人工濕地處理技術及特征

李明飛等

摘 要：濕地被稱為地球地球的“腎”，是地球上重要自然資源。人工濕地在現在污水處理中擔當了重要的角色。人工濕地系統是通過人為地控制條件，利用濕地復雜特殊的物理、化學、生物綜合功能凈化污水。本文主要介紹人工濕地的處理原理、人工濕地處理污水系統的主要特征以及人工濕地的建設，目的是研究人工濕地的特點及發現人工濕地的優越性。

關鍵詞：人工濕地；處理技術；分類；特征；建設

人工濕地是指人工建造和監管控制的、工程化的濕地；是由水、濾料以及水生物所組成，具有較高生產力和較天然濕地有更好的污染物去除效果的生態系統。隨著社會發展，環境的不斷改變，人類對生存環境的要求也是越來越高，但隨著工業的快速發展需水量不斷增大，人們生存面臨極大挑戰。而水處理也是我們必須面臨的問題，人工濕地恰恰既滿足美觀的要求又能保障水的處理要求。

1 人工濕地處理技術及分類

1.1 人工濕地處理原理

人工濕地是由一些適合在污染環境條件下生存的以大型水生植物為主的高、低等生物和處于水飽和狀態的基質組成的具有特殊生理功能的復合體。人工濕地污水處理系統是由人工建造和監督控制，充分利用濕地系統凈化污水的能力，包括生態系統中的物理、化學和生物的三重協同作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現對污水的高效凈化。

1.2 人工濕地分類

人工濕地因水流方式差異可分為以下3 類。

（1） 表面流濕地： 廢水在濕地床的表面慢流，它與自然濕地最接近，絕大部分有機物的去除是由長在水下植物葉莖、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，北方地區冬季表面會結冰，目前較少采用。

（2） 潛流濕地： 污水在濕地床表面下滲流，一方面可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及表層土和填料截留作用處理，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，尤其適合北方地區的氣候特點。

（3） 立式流濕地：水流動情況綜合了表面流濕地和潛流濕地的特點，但其建造要求高，易滋長蚊蠅，目前尚不多見。

1.3 工濕地植物選擇

植物是濕地中重要去污成分之一，其生長發育直接影響到出水的水質。目前人工濕地常用的植物有蘆葦、席草、大米草、水花生、水蔥、香蒲、燈心草、沼生蔗草、池杉、柳等。 不同物種或同一物種在不同濕地環境中的凈化效率有較大差異，人工濕地植物選擇趨向于從當地的天然濕地中選擇抗污能力強、凈化效果好的物種 [3]。

多種植物組合對水質的凈化效果好于單種植物，目前有越來越多的試驗采用多種植物的組合。這可能是因為：不同水生植物的凈化優勢不同，有的可以高效地吸收氮，有的能更好地富集磷，當多種植物組合使用時就會有利于植物之間取長補短，保持穩定的凈化效果；每種植物在不同時期的生長速率及代謝功能各不相同，導致不同時期對氮、磷等營養物質的吸收量也不同，而且隨著植物發育階段不同，附著于植物體上的微生物群落也會發生變化。微生物群落的變化會直接影響到植物對水體的凈化率；多種植物的組合具有合理的物種多樣性，從而更容易保持生態系統的長期穩定性，而且也會減少病蟲害。

2 人工濕地處理污水系統的主要特征

人工濕地處理污水系統的應用范圍很廣，可用于處理市政生活污水還可用于處理工業污水和地表徑流。與傳統污水處理技術比較，人工濕地污水處理系統具有下列特征：

（1）生態化處理污水。人工濕地污水處理系統能在有效地處理污水的同時，還具有增加綠地面積、改善大氣質量、凈化空氣、緩解城市熱島效應、減少排水投資等改善和美化環境的生態功能。

（2）污水和污泥可同時進行處理，節省污泥處置費用和防止二次污染。尤其是中國南方地區，高溫多雨的氣候條件更有利于人工濕地處理系統的運行，一年四季均具有較強的污水處理能力。

（3）投資成本遠低于常規技術，且運行管理方便。與同等規模污水處理廠相比，人工濕地的建設費、運行費只需二分之一和五分之一。

（4）處理后的凈水可以中水回用，以達到充分利用水資源的目的。其對污水中的氮磷的去除效果優于常規污水處理工藝。

（5）人工濕地技術應用靈活。從日處理污水幾十、幾百噸，至幾萬、幾十萬噸，都能獨立運行。

3 人工濕地的建設

3.1 場地的選擇

采用人工濕地工藝處理污水時，應盡可能選擇有一定坡度的洼地或經濟價值比較低的荒地，一方面減少土方工程量、便于排水、降低投資；另一方面可以防止對周圍環境的影響。

3.2 填料的應用

進水配水區和出水集水區的填料一般采用60mm～100mm粒徑的礫石，分布于整個床寬。處理區填料表層土壤可采用含鈣量為210～215kg/100kg的混合土，以利于提高脫磷效果。表層以下全部采用5mm～10mm粒徑的石灰石填料

3.3 植物的栽種

在選擇濕地植物種類時，要根據耐污耐寒性、生長適應性、抗病性、根系的發達程度、經濟價值性及美觀要求等來確定，應盡可能增加系統的生物多樣性，以提高濕地的處理能力，延長濕地使用壽命。蘆葦由于根系較為發達，可深入地下016m～017m，輸氧性能良好，故被廣泛采用。

3.4 濕地床的水位控制

一般情況下，濕地進水的水位是一定的，為使污水在床體內以推流式流動，必須對床層的水位加以控制。對目前比較常用的潛流濕地系統，在水位的控制設計中應注意以下兩個問題：一方面當系統接納最小設計流量時，出水端不會出現填料床面的掩沒；另一方面當系統接納最大設計流量時，濕地進水端不出現雍水。。濕地床中水面浸沒植物根系的深度要盡可能保持均勻，并使水面坡度與底坡的坡度一致。

4 綜述

人工濕地不僅美觀而且實用，作為一種低耗、高效且與自然相和諧的污水處理工藝，人工濕地在各國都受到極大關注。人工濕地系統由于它具有高效率、低投資、低運轉費、低維護技術、低能耗、處理效果好等優點，非常適合我國國情，尤其是適合廣大農村地區、中小城鎮地區的污水處理。人工濕地系統是一種新興的廢水處理技術，其有以下優點：

（1）設計合理，運行管理嚴格的人工濕地處理污水效果穩定、有效、可靠，可與污水三級處理媲美。此外，對污水中含有的重金屬及難降解有機物有較強處理能力。

（2）基建費用低，一般為生物處理的1/3～1/4。

（3）能耗省，費用低，為生物處理的1/5～1/6；可定期收割植物，有一定的經濟效益。

（4）既能凈化污水，又能美化景觀，形成良好的生態環境，為野生動植物及人類提供良好的生活環境。

參考文獻

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

[2] 徐麗花， 周琪。 人工濕地控制暴雨徑流污染研究進展。 上海環境科學， 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，葉春，杜娟。水生植物對面源污水凈化效率研究。中國環境科學，1997，17（ 3） ： 247-251