人工濕地系統的性能研究及應用分析

田林青

摘要：簡述了人工濕地系統的構造及其分類，分析了填料、植物和微生物的除污作用，并說明了濕地系統對氮、磷以及有機物的協同去除機理。通過鄭東新區CBD人工濕地系統對如意湖水系的顯著處理效果的案例分析，闡明了人工濕地的生態、環境和經濟效益。

關鍵詞：人工濕地；污水處理；除污機理；鄭東新區

前言：

濕地是生物多樣性的搖籃，對維持區域的生態平衡起了重要作用。人工濕地的建造，既能夠有效的解決一些環境問題，又能起到景觀美化作用。人工濕地能夠融入到城市區域環境之中，有著凈化和景觀兩大功能，成為了城市建設發展和人類生活的重要組成部分。目前，國內外利用人工濕地系統處理水質已有數百個案例，人工濕地作為一種新型水處理技術，已經正式進入了水污染控制領域。

一、人工濕地以及人工濕地的分類

（1）人工濕地及其構造

人工濕地即由人工建造的、工程化的并且可控的濕地系統。是一種人為地將基質（土壤）、植物和微生物按照一定的方式配置而成的復合生態系統。人工濕地系統是利用生態系統中物理、化學、生物的三重協調來凈化水質，通過過濾、吸附、沉淀、植物吸收和微生物降解等方法，實現了對污染物的分解和凈化。需要處理的污水經過人工濕地系統后，污水中的污染物以及營養物質能夠被生態植物所吸收、轉化和分解，從而能夠使水質得到凈化。

人工濕地的構造為：在一定尺寸的洼地中，將土壤以及一定級別的填料，按照一定比坡度填充為填料床，污水便可在填料或者床體表面流動。同時，許多成活率高、抗水性能強、污水處理性能好、生長周期較長、美觀并且具有經濟價值的水生植物種植在填料的表層土壤中。以上各部分的有機組合便形成了人工濕地生態系統。隨著現代技術的發展，目前的人工濕地系統能夠集多種性能和功能于一體，是生態處理污水的發展新方向。

（2）人工濕地的分類

按照水流方式的差異可將人工濕地分類為以下三類：

①潛流濕地（SSFW）。水在填料表面下滲流，可充分利用填料表面及植物根系上的生物膜等處理廢水。環境衛生條件優良，已被廣泛采用。

②地表流濕地（SFW）。廢水在填料表面漫流，接近自然的濕地系統。絕大部分有機物的去除是由生物膜來完成。此種濕地系統不能夠充分利用填料層豐富的植物根系，環境衛生條件較差，目前鮮有應用。

③垂直流濕地（VFW）。建造成本高，易滋長蚊、蠅等生物，未被廣泛采用。

按照功能與性質的不同，亦可將人工濕地分為：改善水質型（凈化城市雨水、污水，屬于工業濕地）、維系水平衡型（防洪調蓄，調節區域氣候等，屬于水庫類濕地）、綜合型（綜合生態、環境和經濟等多種功能，屬于城市濕地公園）、生態型、生態保育型、景觀型和生態補償型。

二、人工濕地處理污水的機理

（1）人工濕地各部分的作用

填料：填料主要是土壤。人工濕地采用的填料一般為：土壤，砂，石等用來構成濕地的慮床，作為承載植物的媒介，是構成濕地的基本組成部分。為植物的生長提供基質的同時，又能吸附并過濾掉部分污染物。此外，土壤能夠通過影響植物或者微生物的代謝、生長，間接地影響濕地的污水處理效果。

植物：植物有直接凈化和間接凈化作用。前者是指植物通過吸收、富集等作用，直接將污水中的污染物去除，主要去除污水中的氮磷和重金屬等。后者是指植物能為濕地系統中其他去除污染物的過程提供環境，如為植物根區供氧，通氣和水力傳導等。在人工濕地中，為了體現濕地的景觀效果，一般在濕地公園中種植有景觀美化功能的水生草本植物，它們的處理效果好，吸收性強，耐污性能好，并且生長周期很長，莖葉繁茂以及具有很好的抗病抗蟲性能。一般較常見的人工濕地植物有：鳳眼蓮、蘆葦、香蒲、美人蕉、菖蒲、浮萍、馬蹄蓮、傘草、睡蓮、燈心草、水竹、水蔥、蒼蒲等等，既有凈化作用，又能夠帶來景觀效果。目前，人工濕地多以蘆葦作為濕地植物，蘆葦具有廣泛的適應性和極強的抗逆性，集觀賞價值和凈化作用與一身。

微生物：微生物在不同環境中對有機物的降解方式不盡相同，有同化、異化、氨化、硝化和反硝化等作用。各種微生物在濾料的承載層中呈現不用的存在方式存在于植物根系，它們吸收并降解污染物，并利用其中的成分與植物互利共生。

藻類：當污水中養分含量高時，藻類能夠起短息吸收固定、其后緩慢釋放的循環功能。絲狀藻類控制了水體中的溶解氧和二氧化碳濃度的變化，使水體PH值發生改變，影響植物生長和對污水的處理效果。

（2）氮、磷以及有機物的去除機理

人工濕地系統綜合了物理、化學、生物的三重作用，其除氮磷及有機物的原理如下：

污水中氮的去除：通過植物的吸收，微生物的硝化和反硝化作用以及吸附等作用去除氮。通過沉積和揮發等物理作用去除氮效果較??；通過化學吸附作用去除氮的缺點是一般相關化學反應都可逆，故效果并不顯著；通過微生物作用對氮的去除有著顯著效果。

污水中磷的去除：通過基質的吸附作用，植物的吸收和同化作用以及微生物的固定和同化吸收作用去除磷。與去除氮的方式不同的是，磷的去除主要通過土壤的吸附實現，其作用使磷的去除率大于90%。

污水中有機物的去除：填料以及植物根系能夠截留不溶性的有機物，進而被微生物降解；植物根系及填料表層的生物膜能夠吸附溶解型有機物，進而被生物代謝降解。

三、人工濕地系統在鄭州市的應用

位于鄭州市的鄭東新區CBD人工濕地占地4萬m²，內含1個溫室，1個控制室，16個碎石床以及16個生物塘。該人工濕地系統用于處理鄭東新區如意湖內的湖水，設計處理量大約為10000m？/d，最大處理量可達20000m？/d。目前，該人工濕地是城市生態濕地水體處理系統中處理能力最大的工程之一。如意湖可收納鄭東新區CBD內的雨水，再經人工濕地的生態處理后重新流入如意湖水系。該生態處理系統的處理效果非常理想，經其處理過的如意湖水可達到GB3838-2002Ⅱ類水質。該人工濕地成功地完成了生態用水的循環以及利用，使如意湖內水體可常年保持為三類水質的標準，高效的保證了如意湖內水體的質量，并且節水效果非常顯著，每年節約用水量相當于該區域三分之一的自來水總量，約為300萬m。

鄭東新區人工濕地系統繼承了環境可持續發展的要求，體現了生態保護和循環利用。利用濕地完成對水質的凈化，優于傳統的污水處理技術，如過濾撒藥等，而是利用了植物的生物化學作用和物理作用、利用了微生物的降解，吸收或分解污水中的污染物等，以達到凈化水質的目的。集保護環境、處理污水、景觀美化、教育科普于一身的人工濕地系統，還具有建造成本低，運行管理方便等優點。CBD如意湖水質的凈化效果達到了人們的要求，同時濕地公園也成為了鄭東新區的靚麗景觀之一，它具有很大的社會效益：合理利用雨水作為如意湖的補充水源，節約水資源的同時，又減輕了排水系統的壓力，改善了生態環境。此濕地系統投資成本為1200萬元左右，大大低于其他污水處理工藝成本。且人工濕地運行中不需要耗電，年運行費僅為二級污水處理廠的12.5%。

總結：

人工濕地系統在不斷的研究發展下，受到了廣泛的關注和重視。人工濕地系統能夠節約大量水資源，節省能源的消耗，并且具有令人心曠神怡的生態景觀功能。濕地系統與城市環境融為一體，為城市帶來了極大的生態、環境和經濟效益，集多種功能于一身，促進了可持續的生態建設與發展，擁有美好的發展前景。