人工濕地的研究與利用

摘要：人工濕地是以人工建造和監督控制的、與沼澤地相類似的地面，通過自然生態系統中的物理、化學和生物三者協同作用以達到對污水的凈化人工濕地作為一種經濟高效的污水生態處理技術，近年來受到國內外眾多研究人員和工程技術人員的密切關注。人工濕地的技術標準有住房和城鄉建設部編制的《人工濕地污水處理技術導則》(RISN-TG 006-2009，以下簡稱“導則”)和環境保護部的《人工濕地污水處理工程技術規范》。

關鍵詞:濕地 現狀 管理 作用

人工濕地處理法是一項既高效經濟，又具有綜合效益的處理方法，是一種結合我國目前污水處理狀況聯合處理達到國家污水排放綜合指標的治理辦法，它投資少，建設周期短，處理效率高，可使處理后的污水資源化。

1、濕地生物簡介

濕地是陸地與水生系統之間的過渡地帶，其地表為淺水所覆蓋或者其水位在地表附近變化。濕地不僅是人類重要的生存環境，也是眾多野生動物、植物的重要生存環境之一，生物多樣性極為豐富，并且由于濕地在水分和化學循環中所表現出來的功能及其處于水陸交錯帶可對流經其的水流及其攜帶的營養物質起到過濾凈化作用，而被譽為“自然之腎”。

2、濕地對污水的處理過程

濕地在吸收利用、吸附和富集作用時，植物在生長過程中能吸收污水中的無機氮、磷等營養物質，供其生長發育。污水中氨氮可以被植物直接攝取，合成植物有機氮，然后通過收割植物去除。而污水中的有機氮多通過系統中微生物的降解來達到去除的目的。污水中無機磷在植物吸收及同化作用下可轉化為植物的ATP、DNA、PNA等有機成分，然后通過植物的收割而從系統中去除。

從工程實用的角度出發，按照系統布水方式的不同或水流方式差異一般分為自由表面流人工濕地（surface flow wetland，FWS）和潛流型人工濕地（subsurface flow wetland，SFS），潛流型人工濕地又包括水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地和潮汐潛流人工濕地。

（1）自由水面系統

自由水面系統的污水從系統表面流過，水深較淺(一般在0.1-0.6ｍ)，氧通過自由擴散補給。進水中所含的溶解性和顆粒性污染物與系統介質和植物根系接觸。常用的植物包括香蒲、蘆葦、慈姑、莎草等。與SFS系統相比，其優點是投資省，缺點是負荷低。北方地區冬季表面會結冰，夏季會滋生蚊蠅、散發臭味，目前已較少采用。

圖1.1自由水面系統手繪圖

（2）潛流系統

在潛流系統中，污水在濕地床的表面下流動，一方面可以充分利用填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料截留等作用，提高處理效果和處理能力；另一方面由于水流在地表下流動，保溫性好處理效果受氣候影響較小，且衛生條件較好，是目前國際上較多研究和應用的一種濕地處理系統，但此系統的投資比ＦＷＳ系統略高。

圖1.2 人工濕地景觀手繪圖

目前，通常的污水二級處理工藝對污水中氮、磷的去除效率不高，僅能達到20％～40％，而用于污水處理的濕地植物通常都具有生長快、生物量大和吸收能力強的特點，因此它們在生長的過程中可以通過吸收而去除大量的氮、磷等營養元素，從而成為去除污水中氮磷等營養元素的一個簡單有效且費用低廉的工具。如巴西的皮拉西卡巴的Engenho濕地對磷、硝酸鹽和銨的去除率分別達到93％、78％和50％。Chescheir等通過模型研究表明濕地可以凈化79％的總氮、82％的硝酸鹽氮、81％的總磷。 通過上述總總分析，逐個排除水源污染物，達到再生水資源。

3、污水處理結合人工濕地處理的優缺點

人工濕地污水處理系統是一個綜合的生態系統，具有如下優點:

①建造和運行費用便宜; ②易于維護，技術含量低; ③可進行有效可靠的處理; ④可緩沖對水力和污染負荷的沖擊;⑤可提供和間接提供效益，如水產、畜產、造紙原料、建材、綠化、野生動物棲息、和。

但也有不足:

①占地面積大;②易受病蟲害影響；③生物和水力復雜性加大了對其處理機制、工藝動力學和影響因素的認識理解，設計運行參數不精確，因此常由于設計不當使出水達不到設計要求或不能達標排放，有的人工濕地反而成了污染源。

另外，據已有數據，當上下表面植物密度增大時， 人工濕地系統處理效率提高，在達到其最優效率時，需2~3個生長周期，所以需建成幾年后才達到完全穩定的運行。因此，目前人工濕地技術最大問題在于缺乏長期運行系統的詳細。

4、如何管理維護上發揮濕地較大優勢

（1）管理現象：

①規范化：在操作與管理在污水處理項目實施后，有哪些部門和資金方負責管理及維護？市場化程度如何？

②商業化: 人工濕地技術如何實踐在濕地生態公園、生態住區、綠色工業園區等開發項目上？

（2）分析：

如何更好的使濕地良好結合能更有效的保護水生自然，保護人類自然用水等地下水資源和生態平衡是國家環境最突出的環境問題。 當前怎樣合理配置濕地的結構，達到凈化污水預期效果，確有再生水資源是很有價值去探討的。

因為針對國家人工濕地現有運行概況，想到投資方及開發商一般是受經濟效益促動，并不會主動尋求環境效益價值，往往打著生態招牌，卻旨在拿地變相投資。那么通過什么措施去平衡這類問題，使得生態技術真正落到實處？人工濕地本質來看它的基本思路還是基于生化反應器一套東西，但是它的負荷很低，面積極大，因此不象污水生物處理技術那樣可控，存在很多不可控的因素，深入探究這些不可控的東西的話，就陷入生態學的范疇.國內做人工濕地最早的有稱深圳環科所，也有稱是華南環保所，也有稱其他單位，但總而言之是環境技術研究單位.九五期間以中科院沈陽生態所為首，曾就土地處理技術開展科技攻關，其中也有涉及人工濕地.如果氧化塘也算人工濕地的話，那國內做人工濕地最早的應該是哈工大的王寶貞教授，在八十年代就開始在國家環保部門的支持下開展實踐.近年來人工濕地似乎很熱門，有很多單位參與，由于專業背景不同，思路也驅于多元化.但是如果要開展工程實踐的話，則離不開環境工程的學科基礎. 以后很想就景觀生態、美學和人工濕地技術的學科交叉領域做些探討和實踐（現在的規劃、生態學科里的實踐項目其實缺少多元化參與合作，所以顯得很空，就做了很多無用的規劃項目，說實在的，沒啥技術含量，所以希望能將技術手段補充進來，良好結合。人工濕地技術在國外現在無論在研究還是實踐方面已相對成熟，尤其是市場化這方面有很多不錯的工程項目。很多人工濕地項目盡管是市政工程用地，但也開放成 為市民公園，達到了集科普游憩功能于一體的多重價值開發利用。

總得來說， 人工濕地污水處理系統是一種較好的處理方式，特別是它充分發揮資源的生產潛力，防止環境的再污染，獲得污水處理與資源化的最佳效益，因此具有較高的環境效益、經濟效益及社會效益，比較適合于處理水量不大、水質變化不很大、管理水平不很高的城鎮污水，如我國農村中、小城鎮的污水處理。人工濕地作為一種處理污水的新技術有待于進一步改良，有必要更細致地研究不同地區特征和運行數據以便在將來的建設中提供更合理的參數。

參考文獻：

[1]黃娟，王世和，鄢璐，鐘秋爽，劉洋，王峰.人工濕地污水處理系統脫氮研究進展[J].電力環境保護;2006年05期

[2]黃鈺鈴，劉德富，時曉燕，陳明曦.生物基質床凈化污水的水力學因素影響試驗[J].陜西農業科學;2005年05期

[3]王久賢．白泥坑人工濕地水力學計算研究[J]．廣東水利水．1997(6)：50— 52．

[4]李向陽，胡輝，羅憲慶．人工濕地處理污水的占地用[J]．平頂山工學院學報，2007(1)：23—26．

[5]劉紅，代明利，劉學燕等．人工濕地系統用于地表水水質改善的

效能及特征[J3．環境科學，2004，25(4)：65-69．

[6]王平，周少奇．人工濕地研究進展及應用[J]．生態科學，2005，24

(3)：278— 281