表面流人工濕地的應用現狀及發展前景

張 欣

(山西省林業和草原科學研究院，山西 太原 030012)

人工濕地是根據人類利用需要，通過模擬自然濕地的結構與功能，在適宜的地理位置，人為設計和建造的濕地。人工濕地具有近自然、成本低、便于運行管理、凈化效果穩定等優點，近年來在國內外污水處理工程中被廣泛應用。人工濕地污水處理系統分為表面流人工濕地、潛流人工濕地、垂直流人工濕地3 種類型，筆者對表面流人工濕地的組成、優缺點和應用現狀進行分析，可為其未來的發展提供參考。

1 表面流人工濕地的組成

1.1 水生植物

水生植物是人工濕地的重要組成部分，是濕地生態系統中的生產者。植物生長需要吸收氮、磷等營養物質，因此，在其生長過程中，根系的吸收作用可凈化水體中的污染物質。另一方面，植物可以通過根系向基質輸送氧氣，營建好氧環境，有利于微生物降解功能的發揮。此外，植物根系還可吸附重金屬離子，固著基質。表面流人工濕地中常用的水生植物包括挺水植物、浮水植物和沉水植物3種。

1.1.1 挺水植物

挺水植物指根、根莖生長在水的底泥之中，莖、葉挺出水面的植物。表面流人工濕地中常用的挺水植物有蘆葦、香蒲、水菖蒲、荷花、千屈菜等。

1.1.2 浮水植物

浮水植物又稱漂浮植物，指植株懸浮于水面上的植物。表面流人工濕地中常用的浮水植物有睡蓮、浮萍、眼子菜等。

1.1.3 沉水植物

沉水植物指植物體全部位于水層下的大型水生植物。表面流人工濕地中常用的沉水植物有苦草、金魚藻、狐尾藻、黑藻等。

1.2 基質

基質是提供水生植物生長、蓄納污水和凈化轉化污染物的場所。常用的人工濕地基質包括礫石、砂子、土壤、有機質等。實際應用中，應根據待處理污水的類型，地理因素和經濟因素，基質的質地、pH、電導率等選擇適宜的基質。為避免地下水污染或滲透到人工濕地中，應在基質下方鋪設下墊面。

1.3 水體

受污染的水體是表面流人工濕地系統凈化的對象，但其也為濕地系統中的水生植物和微生物提供了生存環境和營養物質。表面流人工濕地中應有簡單且易于調節流量的控制裝置，以便于適應系統的變化。應布置適量的進水口，以確保水流分配，表面流人工濕地的入水裝置較簡單，利用水管、通道或者帶閥門的管道將水引入濕地。水位由出水裝置控制，如，堰、泄洪道、可調節管等。

1.4 微生物

微生物及其代謝活動對表面流人工濕地具有調節作用。人工濕地運行過程中存在多種微生物，如，細菌、酵母菌、真菌等。微生物具有凈化污水的作用，還能改變基質的氧化還原條件，參與濕地的養分循環和碳循環。在表面流人工濕地的運行過程中，要注意控制影響微生物活性的污染物濃度，如，重金屬、殺蟲劑等。

2 表面流人工濕地的優缺點

表面流人工濕地是最接近自然濕地的人工濕地類型，濕地表面經常保持均勻的薄水層，其水位較淺(一般為0.1 m～0.6 m)，污水依靠自然坡度(處理單元具有0.4%～0.5%的坡度)以水平流的方式流經各個處理單元。

2.1 優點

表面流人工濕地中，污水以較慢速度流經濕地表面，在水面與空氣之間可發生快速的氣體交換。濕地中的O2來源于水面擴散與根系傳輸，具有投資少、操作簡單、運行費用低等優點。

2.2 缺點

表面流人工濕地占地面積較大，水力負荷小，凈化能力有限，且受氣候影響較大。北方地區冬季寒冷，表面流人工濕地會結冰，影響其運行效果和使用壽命，夏季易孳生蚊子、蒼蠅，有惡臭氣味。

3 表面流人工濕地的應用現狀

3.1 在處理工業廢水中的應用

表面流人工濕地能夠處理多種類型的工業廢水。張華等2015年的研究結果表明，利用表面流人工濕地處理吉林糖醛廠廢水、西安皂河有機廢水和江蘇新沂河近工業廢水，當COD進水濃度在2.79 mg/L～6 600.00 mg/L之間時，去除率達40.6%～94.2%；當BOD5進水濃度在26.0 mg/L～225.6 mg/L之間時，去除率達44.83%～94.31%。此外，表面流人工濕地對石油、農藥、殺蟲劑等也有一定的去除效果，其去除機理一般是通過物理、化學和生物因素的綜合作用。如，對重金屬的去除主要是依靠基質吸附與水生植物的吸收積累，對藻類的去除主要是通過機械過濾。

3.2 在處理生活污水中的應用

有研究表明，表面流人工濕地的特點決定了其主要適用于防治農業面源污染和天然水體富營養化等。生活污水中氮、磷含量較高，表面流人工濕地對其去除效果較差，因此，多采用多級串聯的表面流人工濕地系統處理生活污水。萬玉文等在廣西桂林市臨桂縣臨桂鎮回龍村的研究結果表明，表面流人工濕地系統對TN、NH4+-N和TP的平均去除率分別達到了76.3%、70.8%和60.5%，可有效緩減生活污水排放對外界水體的危害。

3.3 在城市景觀水體中的應用

近年來，人工水體景觀在城市園林建設中的應用越來越多。但由于結構不合理等原因，其水體容易富營養化，氮、磷濃度較高，水體發臭情況嚴重。利用表面流人工濕地技術處理公園景觀水體，可達到凈化水質和增強景觀效果的作用。魏東等研究發現，多級表面流人工濕地系統能有效凈化公園景觀水體，其對COD、TN、TP的去除率分別為43.64%、25.00%和28.80%，能明顯降低水體的濁度。

4 表面流人工濕地的發展前景

1)在農村非點源污染治理中應用前景廣闊。表面流人工濕地具有成本低、操作簡便、節能高效等優點，適合處理水量不大、分布較分散、水質變化較小的農村地區污水，可有效解決這些地區缺少污水處理設施的問題。

2)需要提高人工濕地系統應對氣候變化的能力。表面流人工濕地的運行效果和凈化效率受氣候條件影響較大。尤其在北方寒冷地區和生態環境較差的地區，采取有效措施，發揮人工濕地在不同氣候條件下的特有功能十分重要。

3)需要完善人工濕地系統建設標準。氣候特征、水力條件、區域差異和系統設計類型等都會影響表面流人工濕地的污水凈化效果，但目前并沒有統一的標準，使大量研究結果缺乏可比性。因此，要盡快建立和完善科學的人工濕地系統建設標準。