资；另一方面可以防止对周围环境的影响。

3.2 填料的应用

进水配水区和出水集水区的填料一般采用60mm～100mm粒径的砾石，分布于整个床宽。处理区填料表层土壤可采用含钙量为210～215kg/100kg的混合土，以利于提高脱磷效果。表层以下全部采用5mm～10mm粒径的石灰石填料

3.3 植物的栽种

在选择湿地植物种类时，要根据耐污耐寒性、生长适应性、抗病性、根系的发达程度、经济价值性及美观要求等来确定，应尽可能增加系统的生物多样性，以提高湿地的处理能力，延长湿地使用寿命。芦苇由于根系较为发达，可深入地下016m～017m，输氧性能良好，故被广泛采用。

3.4 湿地床的水位控制

一般情况下，湿地进水的水位是一定的，为使污水在床体内以推流式流动，必须对床层的水位加以控制。对目前比较常用的潜流湿地系统，在水位的控制设计中应注意以下两个问题：一方面当系统接纳最小设计流量时，出水端不会出现填料床面的掩没；另一方面当系统接纳最大设计流量时，湿地进水端不出现雍水。。湿地床中水面浸没植物根系的深度要尽可能保持均匀，并使水面坡度与底坡的坡度一致。

4 综述

人工湿地不仅美观而且实用，作为一种低耗、高效且与自然相和谐的污水处理工艺，人工湿地在各国都受到极大关注。人工湿地系统由于它具有高效率、低投资、低运转费、低维护技术、低能耗、处理效果好等优点，非常适合我国国情，尤其是适合广大农村地区、中小城镇地区的污水处理。人工湿地系统是一种新兴的废水处理技术，其有以下优点：

（1）设计合理，运行管理严格的人工湿地处理污水效果稳定、有效、可靠，可与污水三级处理媲美。此外，对污水中含有的重金属及难降解有机物有较强处理能力。

（2）基建費用低，一般为生物处理的1/3～1/4。

（3）能耗省，费用低，为生物处理的1/5～1/6；可定期收割植物，有一定的经济效益。

（4）既能净化污水，又能美化景观，形成良好的生态环境，为野生动植物及人类提供良好的生活环境。

参考文献

[1] 高廷耀，顾国维，周琪，水污染控制工程，第三版，高等教育出版社，2007

[2] 徐丽花， 周琪。 人工湿地控制暴雨径流污染研究进展。 上海环境科学， 2001， 20（ 8） ： 401-402

[3] Gerberg RM，Elkins BV，Lyon S R，et al.Role of aquatic plants in waste water treatment by art if icial wet lands Wat.Res，1986，20（3）：363-368）

[4] 高吉喜，叶春，杜娟。水生植物对面源污水净化效率研究。中国环境科学，1997，17（ 3） ： 247-251