人工濕地系統及其在河流污染治理中的應用研究

王曉曲媛媛鄧忠偉（煙臺市環保工程咨詢設計院山東煙臺264000）

人工濕地系統及其在河流污染治理中的應用研究

王曉曲媛媛鄧忠偉
（煙臺市環保工程咨詢設計院山東煙臺264000）

人工濕地污染處理系統作為一項完整的生態系統，在河流污染治理等方面得到了廣泛的應用。本文著重從人工濕地的種類、系統的構造以及污染物的去除機理等方面進行了闡述，并對影響人工濕地效果影響因素的分析，結合案例，提出了人工濕地系統在河流污染治理中的應用優勢和下一步研究重點。

人工濕地；河流污染；應用

由于城市化、工業化進程的加快，大量的污水未經妥善處置便被直接排入到水體，導致了水環境遭到了破壞。根據《第一次全國水利普查公報》公布的數據顯示，截止2011年底，我國流域面積50km2及以上的河流4.5萬條，我國十大流域的水質總體呈現出輕度污染，一類省界水質斷面比例占63.6%，但局部地區、局部水域的水質環境污染情況較為嚴重，為此，2015年1月，被稱為“史上最嚴”的新《環境保護法》正式實施，同年4月，《水十條》正式出臺，社會各界對環境污染尤其是水環境污染問題更為關切。

根據《2015年全國地表水水質月報（12月份）》公布的水質監測數據顯示，全國380條河流的672個斷面中，Ⅴ類和劣Ⅴ類的水質分別占到了5.4%、10.4%，Ⅴ類和劣Ⅴ類斷面比例均較上個月升高了1.5%。黃河流域和淮河流域總體呈輕度污染，遼河流域呈中度五日，海河流域總體為重度污染。主要的污染指標為氨氮、化學需氧量、總磷、五日生化需氧量和高錳酸鉀指數。在51個重點湖泊、水庫中，滇池等4個湖泊為重度污染，巢湖、洞庭湖等4個湖泊為中度污染，河流水質整體狀況應給予關注，切實采取措施防止污染擴大。

1　人工濕地系統概述

人工濕地的原理是結合了物理、化學和生物的三重協調作用，構建起基質-微生物-植物的人工復合生態系統。通過系統中的過濾、吸附、沉淀等等多道工序實現對污水的高效凈化效果。此外，在人工濕地系統中所營造出的生態環境，能夠促進各營養物質和水生生物的地球化學循環，也能很好的促進濕地系統中的綠色植物和微生物的生長，構建起良好的生態效果。

1.1人工濕地系統分類

隨著人工濕地系統在現實應用中的日益廣泛，各種類型的人工濕地被探索出來，依據不同的分類標準，人工濕地大體可以分為：（1）根據人工濕地中植物形式的不同，人工濕地系統可以分為浮游植物系統、挺水植物系統和沉水植物系統。目前，應用較多的是挺水植物系統和浮游植物系統，沉水植物系統目前還主要在實驗室研究實驗階段，尚未被大范圍的推廣和應用。（2）根據污水在濕地中的水面位置的不同，人工濕地系統又被劃分為潛流型和表面流人工濕地系統兩種。其中，表面流人工濕地系統是在濕地中種植大量水生植物，然后將污水引入到濕地系統中，當污水從濕地的表面通過時，污水中的污染物會被濕地中的植物根莖攔截，從而達到去污效果。表面流人工濕地系統管理起來十分簡便，造價較低，但不足之處是處理污水時，異味難以有效去除，尤其是在夏天容易滋生蚊蠅，因此，在實際中推廣較少。潛流人工濕地系統，主要是將污水引入濕地后，讓污水在濕地床中流過，由于濕地中預先設有良好的填料等物質，對污染物攔截具有良好效果，衛生條件要好于表面流人工濕地。（3）根據污水在濕地中水流方向的不同，人工濕地又被分為水平流人工濕地系統（HSFCW）和垂直流人工濕地系統（VSFCW）。

1.2人工濕地系統構造

（1）填料。人工濕地系統是在一定長度比及底面坡度的洼地中，填充一定的填料（如土壤、礫石等）形成填料床，在床表面種植具有處理性能好、抗水性強、生長周期長、成活率高又有一定美觀和經濟價值的植物（如蘆葦等），構成獨特的動植物生態系統。（2）植物。植物是人工濕地系統重要組成部分。可用于人工濕地的植物有蘆葦、香蒲、燈芯草、風車草、水蔥、浮萍等等，其中，應用較為廣泛的是蘆葦。水生植物在人工濕地中的作用主要是將污水中的部門污染物作為其生長的養料而誒吸收，植物還可以把一些有毒物質的重金屬富集、轉化、分解成無毒物質。人工濕地系統中選用的植物應選取適合當地或本區域天然濕地存在的植物，以保證植物適應當地氣候環境的適應性。

1.3人工濕地系統去除污染物機理

（1）去除有機污染物。人工濕地系統對有機物具有較強的降解能力，污水中不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾之后被截留而被微生物利用，可溶性有機物則直接被植物根系和生物膜吸附、吸收和代謝而去除。去除有機污染物的作用機理是利用物理的截留沉淀和生物的吸收降解。（2）對氮的去除。污水中氮的去除主要是通過濕地微生物的硝化和反硝化作用，對氮的去除作用包括基質的吸附、過濾、沉淀以及氨的揮發等。（3）對磷的去除。人工濕地系統對污水中含磷污染物的去除是由植物吸收、微生物去除以及基質的物理化學作用完成，生物對磷的去除包括對磷的正常同化作用和對磷的過量積累，主要是通過強化后對磷的過量積累來完成。（4）對懸浮物和病原菌的去除。對潛流式的人工濕地，對懸浮物的去除主要通過濕地填料的吸附和截流。

2　人工濕地處理效果影響因素

對濕地處理效果影響的因素主要有溫度、溶解氧、植物以及水文因素等。

2.1溫度

人工濕地系統中的有機物去除主要靠生化反應，與其他生物法處理污染物一樣，溫度會直接影響系統中的生物活性，從而影響系統的污染降解效率，在人工濕地中，進水溫度、表面流式都會受到溫度的較大影響。通常情況下，水溫越高，生化反應的效率就會越大，因此，到了嚴寒冬季時，人工濕地系統由于較低的水溫，處理效率將會大為降低。

2.2溶解氧（DO）

污水進入人工濕地系統后主要有兩個需氧因素：碳化需氧量和硝化需氧量，而水中的復氧的途徑主要包括大氣復氧和通過植物莖葉傳到輸送。因此，人工濕地系統中的植物稠密度會對濕地中的氧源具有較大影響，稠密的綠色植物在光合作用下會向四周釋放氧氣，增加濕地水面局部氧分壓，提升大氣復氧量。此外，植物的根系也會不同程度地向四周釋放多余的氧氣，因植物不同其釋放的氧氣量也有較大差異（見表1）。

表1　不同水生植物的輸氧速率

2.3植物

濕地處理系統主要利用各種植物實現去污效果，因此，各種水生植物構成了濕地系統的主要特征。大量水生植物對于污水處理中的污染物去除的機理主要是為微生物生長提供了介面，尤其是那些挺水植物的莖稈還為冰層形成提供了支撐，為水中大量野生生物提供了棲息地，濕地系統本身也是對環境起到了很好的保護作用。

2.4水文因素

人工濕地系統區域較大，濕地處理系統中無論是地上還是地下水流變化也較大，濕地地上植物與腐殖層的水力傳導能力和地下土壤的水力傳到能力相差很大，水流的基本規律不同，呈現出水流阻力通過水深會影響到其接觸時間，水流阻力增大，會延長污水的停留時間[1]，對于去污效果產生直接影響。

3　人工濕地在河流污染治理中的應用

人工濕地系統在我國河流處理中的應用最早可以追溯到上個世紀90年代的深圳市白泥坑人工濕地處理系統，經過20余年來的應用和發展，人工濕地系統得到了大范圍的應用，在河流污染治理中發揮著越來越重要的作用。

3.1白泥坑人工濕地處理系統

白泥坑人工濕地污水處理系統位于深圳寶安，占地面積189畝，日處理量為3100m3/d廢水，這也是我國第一個人工濕地污水處理工程（見圖1）。經過近年來的不斷試驗運轉和完善，出水效果較好，達到了國家規定的二級處理排放標準。該工程不需要動力消耗，管理也較為簡便，除做好日常水質監測外，不需要其他額外的管理，從河流處理的外觀效果來看，進水水質略顯渾濁，無色無臭，對BOD的去除年均達到90%，COD年均達到80.47%[2]，運行的費用約為0.02元/m3，約為傳統活性污泥法的處理成本的10%左右。

圖1　白泥坑人工濕地處理系統

3.2膠南污水處理廠

山東膠南市排水系統采用雨污分流制，工業廢水和生活污水量為1:4，工業廢水主要來源于造紙、化工、印染、紡織、食品加工、橡膠、熱電等企業，建成的膠南污水處理系統設計處理規模為60000m3/d，占地面積為76.7km2，全部為鹽堿荒灘。經過對運行情況的分析發現，各項指標均達到甚至優于國家標準（表2）。

表2　預處理后蘆葦濕地進、出水指標mg/L

4　結語

人工濕地系統具有自然濕地系統所具有的各種生態系統功能[3]。人工濕地系統在河流污水處理中的眾多成功案例表明，人工濕地系統在河流污水處理領域具有良好的應用前景。人工濕地處理系統具有污水處理效果好、操作簡單易管理、投資少見效快，后期維護和運行費用低，節能環保等優勢。隨著人工濕地系統在河流污染治理中得到的廣泛應用，對其研究也日漸成為熱門。下一步，除了對現有人工濕地系統研究以進一步改良和優化工程設計參數之外，也盡可能地模仿自然濕地，著重對水生植物的生理生態、種類篩選以及有毒有害污染廢水凈化等方面進行研究。

[1]張丹,高麗雙.人工濕地系統在我國河流流域治理中的應用[J].中國資源綜合利用,2014,32（2）：56-58.

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

[3]高侃，范旭.人工濕地污水處理技術的應用現狀與前景展望[J].吉林林業科技,2014,43（3）：38-41.

王曉（1982—），男，漢族，山東煙臺人，本科，工程師，主要從事河流生態治理研究。