关于人工湿地水质净化技术分析

刘继凯　陈玉涛

(1.山东省南四湖东平湖环境管理委员会办公室，山东　272000；2.泰安市岱岳区环境保护局，山东　271000)



关于人工湿地水质净化技术分析

刘继凯1陈玉涛2

(1.山东省南四湖东平湖环境管理委员会办公室，山东272000；2.泰安市岱岳区环境保护局，山东271000)

【摘要】湿地是陆地的潮湿地带和水体，人工湿地以其独有的污水净化功能，日益受到各界的关注。本文对人工湿地的相关概念和特点进行了分析，并对人工湿地系统水质净化技术进行了分析，人工湿地水质净化技术在污水深度处理中具有非常广阔的应用前景。

【关键词】人工湿地；污水净化；工艺设计

1人工湿地的组成及其分类

1.1人工湿地的组成

人工湿地生态系统主要包括湿地土壤、人工基质、水体、湿地生物等几个部分构成[1]。

(1)湿地土壤。湿地土壤是人工湿地生态系统的基础载体，其类型和结构将会对湿地植物的类型、数量以及质量产生直接影响，并由食物链对湿地的动物产生影响，从而影响到整个湿地的生态系统。同时，湿地土壤还会直接影响到湿地微生物的类群和数量。

(2)人工基质。人工基质的加入能够使湿地的污水净化性能得到进一步提升。当前，国内人工湿地系统主要采用细砂、粗砂、碎石以及灰渣等材料作为人工基质。人工基质能够对污水中的部分颗粒物形成较好的过滤和吸附作用，同时还能通过与污水中颗粒物的化学反应进一步提高湿地土壤的过滤和净化性能。

(3)水体。水体是人工湿地的重要组成部分，同时也是湿地净化的主要对象。当前，国外已经将人工湿地的净化对象由水体向生活污水、工业污水等方面逐步扩展，随着研究的进一步加深，相信净化对象水体范围还将进一步扩大。

(4)湿地生物。湿地生物主要包括植物、动物和微生物。其中，湿地植物发挥着维持湿地生态平衡，净化污水的功能。芦苇、莲藕、水葫芦等植物是当前较为适宜种植的湿地植物，但是由于受到季节变化以及水体等因素的影响，还需要种植一定数量的其它植物。湿地的大量植物群类为鸟类和两栖动物提供了良好的栖息地。这些动物不但能够很好的维护湿地的生态平衡，同时还能使湿地的景观效果进一步提高。而湿地的微生物主要包括一些真菌和细菌，在净化污水方面发挥着非常重要的作用。

1.2人工湿地的分类

人工湿地处理系统根据水体的具体流动方式可以分为自由水面人工湿地处理系统、水平潜流湿地人工处理系统和垂直潜流型人工湿地处理系统三类。

(1)自由水面人工湿地处理系统。该类型湿地处理系统类似与自然湿地，其土床被水体全面包裹，水体深度通常在4m以下，该类型人工湿地全年或者一年中的大部分时间均存在表面水。湿地植物和土壤中的微生物能够将污水中的大部分有机物分解掉，并且湿地植物还能拦截大部分污水中的颗粒物。该类人工湿地的建造相对简单而且成本较低，但是容易受到季节变化的影响，对水体的净化效果也会随着季节变化而变化。

(2)水平潜流湿地人工处理系统。该类型湿地处理系统的水面维持在基质床的表面之下，此类湿地通常以矿石和粗砂作为机制，基质中存在大量的空隙，从而使污水能够通过这些空隙快速渗漏到整个基质床。污水中的污染物主要由土壤中的微生物、植物以及人工介质中的颗粒吸附和分解，具有较好的净化效果，且受季节影响不大，但是运行管理难度相对较大。

(3)垂直潜流型人工湿地处理系统。该类型湿地处理系统的污水从湿地表面沿垂直方向流经湿地填料床的下部，当床体不饱和时，系统可以充分利用填料对污染物进行降解消化，其污水净化能力在三类湿地中最强，但是建造程度高、管理复杂，而且对污水中的有机物的净化效果不够理想。

2人工湿地污水净化工艺流程及特点

2.1工艺流程

人工湿地污水净化系统主要包括收集和预处理系统、配水和集水系统、植物池三个部分[2]。

(1)收集和预处理系统。该系统主要由污水集水管网、污水集水池、格栅以及沉淀池等构成。如果净化对象是被污染的河水，则可以取消污水集水管网和污水集水池。

(2)配水和集水系统。该系统主要由配水井、配水槽、配水管网、布水管、集水管以及集水池等几个部分构成。

(3)植物池。根据具体的水质净化要求，可以设计为一级植物池或者多级植物池，污水需要在植物池中经过多次的正逆向反复过滤。通常在植物池中种植美人蕉、水葱、芦竹等植物。

2.2工艺特点

相对于传统污水净化技术来说，人工湿地污水净化技术主要具有以下显著特点：①可以根据实际污水处理需求对处理规模进行自由调整，污水水源能够就地收集、就地处理和就地利用；②取材方便、施工简单，对构筑物、设备的处理相对较少，成本也相对较低；③由于植物池中种植了大量的湿地植物，能够发挥较好的美化环境的效果；④运行管理较为简单，人工工作量相对传统污水净化工艺大幅减少，通常情况下，在相同净化规模下，人工湿地污水净化工艺能够比传统工艺减少80%的人员投入；⑤由于人工湿地污水净化工艺无需曝气、投加药剂以及回流污泥，也不会剩余污泥生产，因此，可以大幅度降低系统的运行费用，处理成本通常低于0.05元/m3；⑥污水净化效果好，出水水质能够因为植物池填料的不同而达到GB3838-2002《地面水环境质量标准》中的Ⅱ类到Ⅴ类水质标准。经过净化之后的水能够直接作为饮用水的水源以及景观用水，同时也可以作为生活和工业用水。

3人工湿地污水净化工艺设计

3.1工艺设计原则

通常情况下，人工湿地污水净化工艺的设计需要遵循以下几点原则：①根据进水水源的实际污染程度以及污水中固体悬浮颗粒的含量确定污水在沉淀池内的沉淀时间，从而确保污水的预处理效果，污水预处理设施主要包括污水集水池、提升设备、格栅以及沉淀池；②植物池中特殊土壤的渗流系数应该大于10～7m/s；③植物池的底面以及四周最好采用隔水材料制作防水层，从而使污水在净化之后能够更好的回收利用；④为了确保每支配水管能够均匀进水，最好在植物池之前设置一级或者二级配水槽，然后再利用配水管到达布水管，布水管的设置间距应该控制在2m以下，且每支布水管的长度应该控制在6m以下。

3.2工艺设计要点

(1)预处理系统设计要点。如果污水中的污染物以及固体悬浮颗粒的含量较高，则需要设置格栅和沉淀池对污水进行预处理。通常，格栅的间隙设置为20mm，沉淀池表面负荷设置为1.5～3.0m3/(m2·h)，停留时间设置为1.5～2h左右。

(2)沉淀系统设计要点。首先，针对布水系统的设计时，需要注意以下问题：污水经过配水槽流入到配水管，然后经过布水管上的布水孔流入植物池，流经湿地的水量受到布水管数量以及布水孔间隙和大小的直接影响，通常需要将布水孔的出水流速控制在0.2～0.6m/s之间，如果流速过低，可能会导致污染物堵塞布水孔，流速过高，则会影响过滤效果。

其次，针对植物池基质的设计，需要注意以下问题：填料在安装之后湿地孔隙率应在0.3以上，填料应该预先清洗，并分层填筑压实。植物池填料层需要沿水流方向铺设粒径从小到大的填料，每层铺设需要严格控制碎石的孔隙率。滤料根据实际过滤需求制定合理配比的砂、砾石。另外，为了避免布水对滤料层的冲蚀，可以在布水系统喷流范围内局部铺设50mm左右的覆盖层。

4结语

相对于传统污水净化方法，人工湿地污水净化系统具有成本低、净化效果好且能够长期使用、维护工作简单等特点。但容易受到气候条件等因素的影响，而且占地面积较大，容易滋生蚊蝇。而随着环境问题的日益严重，相信人工湿地污水净化技术具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]项学敏.人工湿地对城市生活污水的深度净化效果研究)：冬季和夏季对比[J].环境科学，2009(3)：713-719.

[2]崔理华.两种复合人工湿地系统对东莞运河污水的净化效果[J].生态环境学报，2009(5)：1688-1692.

Analysis on Artificial Wetland Water Purification Technology

LIU Jikai1CHEN Yutao2

(1.Nansi Lake and Dongping Lake Environmental Management Committee Office of Shandong，Shandong 272000；2.Daiyue District Environmental Protection Bureau of Tai′an City，Shandong 271000)

Abstract：The wetland is the humid area of land and water，artificial wetland sewage purification function，with its unique increasingly attention from all walks of life. Papers on the related concepts of artificial wetland and characteristics are analyzed，and water quality purification of artificial wetland system was analyzed，and the artificial wetland water purification technology in sewage treatment has a very broad application prospects.

Keywords：artificial wetland；sewage purification；process design

中图分类号：X21

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2016)02-0077-02

作者简介：刘继凯，学士，工程师，研究方向为南四湖流域水环境质量监管和人工湿地水质净化工程监管；陈玉涛，学士，助理工程师，研究方向为水污染防治

引用文献格式：刘继凯等.关于人工湿地水质净化技术分析[J].环境与可持续发展，2016，41(2)：77-78.