第一篇：我國(guó)人工濕地污水處理技術(shù)現(xiàn)狀分析（大全）

我國(guó)人工濕地污水處理技術(shù)現(xiàn)狀分析

何勝

13級(jí)環(huán)境科學(xué)二班

摘要：人工構(gòu)建濕地對(duì)于污水的處理是建立于自然濕地對(duì)于污水的處理之上的一種新型的污水處理技術(shù)，它具有區(qū)別于其他的污水處理方式的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，受到了國(guó)內(nèi)外污水處理部門的廣泛青睞。本文對(duì)于濕地污水處理系統(tǒng)的定義進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)于人工濕地的現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述，針對(duì)人工濕地的優(yōu)缺點(diǎn)也進(jìn)行了分析；同時(shí)還介紹了污水在濕地當(dāng)中的處理過(guò)程以及凈化機(jī)理，最后介紹了我國(guó)人工濕地處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，存在的問(wèn)題和改善措施。以及簡(jiǎn)單介紹目前國(guó)內(nèi)有哪些運(yùn)行良好的從事人工濕地污水處理的企業(yè)工程 關(guān)鍵詞：人工濕地；污水處理現(xiàn)狀；當(dāng)前特征及展望

Abstract: the artificial construction of wetlands for wastewater treatment is based on natural wetlands for wastewater treatment on a new type of sewage treatment technology, it is different from other way of sewage disposal of unique advantages, widely favored by the wastewater treatment sector at home and abroad.In this paper, definition of wetland sewage treatment system has carried on the simple introduction, for briefly elaborated the present situation of the artificial wetland, in view of the paper has analyzed the advantages and disadvantages of artificial wetland;At the same time also introduces the process and the purification mechanism of sewage in wetland, finally introduced the our country the present situation of the application of artificial wetland treatment technology, existing problems and improving measures.And simple introduce what are the current domestic well-run enterprise of artificial wetland wastewater treatment engineering.Keywords: artificial wetland;The sewage processing status;The current characteristics and prospects

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隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,污水的種類和產(chǎn)量也隨之不斷增加,需要設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)、更為高效以及適應(yīng)范圍更為廣泛的污水處理系統(tǒng),來(lái)面對(duì)這一日益嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。然而,我國(guó)已經(jīng)興建的許多城市二級(jí)污水處理廠由于處理成本和維持費(fèi)用昂貴而經(jīng)常處于間歇運(yùn)行或者根本不運(yùn)行的狀態(tài),導(dǎo)致大量建設(shè)資金的浪費(fèi)和環(huán)境污染的日趨惡化。此外,傳統(tǒng)的活性污泥法以去除碳源污染物為主,對(duì)氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去

【】除則微乎其微,出水排入環(huán)境水體后易引起富營(yíng)養(yǎng)化等問(wèn)題1。而人工濕地污水處理技術(shù)在許多領(lǐng)域內(nèi)成為了傳統(tǒng)污水處理工藝的廉價(jià)替代方案，目前應(yīng)用較多的類型是表面流濕地和水平潛流濕地利用人工濕地處理污水有著傳統(tǒng)處理工藝不可比擬的優(yōu)勢(shì)：投資少，造價(jià)，運(yùn)營(yíng)成本低廉；系統(tǒng)組合具有多樣性、針對(duì)性、能夠靈活地進(jìn)行選擇；處理污水具有高效性；【】有獨(dú)特的綠化環(huán)境功能2。

1人工濕地的概念與歷史

人工濕地系統(tǒng)是將污水引到人工建造的類似于沼澤的濕地上,在一定的填料上種植特選的植物,形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)環(huán)境,利用植物的根脈和其周圍土壤微生物來(lái)聯(lián)合對(duì)污水進(jìn)行處理,污水流經(jīng)濕地時(shí)大量的污染物被填料和植物根系阻擋截留,有機(jī)污染物和N、P等

【】則通過(guò)生物膜的吸收、同化及異化作用而被除去3。

運(yùn)用人工濕地處理污水可追溯到1903年，建在英國(guó)約克郡Earby的人工濕地，被認(rèn)為是世界上第一個(gè)用于處理污水的人工濕地，連續(xù)運(yùn)行直到1992年。而人工濕地生態(tài)系統(tǒng)在世界各地逐漸受到重視并被運(yùn)用，還是在20世紀(jì)70年代德國(guó)學(xué)者Kichunth提出根區(qū)法(the root-zone-method)理論之后開始的[4]。20世紀(jì)70年代以來(lái),人工濕地污水處理系統(tǒng)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展：1987年,天津市環(huán)境保護(hù)研究所建成我國(guó)第一座蘆葦濕地工程,處理規(guī)模為1 400 m3·d-1；1990年,華南環(huán)境保護(hù)研究所建成深圳白泥坑人工濕地示范工程,以及近年來(lái)成都市活水公園和沈陽(yáng)市新近建成通水的馬官橋污水生態(tài)處理廠,都是人工濕地污水處理的【】典型范例1。

2人工濕地的組成及分類

2.1人工濕地的組成

人工濕地由以下五部分組成：（1）各種透水性的基質(zhì)，如土壤、砂、礫石；（2）在飽和水和厭氧基質(zhì)中生長(zhǎng)的植物，如蘆葦；（3）水體（在基質(zhì)表面下或表面上流動(dòng)的水）；（4）好氧或者厭氧微生物種群；（5）無(wú)脊椎或脊椎動(dòng)物。其中微生物、水生植物以及基質(zhì)是人工

【】濕地的主要組成部分，也是影響污染物去除率的重要因素4。

2.2人工濕地的分類 2.2.1處理系統(tǒng)的類型

按照工程設(shè)計(jì)和水體流態(tài)的差異，人工濕地污水處理系統(tǒng)可以分為表面流濕地、水平流濕地和垂直流濕地3種主要類型（圖

1、表1）

【】

表1 人工濕地污水處理分類及其特點(diǎn)5

圖1 人工濕地的類型及其構(gòu)造

[4]

2.2.2濕地中主要植物類型 濕地植物，在人工濕地系統(tǒng)中起著重要的作用，在濕地凈化污水的過(guò)程中，被稱為“營(yíng)養(yǎng)鹽清道夫”。按照應(yīng)用類型，可分為觀葉植物、觀花植物、草皮植物、地被植物等;按生長(zhǎng)環(huán)境可分為水生植物、沼生植物和濕生植物三類;按植物的生活類型看，可分為挺水植物、【6】【】沉水植物和浮水植物三類。常用于人工濕地系統(tǒng)的植物有蘆葦、香蒲、荷花、美人蕉

7、【】【】【】鳳眼蓮

8、黑麥草、菖蒲

9、金邊麥冬10等。

【】在人工濕地凈化污水過(guò)程中,植物的直接作用可以歸納為3個(gè)重要的方面:11

(1)直接吸收污水中可利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),吸附和富集重金屬和一些有毒有害物質(zhì);(2)為根區(qū)好氧微生物輸送氧氣;(3)增強(qiáng)和維持介質(zhì)的水力傳輸。除此之外,植物根系能分泌多種有機(jī)復(fù)合物,為微生物提供碳源。

此外,濕地植物還具有3個(gè)間接的重要的作用:(1)顯著增加微生物的附著(植物的根莖葉);(2)濕地中植物可將大氣氧傳輸至根部,使根在厭氧環(huán)境中生長(zhǎng);(3)增加或穩(wěn)定土壤的透水性。

【】

表2 主要植物類型12

表3 常用濕地植物的性質(zhì)

【11】

3人工濕地凈化污水的原理

3.1基質(zhì)的作用

基質(zhì)是人工制造的填料，它是用沙、石、土等以按照不同的排列及不同的厚度鋪成的，植物可以在上面生長(zhǎng)，土壤中的分解者可以依附在上面。它不但是廢水凈化的重要物質(zhì)，還是微生物生長(zhǎng)的重要場(chǎng)所，又為水中生長(zhǎng)的動(dòng)植物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。當(dāng)廢水中的有機(jī)物質(zhì)到達(dá)人工濕地時(shí)，基質(zhì)會(huì)發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)變化，將廢水中的有機(jī)元素氮和磷吸收。基

【】質(zhì)的選材不同，其凈化的結(jié)果也不同5,12,13,14。

3.2植物的作用

植物在人工濕地系統(tǒng)中起著很大的作用

【15】。

3.2.1吸收作用

植物作為濕地的初級(jí)生產(chǎn)者，具有吸收儲(chǔ)存水體營(yíng)養(yǎng)物!凈化污染物!抑制低等藻類生長(zhǎng)!促進(jìn)其他水生生物代謝的作用。污水中的氮以有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮兩種形式存在，其中無(wú)機(jī)氮被植物吸收利用，污水中的氮以有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮兩種形式存在，其中無(wú)機(jī)氮被植物吸收利用，作為生長(zhǎng)過(guò)程中不可缺少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；部分有機(jī)氮被微生物分解成氨氮后，也能被植物吸收利用。植物將吸收的氮素合成蛋白質(zhì)等有機(jī)氮，再通過(guò)收割植物將有機(jī)氮去除。人工濕地法在處理污水時(shí)，廢水中的無(wú)機(jī)磷在植物吸收劑同化作用下可轉(zhuǎn)化成ATP、DNA、RBA等有機(jī)成分，然后通過(guò)收割植物而去除。植物可通過(guò)根部直接吸收水溶性重金屬，還能通過(guò)改變根系環(huán)境來(lái)改變污染物的化學(xué)形態(tài)，達(dá)到降低或消除重金屬污染物化學(xué)毒性和生物毒性的作用。一般認(rèn)為植物對(duì)重金屬的吸收能力為沉水植物>漂浮植物>挺水植物，不同植物以及同一植物的不同部位對(duì)重金屬的吸收作用也不同，一般為根>莖>葉，且各部位對(duì)重金屬的累積系數(shù)隨

【13】 污染物濃度的上升而下降。3.2.2傳輸作用

對(duì)于人工濕地生態(tài)系統(tǒng)而言，植物生長(zhǎng)過(guò)程中是否有充足的氧，決定著植物對(duì)所生長(zhǎng)環(huán)境中的污染物的吸收和去除能力。人工濕地植物能將光合作用產(chǎn)生的氧氣通過(guò)氣道輸送至根區(qū)，在植物根區(qū)的還原態(tài)介質(zhì)中形成部分氧化態(tài)的微環(huán)境，這種有氧態(tài)和缺氧態(tài)微環(huán)境的共同作用為根區(qū)的好氧!缺氧和厭氧微生物提供了各自適宜的小環(huán)境，使不同的微生物生長(zhǎng)在一起，發(fā)揮相輔相成的作用，這樣污水中的污染物能在微生物的新陳代謝作用下完全去除。植物根系是影響水力特征的主要因素，根系對(duì)介質(zhì)的穿透作用!根系橫向和縱向的擴(kuò)張作用，在介質(zhì)中形成許多微小的間隙，增強(qiáng)了介質(zhì)的疏松度，使介質(zhì)的水力傳輸作用得到增強(qiáng)。另外，植物的根系腐爛后，剩下許多的空隙和通道，這些空隙和通道增強(qiáng)了土壤的通透性，也【16,】有利于土壤水力傳輸。

3.3微生物的作用

微生物在人工濕地中占有極其重要的地位。微生物的數(shù)目可以直接反映出人工濕地的處理廢水的能力。微生物將污水中的有機(jī)元素作為自己的養(yǎng)料，最終將廢水中的有機(jī)物去除。人工濕地中的微生物數(shù)目是一定的，當(dāng)廢水排放量增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致某類別的微生物數(shù)量增多，但會(huì)在一段時(shí)間后恢復(fù)平穩(wěn)。在植物的不同部位，其含有的微生物種類和數(shù)目也不同，在植物的根莖，數(shù)目較多的是好氧型微生物；在植物的根系，除了好氧型微生物還有兼性厭氧型微生物；而在距離根系較遠(yuǎn)的地方，厭氧型微生物最多。微生物不光吸收污水中的有機(jī)物質(zhì)，還對(duì)有毒物質(zhì)降解和對(duì)重金屬進(jìn)行分解，以去除污水中的有機(jī)物質(zhì)和重金屬[12,13,17]。

4.影響人工濕地污水處理能力的因素

濕地的污水凈化性能主要依賴于當(dāng)?shù)氐臍夂颉竦刂兴鲃?dòng)力學(xué)特性、植物種類、微生物類群及基質(zhì)組成。其中當(dāng)?shù)貧夂蚴侵饕绊懸蛩?因?yàn)槠溆杏绊懫渌麕醉?xiàng)因素的作用,濕地植物 種類、微生物活性和土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生化循環(huán)都與氣候有關(guān)[3,17]。

4.1濕地植物的類別

人工濕地廢水處理系統(tǒng)中的植物對(duì)污水的處理能力很強(qiáng)，效果最好的是挺水植物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，寬香葉蒲對(duì)油脂，Pb及Zn的吸收效果極佳；根系濃密的植物中水麥冬對(duì)N和P的吸收效果最好。香蒲，菱白等植物有很好的凈污效果，使水質(zhì)更清澈。

4.2基質(zhì)的類別

基質(zhì)在處理污水中占有很大的作用，植物的生長(zhǎng)離不開基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)提供，在廢水凈化中有很多物理沉降作用。當(dāng)然，不同的基質(zhì)對(duì)污水的處理能力不同，如果基質(zhì)的選材和材料的大小選擇不當(dāng)，則對(duì)污水的凈化能力會(huì)很弱。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，選用細(xì)石子做濕地的填料，對(duì)污染物的處理效果最好。

4.3水流的方式

表面流型的濕地對(duì)污水的處理能力比較弱；水平潛流濕地對(duì)一些特定的有機(jī)物和重金屬能很好地去除；垂直流濕地系統(tǒng)的硝化水平比較高。將不一樣類別的濕地系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，會(huì)很好提升對(duì)污水的凈化能力。

4.4溫度和 PH值

溫度的變化直接影響 , 的氨化、硝化與反硝化過(guò)程，從而影響人工濕地對(duì) , 的去除"低溫下微生物基質(zhì)酶的活性將受到抑制，導(dǎo)致酶促反應(yīng)速度很慢，進(jìn)而影響到硝化和含氮有機(jī)物的降解。除此外，隨著季節(jié)氣溫的變化，植物不斷生長(zhǎng)，植物在不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)氮磷的吸收能力也是不同的，一般在春季和夏季，植物生長(zhǎng)迅速，生物量增加，對(duì)氮磷的吸收增加，出水中氮磷含量較少，在秋季植物枯萎后，吸收速度放慢，而冬季死亡的植株甚至?xí)尫帕椎綕竦刂?，致使出水中磷含量上升，無(wú)機(jī)磷含量甚至高于進(jìn)水。PH值對(duì)人工濕地磷的去除

【】影響較大.因?yàn)閺U水中磷的去除主要是靠基質(zhì)的物理化學(xué)作用，這與介質(zhì)的酸堿環(huán)境有關(guān)18。

4.5 DO值

DO對(duì)氮的硝化、反硝化及磷的生物吸收和同化具有很大的影響。DO值過(guò)低是，出現(xiàn)缺氧狀態(tài)抑制了硝化作用的進(jìn)行，不能產(chǎn)生大量的亞硝酸鹽和硝酸鹽，繼而使反硝化過(guò)程不能進(jìn)行。DO值的提高可以有效增強(qiáng)微生物的代謝能力，促進(jìn)微生物對(duì)磷的吸收和同化，也使硝

【】化細(xì)菌的呼吸活動(dòng)加強(qiáng)，對(duì)有機(jī)物的降解起到了促進(jìn)作用18。

5人工濕地的污染物去除機(jī)理

人工濕地可通過(guò)水體、基質(zhì)、水生植物、微生物和腐殖化碎屑之間一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生化反應(yīng)，通過(guò)沉淀、過(guò)濾、吸附、離子交換、植物吸收和微生物分解、轉(zhuǎn)化及吸收途徑實(shí)現(xiàn)對(duì)水中諸如懸浮物、有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)元素、金屬離子、病原體和難降解有機(jī)物等污染【】物的去除4。

5.1有機(jī)物的去除機(jī)制

國(guó)內(nèi)對(duì)人工濕地去除污染物的研究主要集中在營(yíng)養(yǎng)鹽N、P 上，對(duì)持久性有機(jī)污染物去除效果的研究工作開展的相對(duì)較少[19]。污水中的有機(jī)物包括溶解性有機(jī)物和顆粒性有機(jī)物。顆粒性有機(jī) 物通過(guò)在濕地基質(zhì)中的沉積、過(guò)濾作用可以很快地被截留，進(jìn)而被分解或利用 ,可溶性有機(jī)物則通過(guò)植物根系生物膜的吸附、吸收及厭氧好氧生物代謝降解過(guò)程而被分【】解去除[20]。萬(wàn)寧19等人經(jīng)過(guò)研究指出濕地中植物和填料可以為微生物提供一個(gè)好氧、缺氧和厭氧環(huán)境，這種有氧和缺氧區(qū)域的共同存在為根區(qū)好氧菌，厭氧菌和兼性菌等各種微生物提供了適宜的生存環(huán)境，促進(jìn)了根區(qū)微生物的生長(zhǎng)繁殖，從而提高系統(tǒng)的凈化能力。人工濕地系統(tǒng)雖然對(duì)有機(jī)物的去除率較高，但是隨著系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間增加會(huì)出現(xiàn)有機(jī)物的積累現(xiàn)象，而影響凈化效果。研究表明，水體在植物床填料內(nèi)流動(dòng)時(shí)，隨著遷移距離的延長(zhǎng)，COD 的降解速率呈現(xiàn)減慢的趨勢(shì)[21]。

5.2氮的去除機(jī)制

人工濕地對(duì)氮的去除主要是依靠基質(zhì)-植物-微生物之間相互作用，通過(guò)物理、化學(xué)和生物過(guò)程協(xié)同完成的。人工濕地系統(tǒng)氮的主要轉(zhuǎn)化途徑有: 礦化、基質(zhì)吸附固定、植物/微生物同化吸收、硝化、反硝化和氨揮發(fā)等作用, 但是揮發(fā)、填料吸附和植物攝取的氮量十分有限【22,23】。

5.2.1氨揮發(fā)

氨揮發(fā)是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程，氨氮在氣態(tài)和離子態(tài)之間平衡。研究表明，當(dāng)pH<8.5 時(shí),可以忽略氨氮的揮發(fā)[22]。在PH值為 8.3 時(shí)，可揮 發(fā) 性 氣 態(tài) 氨 占10 ； 而 PH 值為 7．3 時(shí) 僅 占 1 9／ 6[20]。

5.2.2硝化 — 反硝化

不同形態(tài)的氮在人工濕地中會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，有機(jī)氮在氨化細(xì)菌的氨化作用下轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3-N，再通過(guò)硝化作用，硝化細(xì)菌把NH3-N轉(zhuǎn)化為NO2--N和NO3--N, 最后通過(guò)反硝化過(guò)程，細(xì)菌在厭氧或缺氧環(huán)境中利用有機(jī)物產(chǎn)能,將NO2--N和NO3—N代替O2作為電子受體，最終使氮以N2O和N2形式從系統(tǒng)中根本去除[18]。硝化只改變N的形 態(tài)，反硝化才真正

【】將N去除24。一般在潛流型人工濕地中，主要是厭氧環(huán)境的，反硝化速率明顯高于硝化速

【】率，硝化作用是脫氮的限制步驟22。

5.2.3植物吸收

水生植物在濕地脫氮過(guò)程中起了重要作用，植物可將氧氣輸送至根部，植物根系為微生物提供附著介質(zhì)，并直接同化吸收氮素。植物主要吸收氨氮和硝態(tài)氮，優(yōu)先吸收氨氮[22]。植物在系統(tǒng)去污過(guò)程中最重要的物理效應(yīng)是它能夠支撐床表面,提供良好的物理過(guò)濾條件,并

【】且可以為微生物的生長(zhǎng)附著提供巨大的表面積23。不同的植物對(duì)系統(tǒng)的除氮效率也有不同的影響。袁東海[25]等對(duì)不同植物系統(tǒng)人工濕地凈化生活污水總氮效果研究指出無(wú)植被系統(tǒng)的人工濕地除 N 效果下降速度較快,當(dāng)污水中總氮的濃度為 80 mg/L 時(shí), 其總氮去除率僅為 37% 左右, 其它有植被系統(tǒng)的人工濕地除氮效果下降速度比較緩慢.在有植被系統(tǒng)的人工濕地中, 隨著污水總氮濃度的增加, 石菖蒲植被系統(tǒng)人工濕地仍有較高的 N 去除效率，【】在污水總氮濃度高達(dá)80 mg/L 時(shí), 其 N 去除效率仍維持在 65% 左右。廖新亻弟26等通過(guò)研究香根草和風(fēng)車草對(duì)豬場(chǎng)廢水氮磷處理效果得知香根草在水中能正常生長(zhǎng) ,并在去除垃圾污水和生活污水 N、P表現(xiàn)出明顯效果，是一種良好的凈化富營(yíng)養(yǎng)水體的植物。

5.2.4介質(zhì)吸附

濕地基質(zhì)層具有吸附特性。污水經(jīng)過(guò)時(shí)，可以依靠基質(zhì)層的吸附作用而得到凈化，黏

【】土含量高的基質(zhì)層對(duì)氨態(tài)氮還有離子交換作用20。但是李玉潔卻認(rèn)為基質(zhì)對(duì)氮的去除作用

【】只是體現(xiàn)在為微生物的同化、降解和植物的吸收提供中介5。不過(guò)現(xiàn)在基本認(rèn)定濕地中的填料也可通過(guò)一些物理和化學(xué)的途徑如吸收、吸附、過(guò)濾、離子交換等去除一部分污水中的【】氮。沸石對(duì)氨態(tài)氮具有一定的吸附功能，大多都用此填料來(lái)處理含氮廢水的試驗(yàn)27。人工濕地系統(tǒng)中除氮的關(guān)鍵在于選擇填料, 因此新型價(jià)廉高效的吸附材料的開發(fā)應(yīng)用是目前人

【】工濕地污水處理的研究重點(diǎn)28。

5.3對(duì)磷的去除機(jī)制

污水中磷的存在形式常見(jiàn)的有磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷酸鹽等。人工濕地對(duì)磷的去除主要是通過(guò)基質(zhì)物理化學(xué)作用、植物吸收、與有機(jī)物結(jié)合、微生物的正常同化和過(guò)量積累等，而磷最終從系統(tǒng)中去除是依賴于濕地植物的收割和飽和基質(zhì)的更換[18]。根據(jù)研究資料顯示，【】人工濕地對(duì)磷的去除可達(dá)60%-90%5。對(duì)磷的吸收作用最強(qiáng)的是基質(zhì)的吸收作用，吸收效

【】果與基質(zhì)中鐵，鋁和鈣等離子濃度有關(guān)。對(duì)磷吸收最少的是植物的吸收13。李曉東等得出濕地基質(zhì)的除磷作用最大，富含Al3+、Fe3+、Ca2+的基質(zhì)通過(guò)吸附和沉淀反應(yīng)有很好的除磷效果。大量的富含Al3+、Fe3+、Ca2+的基質(zhì)(鋼渣)具有顯著地的除磷效果,但限于材料自身的特性,不能實(shí)際應(yīng)用。探索不同基質(zhì)的組合除磷作用是今后濕地基質(zhì)研究的熱點(diǎn),此外,深入研

【】究基質(zhì)中磷素解析釋放,也是今后需要重點(diǎn)開展的工作29。李海波等用水淬渣作基質(zhì)研究磷吸附-解吸效果，得出水淬渣基質(zhì)的磷飽和吸附量3333 mg·kg-1,其水溶性鈣含量為

【】01084%,pH值為7.54，適合作為濕地除磷基質(zhì)36。微生物在濕地除磷中有著重要的作用。研究表明，由于水芹濕地和鳳眼蓮濕地中含有大量的磷細(xì)菌，水芹和鳳眼蓮濕地對(duì)磷的凈化率比空白床分別高16.0%、8.1% [30]。雖然濕地系統(tǒng)內(nèi)附著大量的微生物，但人工濕地與傳統(tǒng)生物除磷在原理上有著本質(zhì)的不同.一方面，廢水中的有機(jī)磷經(jīng)過(guò)濕地系統(tǒng)磷細(xì)菌的代謝活動(dòng)轉(zhuǎn)變成磷酸鹽，磷酸鹽容易被富含Al 3 +，F(xiàn)e 3 +，Ca 2 + 的基質(zhì)吸附，這一部分磷最終殘留在濕地系統(tǒng)中而與水體分離，這種方式去除的磷占絕大部分。另一方面，濕地植物本身可以直接吸收磷的化合物，通過(guò)定期收割而除去這一部分磷，這一部分磷最終從濕地系統(tǒng)中分離出來(lái)，但只占很少一部分[31]。水生植物去除磷的機(jī)制之一是通過(guò)植物本身的吸收作用。不同植物的除磷效果是不同的,同一種植物的不同部位的除磷效果也是不【】同的32。另外徐和勝總結(jié)人工濕地對(duì)磷素的去除隨水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，停留時(shí)間大于 5.3 d 時(shí)，蘆葦濕地除磷效率可以高于 88%。濕地進(jìn)水 TP 負(fù)荷與磷去除速率之間有

【】較好的線性關(guān)系（R 2 > 0.91）33。不同濕地植物在生長(zhǎng)速度、污染物的吸收轉(zhuǎn)化能力、泌氧能力等存在顯著差異，這導(dǎo)致基質(zhì)中的微生物種群及數(shù)量有所不同，篩選適宜的植物對(duì)穩(wěn)

【】定和提高人工濕地的凈化功能具有重要意義34。而夏宏生等認(rèn)為植物從污水中直接吸磷并非人工濕地系統(tǒng)除磷的主要機(jī)理，他提出人工濕地除磷技術(shù)仍處于應(yīng)用研究階段,主要集中

【】在以下幾方面:城鎮(zhèn)生活污水處理,非點(diǎn)源污染控制,水體水質(zhì)恢復(fù)35。

5.4重金屬的去除機(jī)制

重金屬的去除需要基質(zhì)，植物以及微生物的共同協(xié)作。研究發(fā)現(xiàn)，濕地系統(tǒng)對(duì)于鉻的去【】除效果最佳13。金屬離子去除機(jī)理主要有: 植物的吸收和富集作用、土壤膠體顆粒的吸附、【】懸浮顆粒的過(guò)濾和沉淀18。水生植物表現(xiàn)出的對(duì)銀、銅、鉛、鎘和鋅等微量元素的富集

【】作用和對(duì)營(yíng)養(yǎng)大量需求的特性可以被充分利用37。

史增奎等研究表明鳳眼蓮吸收的鎘、鋅離子主 要 富 集 在 根 部(Cd2+ 2441.27 mg /kg, Zn2+ 6 412.17mg/kg),對(duì)鎘、鋅最大富集系數(shù)分別是 553.3、759.2。鳳眼蓮對(duì)鋅的富【】集能力稍高于對(duì)鎘38?？傊? 利用水生植物來(lái)遷移環(huán)境中的金屬離子, 修復(fù)污染的環(huán)境, 防止重金屬離子污染從陸地進(jìn)入水環(huán)境, 是非常經(jīng)濟(jì)、有效、易于操作的(自然和人工的濕

【】地對(duì)金屬離子轉(zhuǎn)換率甚至接近100%)38。例如，吳敏等研究發(fā)現(xiàn)種植植物可提高濕地除砷效率； 以陶粒為填料的各組砷去除率分別是５０％（空白對(duì)照組），６４％（蜈蚣草組）和７４％（燈心草組）；以錳砂為填料各組相應(yīng)的砷去除率分別是８９％，９５％和９１％【39】。并且譚彩云等人也用鳳眼蓮研究實(shí)驗(yàn)，探究鳳眼蓮對(duì)水中重金屬離子鉛、鋅、鉻的短期去除能力，最后得出300 g鳳眼蓮對(duì) 4 L濃度為 5~ 30mg/L的鉛離子溶液的去除率均

【】可達(dá)到 99 %的實(shí)驗(yàn)結(jié)論40。相比之下，曹優(yōu)明等用金邊麥冬人工濕地對(duì)含鉛廢水中的鉛進(jìn)行凈化處理實(shí)驗(yàn)，得到流量為 3 L／d時(shí)，金邊麥冬人工濕地對(duì)鉛的去除率最高，可達(dá)到

【】98．30％； 在流量為 18 L／ d 時(shí)，去除率仍可達(dá)到 82．63％的良好效果10。

6．人工濕地污水處理技術(shù)中存在的問(wèn)題及解決辦法

6.1問(wèn)題與不足

第一點(diǎn)是現(xiàn)在的污水處理技術(shù)偏重于植物對(duì)廢物的吸收，但是大量的植物莖稈沒(méi)有很好的處理，造成了一定程度的二次污染。第二點(diǎn)是人工濕地污水處理占地面積較大，對(duì)廢水的處理效率比較低。第三點(diǎn)是對(duì)人工濕地污水處理技術(shù)的原理認(rèn)知不全面，在水中生長(zhǎng)的植物的選取不夠合理，對(duì)于基質(zhì)的設(shè)置也有很多的不足，水溫的控制不夠嚴(yán)格，水體的成分研究不清晰。第四點(diǎn)是人工濕地污水處理效果受氣候的影響較大，有些水生植物在冬季難成活，【】有些不耐高溫，有些易生病蟲13。

6.2解決辦法

針對(duì)人工濕地建設(shè)時(shí)占地面積大，在選址時(shí)，要綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益，通?？梢园讶斯竦亟ㄔO(shè)在近郊地區(qū)，一方面不單單節(jié)省了市區(qū)的土地資源，另一方面，也可以直接對(duì)近郊周邊的生產(chǎn)基地作用。在解決植物單一性方面，需要相關(guān)部門，加強(qiáng)對(duì)適合該地區(qū) 氣候生長(zhǎng)的物種進(jìn)行研究，多模仿 自然濕地環(huán)境，最大程度的發(fā)揮生物的凈化作用。另外，要加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的特殊工業(yè)廢水的處理研究，目前，由于經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，生產(chǎn)工業(yè)的節(jié)奏加快，其排放的廢水也 隨之增 多，加強(qiáng)特殊 工業(yè)廢水研 究，尋找最優(yōu)的去污機(jī) 理，最大程度的發(fā)揮人工濕地的作用，實(shí)現(xiàn)生物和經(jīng)濟(jì)效益最大化。除此之外，要加強(qiáng)對(duì)人工濕地管理人員的培訓(xùn)。人工濕地在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作會(huì)產(chǎn)生淤積堵塞現(xiàn)象，會(huì)造成之后的處理效用明顯降低，這需要管理人員要有充分的經(jīng)驗(yàn)和技能去維護(hù)人工濕地的運(yùn)作 【41】。

7.應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）澄江縣馬料河人工濕地污水處理工程。建設(shè)時(shí)間：2003年7月；工程工藝：氧化塘+垂直潛流+表流濕地；污水類型：城鎮(zhèn)生活污水；處理能力：3000m3/d；占地面積：20000m2；達(dá)標(biāo)要求：GB18918-2002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)；目前狀況：正常運(yùn)行。馬料河人工濕地是云南省乃至國(guó)內(nèi)填料型人工濕地污水處理系統(tǒng)工程化應(yīng)用的典范之一。

(2)江川縣漁村大河人工濕地污水處理工程。建設(shè)時(shí)間：2004年11月；工程工藝：氧化塘+水平潛流；污水類型：農(nóng)村生活污水+農(nóng)業(yè)面源污染；處理能力：10000m3/d；占地面積：13000m2；達(dá)標(biāo)要求：地表水Ⅳ類水要求，部分滿足Ⅲ類要求；目前狀況：正常運(yùn)行，部分指標(biāo)達(dá)標(biāo)。該污水處理廠是高負(fù)荷潛流濕地處理富營(yíng)養(yǎng)化污水的力作，此項(xiàng)工程也開啟了人工濕地高效處理污水的先河。

(3)玉溪市九溪人工濕地污水處理工程。建設(shè)時(shí)間：2008年5月；工程工藝：氧化塘+水平潛流+垂直潛流；污水類型：富營(yíng)養(yǎng)化污水；處理能力：100000m3/d；占地面積：150000m2；達(dá)標(biāo)要求：地表Ⅳ類水要求，部分滿足Ⅲ類要求；目前狀況：正常運(yùn)行，出水達(dá)標(biāo)。此工程是迄今為止，國(guó)內(nèi)外面積最大的填料型人工濕地，工程出水除磷和氨氮外，均達(dá)到了地表3類標(biāo)準(zhǔn)，其藍(lán)藻的去除率達(dá)到99%以上。

（4）北京市奧林匹克森林公園人工濕地水質(zhì)改善工程于2006年在北京市朝陽(yáng)區(qū)建成并運(yùn)行至今，由中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所聯(lián)合北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院等單位，承擔(dān)該工程中的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試再生水和運(yùn)行管理等方面工作。工程內(nèi)的人工濕地系統(tǒng)作為奧林匹克森林公園水質(zhì)改善、生態(tài)自然凈化系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能是深度處理，保障奧林匹克森林公園主湖循環(huán)湖水水質(zhì)，并與其他水質(zhì)改善措施協(xié)同作用，保持整個(gè)水系水質(zhì)，同時(shí)創(chuàng)造獨(dú)特的濕地生態(tài)景觀，成為一個(gè)向世界展示北京生態(tài)城市內(nèi)涵的窗口。工程建成后，出水達(dá)到《奧林匹克森林公園水系水質(zhì)模擬和維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的模擬分析水質(zhì)目標(biāo)，即大部分水質(zhì)指標(biāo)在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ-Ⅳ類。從景觀上來(lái)看，人工濕地系統(tǒng)在奧運(yùn)公園中形成獨(dú)特的濕地景觀，豐富公園的景觀多樣性，為運(yùn)動(dòng)員和游客提供良好的休閑空間。

8．展望

在我國(guó)，人工濕地在污水處理中的應(yīng)用研究尚處于初級(jí)階段，國(guó)家有關(guān)部門應(yīng)該在思想上進(jìn)一步提高對(duì)人工濕地處理污水重要性的認(rèn)知程度，在政策、資金、技術(shù)等方面提供大力支持和保障，定期組織召開研討會(huì)，作好宣傳、推廣工作。另外，應(yīng)該積極開展與廣泛利用人工濕地處理污水的國(guó)家間的信息交流工作。在未來(lái)的研究方向中，可著重對(duì)水生植物生理

【】生態(tài)種類篩選及有毒有害污染廢水凈化等方面進(jìn)行研究6。

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第二篇：特別分析我國(guó)人工濕地污水處理技術(shù)

特別分析我國(guó)人工濕地污水處理技術(shù)

1人工濕地污水處理系統(tǒng)概述 1.1人工濕地系統(tǒng)的組成

人工濕地主要由三部分組成:植物、微生物、填料。植物如蘆葦、風(fēng)車草等水生植物,可以直接吸收污水中的有機(jī)物作為其生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),也可以吸附、富集一些有毒的重金屬,可以將空氣中的氧氣輸送到根區(qū),為床體中好氧和厭氧微生物提供良好的環(huán)境。微生物在濕地對(duì)污水中污染物的生物降解過(guò)程中起到了重要的作用,有機(jī)物被生物膜吸附后通過(guò)微生物的呼吸作用去除。填料如土壤、砂子、礫石等,是微生物生長(zhǎng)的空間和場(chǎng)所,是濕地水生植物的載體。1.2人工濕地系統(tǒng)的分類

1.2.1表層流人工濕地表層流人工濕地在外貌和功能上都與自然濕地最為相似,廢水在土壤的上層水平流動(dòng),固態(tài)懸浮物被填料及根系阻擋截留,通過(guò)濕地而沉淀,同時(shí)微生物也附著在填料或植物的根莖葉上,發(fā)揮生物降解作用。

1.2.2潛流人工濕地廢水從濕地表面縱向流入填料床的底部,床體處于不飽和狀態(tài),氧可通過(guò)大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地系統(tǒng),但生物作用主要是厭氧反應(yīng)。

1.2.3立式流濕地水流動(dòng)情況綜合了表層流式和潛流式的特點(diǎn),但其建造要求高,易滋長(zhǎng)蚊蠅,尚不多見(jiàn)。

1.3人工濕地污水處理系統(tǒng)的特點(diǎn)

濕地系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用平均僅為傳統(tǒng)二級(jí)污水廠的1/10～1/2，費(fèi)用低。基本上都能達(dá)到規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)有資料分析，濕地處理系統(tǒng)不僅可處理以耗氧有機(jī)物和氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為主的生活污水，尤其是對(duì)重金屬和酸性的有機(jī)及無(wú)機(jī)礦物質(zhì)污染有良好的去除效果。且對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)能力強(qiáng)，能全年運(yùn)轉(zhuǎn)，管理維護(hù)方便，但北方地區(qū)冬季易結(jié)冰。2 我國(guó)人工濕地污水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀 2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)在人工濕地的技術(shù)開發(fā)方面取得了一定的進(jìn)展。1988～1990 年，在北京昌平進(jìn)行了表層流人工濕地處理系統(tǒng)的研究，處理量為500t/d 的生活污水和工業(yè)廢水，占地2hm2，水力負(fù)荷為4.7cm/d，COD 去除效率為81.2%，BOD 去除效率為85.8%。1990 年7月，國(guó)家環(huán)保局華南科學(xué)研究所在深圳市郊設(shè)計(jì)、建成了白泥坑人工濕地污水處理試驗(yàn)工程，整個(gè)系統(tǒng)采用潛流式植物碎石體和兼性穩(wěn)定塘相組合的設(shè)計(jì)，COD去除效率為71%，BOD 去除效率為90%。深圳市河流綜合治理重點(diǎn)工程之一的沙田人工濕地污水處理廠，于2000 年12 月開始建設(shè)，2001 年7 月建成投產(chǎn)，處理規(guī)模為5000m3/d，占地2 萬(wàn)m2，COD 去除效率76%，BOD 去除效率78%。目前，山東省也在積極開展人工濕地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、規(guī)劃工作。

人工濕地除處理生活污水外，還廣泛應(yīng)用于處理農(nóng)業(yè)面源污染、垃圾場(chǎng)滲濾液、富營(yíng)養(yǎng)化水體、采油廢水、采礦廢水等。隨著研究的逐漸深入，人工濕地還被用于改善飲用水源的水質(zhì)，如利用人工濕地改善北京官?gòu)d水庫(kù)水質(zhì)，出水基本滿足地面水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 人工濕地處理污水在國(guó)內(nèi)的優(yōu)勢(shì) 2.2.1 面源污染的控制

長(zhǎng)期以來(lái)，村鎮(zhèn)與社區(qū)的污水處理沒(méi)有受到應(yīng)有的重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，95%以上的生活污水及糞便廢水被直接排入地下或江河湖泊，加重了水污染控制的難度。因此，可將適當(dāng)負(fù)荷的人工濕地污水處理系統(tǒng)應(yīng)用于面源污染控制。2.2.2 城市污水處理的經(jīng)濟(jì)型模式

目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用二級(jí)生化處理工藝來(lái)集中處理量大面廣的生活污水，往往需要龐大的充氧曝氣設(shè)施，大規(guī)模的收集管網(wǎng)，較高的運(yùn)行費(fèi)用和管理水平。同時(shí)，去除氮、磷污染物的能力較差，易造成受納水體的富營(yíng)養(yǎng)化。應(yīng)用人工濕地進(jìn)行小型分散化的污水就地處理模式，不需要大量的污水收集管網(wǎng)，而且其建造費(fèi)用可由開發(fā)商、居民和政府共同承擔(dān)，在某種意義上緩解了水污染日益增多與政府資金短缺之間的矛盾。

2.2.3 飲用水源和景觀用水的保護(hù)

人工濕地系統(tǒng)較能充分地利用自然中的濕地植物以及基質(zhì)的自然凈化能力，并在污水凈化工程中促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，增加綠化面積，并為野生動(dòng)物提供棲息地，有利于生態(tài)環(huán)境的建設(shè)。利用人工濕地處理系統(tǒng)處理城市公園、綠地景觀水的同時(shí)，也美化了環(huán)境，為市民、游人創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境，取得了顯著的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.4 人工濕地的資源化利用

人工濕地處理分散型生活污水的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，便是經(jīng)過(guò)人工濕地系統(tǒng)處理凈化的污水可做中水回用，以解決目前普遍面臨的水資源危機(jī)。在農(nóng)村地區(qū)，可以利用凈化后的污水用于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等； 在城鎮(zhèn)社區(qū)，生活污水集中于人工濕地系統(tǒng)處理后，可直接用于社區(qū)的花木澆灌等，兼具了綠化和美化小區(qū)環(huán)境的作用。2.2.5 其他

此外，在人工濕地系統(tǒng)推廣種植用于生產(chǎn)生物質(zhì)能源的植物，具有很大的經(jīng)濟(jì)潛力。目前，多數(shù)能源植物的研究尚處于實(shí)驗(yàn)和示范階段，而我國(guó)在能源植物作為濕地植物種植方面所開展的工作幾乎空白。2.3 國(guó)內(nèi)應(yīng)用濕地污水處理存在的問(wèn)題 2.3.1 工藝存在的問(wèn)題

我國(guó)在人工濕地系統(tǒng)應(yīng)用中普遍存在的問(wèn)題有：

①淤積阻塞。造成這種情況的原因，往往是污水沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)處理直接排入濕地，或是在人工濕地運(yùn)行的初期，植物根系不發(fā)達(dá)導(dǎo)致去除懸浮物能力較差，有些情況下，甚至是由于進(jìn)水水力負(fù)荷太大或是洪水暴雨對(duì)人工濕地床體的沖擊而造成堵塞。②坡降變化。由于水流的不斷流動(dòng)、沖刷，造成處理單元的坡降發(fā)生改變，致使配水不均，增加了單位面積處理單元的水力負(fù)荷，同時(shí)也使得有機(jī)負(fù)荷的區(qū)域分配不均，降低了處理效果。

③水生動(dòng)植物對(duì)處理系統(tǒng)的影響。④對(duì)周圍土壤有滲透的影響。2.3.2 土地資源可利用性的制約

一般來(lái)說(shuō)，人工濕地處理負(fù)荷較低，因此占地面積較大。以深圳沙田污水廠為例，處理1m3 污水需要濕地的面積為1.88m2 如果考慮前期處理，總用地為4m2/m3。如果以每人每天平均用水300L 計(jì)算，則平均處理一個(gè)人每天所產(chǎn)生的污水便需要1.2m2 的面積。由深圳白泥坑人工濕地污水處理試驗(yàn)工程可知，處理1m3 污水需要濕地的面積為2.7m2 左右，相較于傳統(tǒng)生化二級(jí)處理，單位污水處理用地明顯較大，特別是我國(guó)大部分地區(qū)土地資源都較為緊張的情況下，人工濕地污水處理系統(tǒng)的應(yīng)用更受影響。

2.3.3 氣候條件的制約

我國(guó)南方地區(qū)洪水及雨季對(duì)人工濕地的運(yùn)行影響很大，往往改變了實(shí)地處理單元中的坡降甚至淹沒(méi)濕地，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)。而在北方地區(qū)，氣溫則是影響構(gòu)建濕地運(yùn)行的最重要因素，系統(tǒng)的處理效率最低或者甚至為零。2.3.4 缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)和統(tǒng)一規(guī)范

由于我國(guó)人工濕地污水處理技術(shù)起步較晚，且目前投入運(yùn)行試驗(yàn)的人工濕地污水處理系統(tǒng)較少，所以關(guān)于人工濕地的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、維護(hù)等過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，目前還沒(méi)有系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)和整理，長(zhǎng)期運(yùn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也缺乏可靠積累。3 展望

人工濕地是一種很有發(fā)展前景的污水處理系統(tǒng)，今后應(yīng)該從以下幾個(gè)方面尋求新的突破。

3.1 建立人工濕地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)

由于各地的氣候條件, 濕地規(guī)模，負(fù)荷率，幾何布置，植物種類構(gòu)成，及廢水的類型構(gòu)成等變化很大，因而對(duì)人工濕地很難有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)。因此，建立必要的數(shù)據(jù)庫(kù)，有助于濕地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理維護(hù)。3.2 進(jìn)一步探索人工濕地機(jī)理

由于其所涉及機(jī)理的復(fù)雜性和領(lǐng)域的廣泛性，雖然有些機(jī)理研究已經(jīng)得到初步的認(rèn)可，但是仍有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。比如，目前仍未完整地建立起各種污染物的去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，現(xiàn)有的模型基本為一些經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ投鵁o(wú)法得到廣泛的應(yīng)用。3.3 改良人工濕地技術(shù)

目前，世界各國(guó)都投入了大量精力以改良人工濕地技術(shù)，將一些傳統(tǒng)污水處理技術(shù)引入人工濕地。除了對(duì)現(xiàn)有的人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行研究以改良和優(yōu)化工程設(shè)計(jì)參數(shù)外，對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行能力和管理問(wèn)題也正在得到深入研究。例如，選擇適當(dāng)?shù)牟僮鞣绞?以防止填料的堵塞;選擇新型的填料,以確保長(zhǎng)期的除磷效果;選擇新型的水生植物,以提高濕地系統(tǒng)的綜合效益等。3.4 加強(qiáng)濕地植物生物質(zhì)能的利用研究

濕地植物具有很大的生物質(zhì)能價(jià)值，開發(fā)合適的經(jīng)濟(jì)的生物質(zhì)能的利用技術(shù)，最大化人工濕地系統(tǒng)資源利用，在發(fā)揮其生態(tài)效益的同時(shí)，可增加一定的經(jīng)濟(jì)效益。

第三篇：人工濕地污水處理技術(shù)

人工濕地污水處理工藝設(shè)計(jì)與研究設(shè)想

摘要：人工濕地作為一種新型生態(tài)污水處理技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了快速發(fā)展。為了適應(yīng)我國(guó)對(duì)這一技術(shù)的迫切需要，本文介紹了目前人工濕地污水處理的工藝結(jié)構(gòu)、基本設(shè)計(jì)方法，闡述了人工濕地污水處理系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及存在的若干問(wèn)題，并提出了開展人工濕地工藝設(shè)計(jì)研究的一些設(shè)想。

關(guān)鍵詞：人工濕地；污水處理；工程設(shè)計(jì)

Abstract : As a new type of ecological wastewater treatment technology ,constructed wetland has been developed at a great speed in its application.In order to satisfy the urgent need of this technology in China ,the basic configuration , types and design methods of current wastewater treatment technology by constructed wetland are introduced ,and the main contents and problems of the process design of constructed wetland for wastewater treatment are summarized , and some research interests are proposed in this paper.Key words : construced wetland;wastewater treatment;process design 引言

近年來(lái)，各種水處理技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得了不斷的發(fā)展，特別是作為二級(jí)處理的活性污泥法以其工藝相對(duì)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、處理效果好而成為城市污水處理的主流工藝，但傳統(tǒng)的活性污泥不僅基建投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，且主要以去除碳源污染物為目的，對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除則微乎其微，經(jīng)處理后的出水排入水體后仍將引起“富營(yíng)養(yǎng)化”等環(huán)境問(wèn)題。三級(jí)處理雖可解決上述問(wèn)題，但因投資和運(yùn)行費(fèi)用昂貴而難以大面積推廣。同時(shí)事實(shí)也說(shuō)明，單純依靠傳統(tǒng)的人工處理方法在我國(guó)當(dāng)前的情況下尚難以從根本上解決水污染問(wèn)題，只能延緩其發(fā)展趨勢(shì)。70年代以來(lái)，人工濕地處理技術(shù)的提出和發(fā)展，為綜合解決上述問(wèn)題提供了一種新的選擇。

人工濕地是一種人工建造和監(jiān)督控制的與自然濕地相類似的地面，是人為地將石、砂、土壤等一種或幾種介質(zhì)按一定比例構(gòu)成基質(zhì)，并有選擇性地植入植物的污水處理生態(tài)系統(tǒng)[1]。由于人工濕地具有處理效果好、建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用低、易于維護(hù)管理等優(yōu)點(diǎn)[2,5 ]，因而受到世界各國(guó)的普遍重視，成為近年來(lái)發(fā)展較快的一種污水處理新技術(shù)[6]。

但是，由于人工濕地污水處理技術(shù)還處于開發(fā)階段，尤其在我國(guó)人工濕地污水處理技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用時(shí)間還相對(duì)較短，還沒(méi)有比較成熟的設(shè)計(jì)參數(shù)，其工藝設(shè)計(jì)也還處于試驗(yàn)階段；人們對(duì)其的認(rèn)識(shí)較少，加之存在許多亟待解決的問(wèn)題，因而人工濕地的應(yīng)有潛力未能得到深入挖掘。本文將在闡述人工濕地污水處理系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及存在的若干問(wèn)題的同時(shí)，提出一些開展人工濕地工藝設(shè)計(jì)研究的設(shè)想和展望，以供廣大環(huán)境保護(hù)工作者參考。人工濕地的類型與工藝流程

人工濕地系以人工建造和監(jiān)督控制的、與沼澤地相類似的地面，通過(guò)自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物三者協(xié)同作用以達(dá)到對(duì)污水的凈化。此種濕地系統(tǒng)是在一定長(zhǎng)寬比及底面坡度的洼地中，由土壤和填料混合組成填料床，廢水在床體的填料縫隙或在床體表面流動(dòng)，并在床體表面種植具有處理性能好、成活率高、抗水性強(qiáng)、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、美觀及具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生植物，形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)、植物生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)廢水進(jìn)行處理[7]。

人工濕地按污水在其中的流動(dòng)方式可分為兩種類型[7]：①自由水面人工濕地(簡(jiǎn)稱FWS，或稱地表徑流型人工濕地)，②潛流型人工濕地(簡(jiǎn)稱SFS)。FWS系統(tǒng)中，廢水在濕地的土壤表層流動(dòng)，水深較淺(一般在0.3～0.6m)。與SFS系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)是投資省，缺點(diǎn)是負(fù)荷低。北方地區(qū)冬季表面會(huì)結(jié)冰，夏季會(huì)滋生蚊蠅、散發(fā)臭味，目前已較少采用。而SFS系統(tǒng)，污水在濕地床的表面下流動(dòng)，一方面可以充分利用填料表面生長(zhǎng)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(dòng)，保溫性好，處理效果受氣候影響較小，且衛(wèi)生條件較好，是目前國(guó)際上較多研究和應(yīng)用的一種濕地處理系統(tǒng)，但此系統(tǒng)的投資比FWS系統(tǒng)略高。

人工濕地的工藝流程有多種，目前采用的主要有：推流式、階梯進(jìn)水式、回流式和綜合式4種，如圖1所示[7]。階梯進(jìn)水可避免處理床前部堵塞，使植物長(zhǎng)勢(shì)均勻，有利于后部的硝化脫氮作用；回流式可對(duì)進(jìn)水進(jìn)行一定的稀釋，增加水中的溶解氧并減少出水中可能出現(xiàn)的臭味。出水回流還可促進(jìn)填料床中的硝化和反硝化作用，采用低揚(yáng)程水泵，通過(guò)水力噴射或跌水等方式進(jìn)行充氧。綜合式則一方面設(shè)置出水回流，另一方面還將進(jìn)水分布至填料床的中部，以減輕填料床前端的負(fù)荷。實(shí)際設(shè)計(jì)中，人工濕地的運(yùn)行可根據(jù)處理規(guī)模的大小進(jìn)行多級(jí)串聯(lián)或附加必要的預(yù)處理、后處理設(shè)施構(gòu)成。這樣的多種方式的組合，一般有單一式、并聯(lián)式、串聯(lián)式和綜合式等，如圖2所示[7]。在日常使用中，人工濕地還常與氧化塘等進(jìn)行串聯(lián)組合。

人工濕地污水處理系統(tǒng)一般包括前處理和人工濕地兩部分。前處理一般包括化糞池、格柵、沉砂池、沉淀池、厭氧池和兼性塘等。直接將未經(jīng)沉淀處理的污水引入人工濕地，雖然首級(jí)人工濕地的COD、BOD、SS的去除率高，但容易引起堵塞等問(wèn)題，使維護(hù)費(fèi)用增加。因此，將沉淀池或穩(wěn)定塘作為人工濕地系統(tǒng)前處理是非常必要的。人工濕地一般工藝處理流程見(jiàn)圖3[7]。

a c

b

d 圖1 人工濕地的基本流程

a.推流式；b.回流式；c.階梯進(jìn)水式；d.綜合式

a

c

b

d

圖2 人工濕地的不同組合方式 a.單一式；b.串聯(lián)式；c.并聯(lián)式；d.綜合式

圖3 人工濕地一般工藝處理流程 人工濕地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

人工濕地污水處理技術(shù)還處于開發(fā)階段，尤其在我國(guó)還沒(méi)有比較成熟的設(shè)計(jì)參數(shù)，其工藝設(shè)計(jì)也還處于試驗(yàn)階段。其設(shè)計(jì)受很多因素的影響，主要是：水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷、濕地床的構(gòu)造形式、工藝流程及其布置方式、進(jìn)出水系統(tǒng)的類型和濕地所種植植物的種類等。由于不同國(guó)家及地區(qū)的氣候條件、植被類型以及地理?xiàng)l件各有差異，因而大多根據(jù)各自的情況，經(jīng)小試或中試取得相關(guān)數(shù)據(jù)后進(jìn)行設(shè)計(jì)[7]。

3.1 選址及污水量和污水水質(zhì)的確定

在人工濕地修建前，先進(jìn)行污水量的調(diào)查和污水水質(zhì)分析，確定處理規(guī)模以及有關(guān)污染物的去除率，設(shè)計(jì)處理后污水必須達(dá)到國(guó)家規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。然后，根據(jù)地質(zhì)、地貌、水文、污水出口等自然狀況以及市政規(guī)劃等因素選定人工濕地地址。比如地形有一定自然坡度可減少開挖土方量，有利于排水、降低投資且減少對(duì)周圍環(huán)境的影響；一般人工濕地應(yīng)建在非洪澇災(zāi)害區(qū)或則需考慮修建相應(yīng)的防洪措施；在房?jī)r(jià)較低地段修建可大幅度降低修建成本等。

3.2 植物的選擇

人工濕地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能增加濕地系統(tǒng)的生物多樣性，以提高濕地系統(tǒng)的處理性能，延長(zhǎng)其使用壽命。植物在碎石中為微生物提供場(chǎng)所，在整個(gè)濕地系統(tǒng)中占有重要的地位，因此應(yīng)慎重選擇。

總的來(lái)說(shuō)，選擇植物應(yīng)該滿足：(1)耐污能力和抗寒能力強(qiáng)，適宜于本土生長(zhǎng)，最好以本鄉(xiāng)土植物為主；(2)根系發(fā)達(dá)，莖葉茂密；(3)抗病蟲害能力強(qiáng)；(4)有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。而常用的植物有蘆葦、香蒲、大米草、美人蕉、水花生和稗草等，目前最常用的是蘆葦。蘆葦?shù)母递^為發(fā)達(dá)，具有巨大比表面積的活性物質(zhì)，其生長(zhǎng)可深入到地下0.6～0.7m，具有良好的輸氧能力。種植蘆葦時(shí)，一般應(yīng)盡量選用當(dāng)?shù)靥J葦進(jìn)行移栽，即將有芽苞的蘆葦根分剪成10cm長(zhǎng)左右，將其埋入4cm深的土中并使其端部露出地面。插植的最佳季節(jié)在秋季或早春，插植密度可為1～3株/m2。

3.3 填料的選用

濕地床由三層組成，表層土壤、中層礫石層和下層小豆石層。表層土壤可用當(dāng)?shù)乇韺油?，?yōu)先選用鈣含量為2～2.5kg/100kg的混合土，以利于提高脫磷效果。在鋪設(shè)表層土?xí)r，要將地表土壤與粒徑為5～10mm石灰石摻和，厚度為150～250mm。表層以下采用粒徑在0.5～5mm的礫石或花崗巖鋪設(shè)，其鋪設(shè)厚度一般為0.4～0.7m，有時(shí)也采用粒徑在5～10mm或12～25mm石灰石填料。進(jìn)水配水區(qū)和出水集水區(qū)的填料常采用粒徑為60～100mm的礫石，分布于整個(gè)床寬。由于表層土壤在浸水后會(huì)有一定的下沉，因此，設(shè)計(jì)的填料表層標(biāo)高應(yīng)高出期望值10%～15%[7]。

3.4 基本技術(shù)參數(shù)的確定

主要是確定污染物負(fù)荷、停留時(shí)間、水深和所需的土地面積等技術(shù)參數(shù)，污水的特性、地理位置、氣候條件、人們的生活方式、經(jīng)濟(jì)和科技水平等均影響工藝參數(shù)的選擇?；炯夹g(shù)參數(shù)見(jiàn)表1[7]。

表1 人工濕地基本技術(shù)參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù) 單位 FWS SFS

水力停留時(shí)間 d 4～15 4～15

水深 ft 0.3～2.0 1.0～2.5

BOD5 水力負(fù)荷率

lb/acre.d ＜60 ＜60

Mgal/acre.d 0.015～0.050 0.015～0.050

面積 Acre/(Mgal/d)67～20 67～20 注：ft×0.3048＝m

lb/acre.d×1.1209＝kg/hm2·d

Mgal/acre.d×0.9354=m3/m2·d

Acre/(Mgal/d)×0.1069= hm2/(103m3/d)3.4.1 基本幾何參數(shù)的確定

在人工濕地的設(shè)計(jì)中，濕地的長(zhǎng)寬比可按下列公式計(jì)算：

為保證廢水以推流方式流經(jīng)濕地，一般要求長(zhǎng)度應(yīng)＞20m，長(zhǎng)寬比L/W不應(yīng)過(guò)大，建議控制在3∶1以下，常采用1∶1，對(duì)于以土壤為主的系統(tǒng)，L/W比應(yīng)小于1∶1[1]。根據(jù)現(xiàn)有人工濕地的設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般單個(gè)碎石床的長(zhǎng)度＜50m，寬度為25～30m，濕地床的深度一般根據(jù)水生植物自然根系的延伸程度來(lái)設(shè)計(jì)的，多數(shù)為0.6～0.7m。

3.4.2 FWS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[7]

由于廢水在人工濕地中流動(dòng)緩慢，故人工濕地通常可視作一級(jí)推流式反應(yīng)器，穩(wěn)態(tài)條件下可用以下反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式描述：

基于人工濕地的影響因素較為復(fù)雜，各國(guó)研究者對(duì)濕地床的尺寸提出了不同的計(jì)算方法。Reed建議FWS系統(tǒng)可用下列方程計(jì)算[8]：

Tchobanoglour建議，設(shè)計(jì)水溫為T時(shí)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)可由下式確定[8]：

當(dāng)濕地床的底坡或水力坡度不小于1%時(shí)，上述方程可調(diào)整為： 對(duì)床表面積As，Kaklec和Knight建議用下式計(jì)算：

初步設(shè)計(jì)時(shí)，k值可取34m/y，背景BOD5值可由下式計(jì)算：。FWS系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷

隨廢水性質(zhì)和條件變化很大，其范圍在18～110kgBOD5(ha·d)。一般只作為設(shè)計(jì)校核的指標(biāo)，它的控制對(duì)維持系統(tǒng)好氧狀態(tài)及防止蚊蟲、惡臭等非常重要。

FWS系統(tǒng)的水力負(fù)荷可達(dá)150～500m3/(ha·d)。在確定水力負(fù)荷的同時(shí)應(yīng)考慮氣候、土壤狀況、滲透系數(shù)和植被類型等場(chǎng)地類型，還應(yīng)考慮接納水體的水質(zhì)要求，尤其注意由于蒸發(fā)、蒸騰的失水量對(duì)夏季處理的影響及在干旱地區(qū)設(shè)計(jì)濕地的可行性[7]。在特殊情況下，要求濕地設(shè)計(jì)達(dá)到零排放時(shí)，濕地中的水主要通過(guò)蒸發(fā)、蒸騰、補(bǔ)充地下水或系統(tǒng)內(nèi)回用等途徑完成，這時(shí)水力負(fù)荷及水平衡計(jì)算是設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

3.4.3 SFS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[7]

1．濕地床坡度的確定。

在SFS系統(tǒng)中，水流有兩種流態(tài)，層流和紊流。當(dāng)濕地床中所用填料的粒徑不大，污水充滿整個(gè)填料縫隙并處于飽和狀態(tài)時(shí)水流為層流，此時(shí)填料床的坡度可用Darcy公式計(jì)算[8,10]：

對(duì)于其中的滲透系數(shù)Ks，到目前為止尚無(wú)準(zhǔn)確的測(cè)定，如果是以礫石為主的濕地床，歐洲人建議取10-3m/s，而美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為Ks不宜大于10-4m/s。

一般認(rèn)為當(dāng)濕地床中的滲流雷諾數(shù)Re大于1～10時(shí)，水流變?yōu)槲闪?，此時(shí)不宜用Darcy定律來(lái)描述了，尤其是當(dāng)采用的填料粒徑較大時(shí)，則需要考慮水流的擾動(dòng)作用了。此時(shí)宜用Ergun公式來(lái)描述[8,10]，即：

2．濕地床表面積的確定。濕地的表面積As可用下計(jì)算[8]：

式中KT與溫度的關(guān)系為。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)際試驗(yàn)，某一特定SFS系統(tǒng)的K20與床

體填料的孔隙率n有關(guān)，關(guān)系式為，對(duì)典型城市污水取K0=1.839d-1，高濃度有機(jī)工業(yè)廢水

K0=0.198d-1。

英國(guó)人Kitkutb推薦用下列公式計(jì)算表面積：

。附－符號(hào)說(shuō)明：

Ac，As—濕地床的橫截面積，表面積，m2； Se，So—進(jìn)水、出水BOD5，mg/L； Q—平均設(shè)計(jì)流量，m3/d； Ks—滲透系數(shù)，m3/(m2·d)；

K20，KT—溫度20℃，T℃時(shí)的速率常數(shù)，d-1；

Ko—某一填料中植物根系充分發(fā)展后的最佳速率常數(shù)，d-1； L—濕地床長(zhǎng)度，m； W—濕地床寬度，m； D—濕地床深度，m； S—底坡或水力坡度。

由上述各式，即可確定濕地床的基本尺寸。濕地床長(zhǎng)度通常定為20～50m，過(guò)長(zhǎng)易造成濕地床中的死區(qū)，且使水位難于調(diào)節(jié)，不利于植物的栽培。床橫截面面積與溫度、有機(jī)負(fù)荷無(wú)關(guān)，只受填料的水力學(xué)特性影響。在借鑒有關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上人們建議，通過(guò)填料橫截面的平均流速Q(mào)/Ac以不超過(guò)8.6m/d為宜，以避免對(duì)填料根莖結(jié)構(gòu)的破壞。

3．濕地床深度的確定。

濕地床的設(shè)計(jì)深度，一般要根據(jù)所栽種的植物種類及其根系的生長(zhǎng)深度來(lái)確定，以保證濕地床中的必要的好氧條件。對(duì)于蘆葦濕地系統(tǒng)，用于處理城市或生活污水，濕地床的深度一般取0.6～0.7m；而用于較高濃度有機(jī)工業(yè)廢水的處理時(shí)，濕地床的深度一般在0.3～0.4m之間。為保證濕地深度的有效使用，在運(yùn)行的初期應(yīng)適當(dāng)將水位降低以促進(jìn)植物根系向填料床的深度方向生長(zhǎng)，濕地床的底坡一般在1%或稍大些，最大可達(dá)8%，具體應(yīng)該根據(jù)填料性質(zhì)及濕地尺寸加以確定，如對(duì)以礫石為填料的濕地床，其底坡一般可取2%。表2[7]為深圳白泥坑人工濕地系統(tǒng)各單元的設(shè)計(jì)參數(shù)。

表2 深圳白泥坑人工濕地系統(tǒng)各單元的設(shè)計(jì)參數(shù) 項(xiàng)目 單元 長(zhǎng)/ 個(gè)數(shù) m

寬/ m

碎石粒徑/ 碎石層厚/ mm

cm

池底坡度/ %

水力負(fù)荷/(m3/m3·d)

第一級(jí) 3 42 11-12.5 10-50 40-100 1，1.5，2.0 95.4

第二級(jí) 2 47 18.5 10-30 50-120 2.0，3.0 95.4

第三級(jí) 3 30 19

0（停留4天）

第四級(jí) 3 54 19 5-10 60-100 0.5，1，1.5 100.7

3.5 進(jìn)出水系統(tǒng)的布置

濕地床進(jìn)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量保證配水的均勻性，一般采用多孔管或三角堰等。多孔管可設(shè)于床面上或埋于床面以下，埋于床面下的缺點(diǎn)是配水調(diào)節(jié)較為困難。多孔管設(shè)于床面上方時(shí)，應(yīng)比床面高出0.5m左右，以防床面淤泥和雜草積累而影響配水。同時(shí)應(yīng)定期清理沉淀物和雜草等，保證系統(tǒng)配水的均勻性。系統(tǒng)的進(jìn)水流量可通過(guò)閥或閘板調(diào)節(jié)，過(guò)多的流量或緊急變化時(shí)應(yīng)有溢流、分流措施。

濕地出水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可采用溝排、管排、井排等方式，合理的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮受納水體的特點(diǎn)、濕地系統(tǒng)的布置及場(chǎng)地的原有條件。為有效地控制濕地水位，一般在填料層底部設(shè)穿孔集水管，并設(shè)置旋轉(zhuǎn)彎頭和控制閥門。對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)，進(jìn)、出水管的設(shè)置須考慮防凍措施，并在系統(tǒng)的必要部位設(shè)置控制閥和放空閥。

3.6 濕地的水位控制

通常，濕地進(jìn)水的水位是不變的，為使污水在床體內(nèi)以推流式流動(dòng)，須對(duì)床層的水位加以控制。通常，SFS系統(tǒng)對(duì)水位的控制有幾點(diǎn)要求：①在系統(tǒng)接納最大設(shè)計(jì)流量時(shí)，濕地進(jìn)水端不出現(xiàn)雍水，以防發(fā)生表面流；②在系統(tǒng)接納最小設(shè)計(jì)流量時(shí)，出水端不出現(xiàn)填料床面的淹沒(méi)，以防出現(xiàn)表面流；③為了利于植物的生長(zhǎng)，床中水面浸沒(méi)植物根系的深度應(yīng)盡量均勻，并盡量使水面坡度和底坡基本一致[7]。當(dāng)出水端控制水面時(shí)，床堤的底坡選擇對(duì)工程造價(jià)和水流流態(tài)有較大影響。因此，濕地床的底坡應(yīng)盡可能地與床體的水面線坡度一致，且濕地床的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)易增加植物浸沒(méi)深度的不均勻性，同時(shí)水流易形成大片的死區(qū)，將增加出水端水位控制的難度。

3.7 防止地下水污染

為防止?jié)竦叵到y(tǒng)因滲漏而造成地下水污染，要求在工程時(shí)盡量保持原土層，并在原土層上設(shè)置防滲層。防滲層的設(shè)置方法有多種，如采用厚度為0.5～1.0mm的高密度聚乙烯樹脂，或油毛氈密封鋪墊等，為防止床體填料尖角對(duì)薄膜的損壞，施工時(shí)可在塑料薄膜上預(yù)鋪一層細(xì)砂。存在的問(wèn)題與研究設(shè)想

在我國(guó)，人工濕地污水處理技術(shù)還處于開發(fā)階段，還沒(méi)有成熟的設(shè)計(jì)參數(shù)，工業(yè)設(shè)計(jì)也還處于試驗(yàn)階段，其中存在的很多問(wèn)題都有待研究和解決。

4.1 存在的問(wèn)題

人工濕地污水處理技術(shù)中存在的問(wèn)題可以概述如下：

（1）人工濕地的基質(zhì)種類比較單一，只有土壤、礫石和沙等幾種，難以處理特殊污染物的水體，而且基質(zhì)中的某些化學(xué)組成還可能抑制水體中某些污染物的去除。

（2）人工濕地植物種類單一，常用的濕地植物主要為蘆葦、菖蒲、香蒲等挺水植物，實(shí)際應(yīng)用中只選用其中的一種或幾種植物，這樣必然影響系統(tǒng)的處理效果。

（3）關(guān)于人工濕地去除污染物機(jī)理的研究雖然取得了很大的進(jìn)展，但總體上看還無(wú)法為其工藝設(shè)計(jì)提供有力的理論指導(dǎo)，有待進(jìn)一步深入，特別是對(duì)水體中主要污染物如N、P 元素及重金屬元素的去除機(jī)理尚不十分清楚。

（4）污水在人工濕地中運(yùn)行情況相當(dāng)復(fù)雜，給人們對(duì)其水力學(xué)特征的研究帶來(lái)了很大困難，一些工藝參數(shù)只能依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因而導(dǎo)致了系統(tǒng)水力學(xué)設(shè)計(jì)不合理，出水效果不理想。

（5）目前關(guān)于人工濕地污染物降解動(dòng)力學(xué)的研究雖已取得一定進(jìn)展[11,12]，但采用的模型都是濕地床的靜態(tài)宏觀模型，沒(méi)有考慮傳質(zhì)效率，即沒(méi)有考慮污染物從液相遷移到生物膜過(guò)程中的阻力，難以反映人工濕地的真實(shí)情況。（6）人工濕地類型單一，對(duì)含特殊污染物或污染負(fù)荷比較高的水體難以達(dá)到處理效果。

第四篇：人工濕地污水處理技術(shù)研究進(jìn)展

人工濕地污水處理技術(shù)研究進(jìn)展

［摘要］文章對(duì)人工濕地污水處理技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，闡述了人工濕地污水處

理技術(shù)主要研究?jī)?nèi)容及進(jìn)展，包括人工濕地對(duì)污染物的去除機(jī)理、去除效率研究，影響人工濕地處理效率的因素研究。根據(jù)人工濕地在污水處理中的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了今后的研究 方向。

［關(guān)鍵詞］人工濕地；污水處理；研究進(jìn)展

［中圖分類號(hào)］X52 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］C ［文章編號(hào)］1002－0624（2011）06－0052－03 濕地是地球上水陸生態(tài)系統(tǒng)中獨(dú)特的、重要的生物生存環(huán)境和最富生物多樣性的自然生態(tài)景觀之一。它在抵御洪水、調(diào)節(jié)徑流、改善氣候、控制污染、美化環(huán)境和維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡等方面具有非常重要的作用，被譽(yù)為“自然之腎”。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述

1953 年，德國(guó)Max Planck 研究所的Dr.Kathe Seidel 博士在研究中發(fā)現(xiàn)蘆葦能夠去除污水中大量的有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)，隨后開發(fā)出Max—Planck Institute Process 系統(tǒng)。1977 年由 Kickuth 提出了“根區(qū)法”(采用栽種蘆葦?shù)乃綕摿鳚竦厥褂袡C(jī)物降解，硝化反硝化去除N，沉淀去除P)，標(biāo)志著人工濕地污水處理機(jī)理的初步萌芽。與此同時(shí)，美國(guó)的國(guó)家空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)了“厭氧微生物和蘆葦處理污水”復(fù)合系統(tǒng)。此后，人工濕地處理污水技術(shù)不斷完善，并于20 世紀(jì)80，90 年代在歐洲、美國(guó)、加拿大、日本等地得到了廣泛的應(yīng)用。

按照工程設(shè)計(jì)和水體流態(tài)的差異，人工濕地污水處理系統(tǒng)可以分為表面流濕地、水平潛流濕地和垂直流濕地3 種主要類型，各類型在運(yùn)行、控制等方面的諸多特征存在著一定的差異。其中，表面流濕地不需要砂礫等物質(zhì)作填料，造價(jià)較低，但水力負(fù)荷較低，該類型在美國(guó)、加拿大、新西蘭、瑞典等國(guó)有較多分布。水平潛流濕地的保濕性較好，對(duì)有機(jī)物和重金屬等去除效果好，受季節(jié)影響小，目前在歐洲、日本應(yīng)用較多。垂直流濕地綜合了前兩者的特點(diǎn)，但其建造要求較高，至今尚未廣泛使用。早期的人工濕地主要用于處理城市生活污水或二級(jí)污水處理廠出水，目前已被國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者或工程技術(shù)人員，經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)或者與其他系統(tǒng)進(jìn)行組合后用于農(nóng)業(yè)面源污染、城市或公路徑流等非點(diǎn)源污染的治理[2]。此外，最近發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到利用人工濕地處理特殊工業(yè)廢水方面。將人工濕地用于處理特殊工業(yè)廢水，這是人工濕地未來(lái)發(fā)展的一個(gè)新特點(diǎn)和趨向[3]。

我國(guó)進(jìn)行濕地處理系統(tǒng)研究較晚，在“七五”期間才開始了人工濕地研究工作，仍處于起步階段。目前人工濕地的研究和應(yīng)用正方興未艾。繼天津市環(huán)保所建成的我國(guó)第一個(gè)蘆葦濕地工程之后，1989 年于北京昌平區(qū)、1990 年于深圳白泥坑等地建成了濕地處理系統(tǒng)示范工程，效果良好（BOD去除率90%，COD去除率80.47%，SS去除率93%）[4]。1990 年，國(guó)家環(huán)保局華南環(huán)保所與深圳東深供水局建立了人工濕地示范工程，處理規(guī)模為3 100m3/d，其出水達(dá)到了二級(jí)處

理水平。1999 年，漳州市天寶造紙廠因地制宜，利用荒廢的低洼地建造小型水葫蘆—水草人工濕地，進(jìn)行廠外廢水治理，處理后出水灌溉香蕉園，實(shí)現(xiàn)了廢水不外排，具有農(nóng)業(yè)生態(tài)特征的廢水治理模式，為我國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)造紙企業(yè)廢水治理提供了有益的參考。2002 年，日處理污水50 000 m3 的人工濕地污水處理廠在江蘇泅洪縣竣工,深圳市、沈陽(yáng)市、上海市也在開展積極的設(shè)計(jì)、規(guī)劃工作。研究?jī)?nèi)容

2.1 人工濕地污染物的去除機(jī)理

人工濕地污染物的去除機(jī)理研究仍處于起步階段，人工濕地污水處理普遍認(rèn)同的機(jī)理是硝化反硝化去除N，沉淀去除P 的概括性描述，進(jìn)一步研究難度很大，因?yàn)樯婕暗缴铩⑽锢?、化學(xué)等多個(gè)學(xué)科，而且難以從微觀角度定量化。

去除機(jī)理主要包括微生物、植物、土壤對(duì)污染物的去除機(jī)理。人工濕地有機(jī)物降解的基礎(chǔ)機(jī)制是微生物的硝化和反硝化活動(dòng)，豐富的微生物資源為濕地污水處理系統(tǒng)提供了足夠的分解者。濕地植物對(duì)氮的去除主要通過(guò)以下途徑：氨的揮發(fā)作用、NH4+的陽(yáng)離子交換作用、吸收、硝化和反硝化作用等。濕地植物對(duì)磷化物的處理除作為營(yíng)養(yǎng)成分吸收外，還可以通過(guò)在苗床基質(zhì)中的吸附、絡(luò)合和沉淀反應(yīng)來(lái)去除。濕地土壤對(duì)有毒物質(zhì)的“凈化”機(jī)理，主要是通過(guò)沉淀作用、吸附與吸收作用、離子交換作用、氧化還原作用和代謝分解作用等途徑實(shí)現(xiàn)的。

2.2 人工濕地處理污水的效率

1）對(duì)有機(jī)物的去除效率。綜合國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者對(duì)人工濕地凈化城市污水的研究數(shù)據(jù)，在進(jìn)水濃度較低的情況下，人工濕地對(duì)BOD5 的去除率可達(dá)85%～95%，對(duì)COD 的去除率可達(dá)80%，處理出水BOD5 的濃度在10 mg/L 左右，SS 小于20mg/L[5]。

2）對(duì)氮的去除效率。廢水中的氮以無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮兩種形式存在，無(wú)機(jī)氮可以被人工濕地中的植物吸收，合成植物蛋白質(zhì)，植物的收割對(duì)濕地系統(tǒng)除氮有直接貢獻(xiàn)，但這一部分氮僅占總氮量的8%～16%。微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除中起著重要作用。目前人工濕地系統(tǒng)TN 去除率不高的主要原因是硝化-反硝化途徑不暢通，提高氮的去除率最重要的是提高濕地系統(tǒng)中的硝化作用強(qiáng)度。還有研究發(fā)現(xiàn)，人為提高濕地中BOD與NO3-N 之比（如添加秸稈或甲醇），氮的去除率會(huì)大幅度提高，能從30%左右上升至80%～90%，原因是BOD∶NO3-N 的比值太低時(shí)不利于反硝化作用的進(jìn)行，當(dāng)比值上升到2.3 時(shí)，反硝化率達(dá)到最大值。

3)對(duì)磷的去除效率。在人工濕地中磷主要是通過(guò)基質(zhì)的吸附、絡(luò)合及與Ca，Al，F(xiàn)e 和土壤顆粒的沉淀反應(yīng)及泥炭累積，植物的吸收，微生物去除等作用而去除。據(jù)資料顯示，人工濕地對(duì)各種類型污水中的TP 的去除率為47.0%～97.2%[6]。

2.3 影響人工濕地處理效率的因素

1）人工濕地的類型。人工濕地的類型不同對(duì)不同污染物的去除效率也有差異。水平潛流濕地對(duì)BOD，COD 等有機(jī)物和重金屬的去除效果較好，垂直流濕地對(duì)氮、磷的去除效果較好，表面流型濕地的處理效果一般。但如果將表面流型與潛流型、表面流型與垂直流型結(jié)合起來(lái)的復(fù)合濕地，去污效率會(huì)進(jìn)一步提高[7]。

2）濕地植物種類。一般來(lái)說(shuō)，植物的生物量較大、根系比較發(fā)達(dá)、根系的輸氧能力比較強(qiáng)的話，其凈化能力就比較強(qiáng)[7]。其次，不同的植物對(duì)污染物的去除速率也不相同，日本學(xué)者對(duì)不同的植物去除氮和磷的速率進(jìn)行了研究。

3）基質(zhì)類型。一般來(lái)說(shuō)，含有機(jī)質(zhì)豐富的基質(zhì)有助于吸附各種污染物；土壤基質(zhì)的去污能力不如礫石基質(zhì)[3]；含CaCO3較多的石灰石基質(zhì)可以有效地去除磷，沸石-石灰石組合的基質(zhì)可以有效地去除TN，TP [6]；煤渣-草炭基質(zhì)對(duì)磷具有較強(qiáng)的吸附能力，在不種植濕地植物的情況下對(duì)TP 的去除率可達(dá)到77.6%～85.0%，可以作為垂直流人工濕地系統(tǒng)的特殊基質(zhì)；花崗巖-粘性土壤基質(zhì)能高效地去除污水中的磷，對(duì)TP 的去除能力可達(dá)90%[5]。

4）濕地中微生物種類和數(shù)量。廢水中各類污染物的去除與濕地系統(tǒng)中生長(zhǎng)的微生物種類和數(shù)量有關(guān)，相關(guān)系數(shù)的大小可以反映某一類微生物對(duì)某一類污染物的去除能力。不同微生物與BOD和COD 的去除率之間均有明顯的相關(guān)性，說(shuō)明人工濕地微生物系統(tǒng)對(duì)BOD 和COD 去除率的貢獻(xiàn)；廢水中NH4-N 的去除與硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌都有明顯的相關(guān)性，說(shuō)明硝化和反硝化作用是人工濕地系統(tǒng)去除氮的主要方式；廢水中磷的去除與濕地中的各類微生物均不具有明顯的相關(guān)性，這說(shuō)明微生物不是人工濕地系統(tǒng)中去除的磷主要因素；廢水中總大腸桿菌的去除與放線菌和原生動(dòng)物的數(shù)量有明顯的相關(guān)性，這說(shuō)明人工濕地系統(tǒng)中的放線菌和原生動(dòng)物是去除大腸桿菌的主要作用者[6]。

5）環(huán)境因子的影響與管理措施。溫度、水力停留時(shí)間、水力負(fù)荷、濕地的運(yùn)行管理等均會(huì)對(duì)人工濕地的去污效果產(chǎn)生影響。水溫在20～25 ℃時(shí)生物去污的效果最好，低于10 ℃時(shí)，處理效果會(huì)明顯下降。因此，夏天的處理效果會(huì)好于冬天[9]。有研究表明，細(xì)菌的反硝化作用受溫度影響，在10～30℃范圍內(nèi)，高溫有利于反硝化。但溫度高于30 ℃，則會(huì)對(duì)硝化反硝化過(guò)程產(chǎn)生抑制作用[7]。也有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濕地運(yùn)作一段時(shí)間（如3 年）后，去污效果基本不再受環(huán)境因子（如溫度、污水流量等）影響。人工濕地污水處理技術(shù)研究展望

1）進(jìn)一步加強(qiáng)人工濕地處理污水機(jī)理的研究。人工濕地處理污水的機(jī)理非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)的范圍也很廣。目前，雖然有些機(jī)理研究已經(jīng)得到初步的認(rèn)可，但仍然存在很多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究，如污水中的有機(jī)污染物、無(wú)機(jī)污染物、金屬污染物的去除過(guò)程與機(jī)理；根際微生態(tài)系統(tǒng)的綜合作用；有機(jī)物、無(wú)機(jī)化合物和金屬離子在濕地系統(tǒng)內(nèi)的相互作用及其對(duì)植物、微生物和土壤的影響等[9]。

2）人工濕地處理農(nóng)村污水示范研究。人工濕地在解決我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染和農(nóng)村生活污水方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)加大人工濕地處理農(nóng)村污水示范研究，探討適合我國(guó)國(guó)情的農(nóng)村污水處理方式，并通過(guò)集成示范，查找技術(shù)中存在的問(wèn)題，為進(jìn)一步大范圍推廣打下良好的基礎(chǔ)，3）濕地系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)用研究。①加強(qiáng)濕地植物的篩選工作，選擇一些耐污能力強(qiáng)，去污效果好的濕地植物，同時(shí)加強(qiáng)多種植物的合理搭配的研究。

②重點(diǎn)研究在提高人工濕地氧化硝化能力的同時(shí)如何提高其反硝化能力，解決硝態(tài)氮的高效去除問(wèn)題。③填料的類型直接影響濕地系統(tǒng)的凈化能力，尤其是對(duì)磷的去除。加強(qiáng)填料的篩選

和如何防止填料堵塞，是今后應(yīng)該優(yōu)先考慮的工作。結(jié)語(yǔ)

人工濕地系統(tǒng)是一個(gè)完整的人造生態(tài)系統(tǒng)，它形成了良好的生態(tài)循環(huán)，不僅具有較好的污水凈化效果，而且具有較好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。目前發(fā)達(dá)國(guó)家已用人工濕地處理各種類型的廢水，發(fā)展中國(guó)家發(fā)展也應(yīng)大力發(fā)展人工濕地技術(shù)，在我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)得到越來(lái)越廣的應(yīng)用。

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第五篇：人工濕地生活污水處理技術(shù)

人工濕地生活污水處理技術(shù)

(一)基本概念

人工濕地實(shí)質(zhì)是一個(gè)綜合生態(tài)系統(tǒng)，主要應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)共生物種的能量和物質(zhì)循環(huán)的再生作用，在促進(jìn)廢水中污染物良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源生產(chǎn)潛力，獲得污水處理與資源化的最佳效益，防止污水對(duì)環(huán)境造成二次污染。

(二)技術(shù)原理

人工濕地污水處理技術(shù)的原理是通過(guò)人工建造和控制來(lái)運(yùn)行與沼澤地類似的地面，將污水有控制地投配到濕地上，使污水在濕地土壤縫隙和表面沿一定方向流動(dòng)的過(guò)程中，利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對(duì)污水進(jìn)行處理的一種技術(shù)。其生態(tài)系統(tǒng)的作用機(jī)理包括吸附、滯留、過(guò)濾、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、氧化還原、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養(yǎng)分吸收及各類動(dòng)物的其他作用等。

(三)系統(tǒng)分類

人工濕地處理系統(tǒng)可以分為以下幾種類型：自由水面人工濕地處理系統(tǒng)、潛流型人工濕地處理系統(tǒng)、垂直水流型人工濕地處理系統(tǒng)等。

系統(tǒng)去除的污染物范圍廣泛，包括N、P、SS、有機(jī)物、病原體等。在進(jìn)水濃度較低的條件下，人工濕地對(duì)BOD5的去除率可達(dá)85%～95%，COD去除率可達(dá)80%以上，出水中BOD5的濃度在10mg/L，SS小于20mg/L。廢水中大部分有機(jī)物作為異樣微生物的養(yǎng)分，最終被轉(zhuǎn)化為微生物有機(jī)體、CO2和H2O。

(四)技術(shù)特點(diǎn)

人工濕地處理系統(tǒng)同時(shí)具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡(jiǎn)單、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合中、小型村莊生活污水的集中處理。

(五)適用范圍

1.人工濕地污水處理技術(shù)易受氣候條件影響，南北差異較大，北方大部分地區(qū)冬季溫度較低，難以維持生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行或保證污水處理效果。因此在選用該技術(shù)時(shí)，要選取合適的植物，并且要充分考慮項(xiàng)目地植物過(guò)冬問(wèn)題。

2.該處理技術(shù)適用于農(nóng)村集中式和分散式污水處理，根據(jù)各地土地充裕情況、居住方式和經(jīng)濟(jì)狀況而定。對(duì)于居住較為分散、土地寬裕的村莊，可選用分散式處理方式，以戶為單位，充分利用農(nóng)村零星空地，建設(shè)小規(guī)模濕地處理系統(tǒng)，可同時(shí)滿足凈化污水和美化環(huán)境的效果。集中式處理系統(tǒng)，更適宜于居住集中、土地有限的農(nóng)村，尤其是撤村并鎮(zhèn)和新建的農(nóng)村社區(qū)，各戶將污水通過(guò)管網(wǎng)或溝渠排入處理系統(tǒng)集中處理。

3.該技術(shù)對(duì)于項(xiàng)目地地形條件的要求較為寬松，設(shè)計(jì)時(shí)可因地制宜。

(六)注意事項(xiàng)

采用人工濕地處理技術(shù)，主要注意以下幾點(diǎn)：

1.人工濕地處理技術(shù)必須做好防滲系統(tǒng)，對(duì)于農(nóng)村地區(qū)濕地防滲可采用土工膜或三灰土夯實(shí)等簡(jiǎn)易實(shí)用的方法。

2.人工濕地植物的選取。濕地植物是濕地處理系統(tǒng)最明顯的生物特征，它是人工濕地的主要組成部分，在污水處理過(guò)程中起著重要作用。濕地植物選取時(shí)應(yīng)因地制宜，綜合考慮植物的以下特征：耐水、根系發(fā)達(dá)、多年生、耐寒、吸收氮、磷量大、兼顧觀賞性和經(jīng)濟(jì)性、要盡量選擇當(dāng)?shù)氐耐林N。目前，常用的有蘆葦、香蒲、菖蒲、美人蕉、風(fēng)車草、彩虹鳥、水竹、水蔥、大米草、鳶尾、蕨草、燈芯草等。

3.人工濕地植物栽種初期的管理主要保證其成活率。濕地植物栽種最好在春季，植物容易成活。如果不是在春季栽種而在冬季，應(yīng)做好防凍措施，在夏季應(yīng)做好遮陽(yáng)防曬。總之，要根據(jù)實(shí)際情況采取措施以確保栽種植物的成活率。

4.植物栽種初期為了使植物的根扎得比較深，需要通過(guò)控制濕地的水位，促使植物根莖向下生長(zhǎng)。

5.做好日常護(hù)理防止其他雜草滋生并及時(shí)清除枯枝落葉，防止腐爛污染。

6.對(duì)不耐寒的植物在冬季來(lái)臨之前要做好防凍措施或及時(shí)收割。