第一篇：我國人工濕地污水處理技術現狀分析（大全）

我國人工濕地污水處理技術現狀分析

何勝

13級環境科學二班

摘要：人工構建濕地對于污水的處理是建立于自然濕地對于污水的處理之上的一種新型的污水處理技術，它具有區別于其他的污水處理方式的獨特優勢，受到了國內外污水處理部門的廣泛青睞。本文對于濕地污水處理系統的定義進行了簡單介紹，對于人工濕地的現狀進行了簡單闡述，針對人工濕地的優缺點也進行了分析；同時還介紹了污水在濕地當中的處理過程以及凈化機理，最后介紹了我國人工濕地處理技術的應用現狀，存在的問題和改善措施。以及簡單介紹目前國內有哪些運行良好的從事人工濕地污水處理的企業工程 關鍵詞：人工濕地；污水處理現狀；當前特征及展望

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

0引用

隨著工農業生產的迅速發展和人民生活水平的不斷提高,污水的種類和產量也隨之不斷增加,需要設計更為經濟、更為高效以及適應范圍更為廣泛的污水處理系統,來面對這一日益嚴峻的現實問題。然而,我國已經興建的許多城市二級污水處理廠由于處理成本和維持費用昂貴而經常處于間歇運行或者根本不運行的狀態,導致大量建設資金的浪費和環境污染的日趨惡化。此外,傳統的活性污泥法以去除碳源污染物為主,對氮磷等營養物質的去

【】除則微乎其微,出水排入環境水體后易引起富營養化等問題1。而人工濕地污水處理技術在許多領域內成為了傳統污水處理工藝的廉價替代方案，目前應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處理工藝不可比擬的優勢：投資少，造價，運營成本低廉；系統組合具有多樣性、針對性、能夠靈活地進行選擇；處理污水具有高效性；【】有獨特的綠化環境功能2。

1人工濕地的概念與歷史

人工濕地系統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,形成一個獨特的動植物生態環境,利用植物的根脈和其周圍土壤微生物來聯合對污水進行處理,污水流經濕地時大量的污染物被填料和植物根系阻擋截留,有機污染物和N、P等

【】則通過生物膜的吸收、同化及異化作用而被除去3。

運用人工濕地處理污水可追溯到1903年，建在英國約克郡Earby的人工濕地，被認為是世界上第一個用于處理污水的人工濕地，連續運行直到1992年。而人工濕地生態系統在世界各地逐漸受到重視并被運用，還是在20世紀70年代德國學者Kichunth提出根區法(the root-zone-method)理論之后開始的[4]。20世紀70年代以來,人工濕地污水處理系統在我國得到了迅速發展：1987年,天津市環境保護研究所建成我國第一座蘆葦濕地工程,處理規模為1 400 m3·d-1；1990年,華南環境保護研究所建成深圳白泥坑人工濕地示范工程,以及近年來成都市活水公園和沈陽市新近建成通水的馬官橋污水生態處理廠,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，如土壤、砂、礫石；（2）在飽和水和厭氧基質中生長的植物，如蘆葦；（3）水體（在基質表面下或表面上流動的水）；（4）好氧或者厭氧微生物種群；（5）無脊椎或脊椎動物。其中微生物、水生植物以及基質是人工

【】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處理系統的類型

按照工程設計和水體流態的差異，人工濕地污水處理系統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5

圖1 人工濕地的類型及其構造

[4]

2.2.2濕地中主要植物類型 濕地植物，在人工濕地系統中起著重要的作用，在濕地凈化污水的過程中，被稱為“營養鹽清道夫”。按照應用類型，可分為觀葉植物、觀花植物、草皮植物、地被植物等;按生長環境可分為水生植物、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程中,植物的直接作用可以歸納為3個重要的方面:11

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

此外,濕地植物還具有3個間接的重要的作用:(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,使根在厭氧環境中生長;(3)增加或穩定土壤的透水性。

【】

表2 主要植物類型12

表3 常用濕地植物的性質

【11】

3人工濕地凈化污水的原理

3.1基質的作用

基質是人工制造的填料，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，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，還是微生物生長的重要場所，又為水中生長的動植物提供營養物質。當廢水中的有機物質到達人工濕地時，基質會發生一系列物理變化和化學變化，將廢水中的有機元素氮和磷吸收。基

【】質的選材不同，其凈化的結果也不同5,12,13,14。

3.2植物的作用

植物在人工濕地系統中起著很大的作用

【15】。

3.2.1吸收作用

植物作為濕地的初級生產者，具有吸收儲存水體營養物!凈化污染物!抑制低等藻類生長!促進其他水生生物代謝的作用。污水中的氮以有機氮和無機氮兩種形式存在，其中無機氮被植物吸收利用，污水中的氮以有機氮和無機氮兩種形式存在，其中無機氮被植物吸收利用，作為生長過程中不可缺少的營養物質；部分有機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等有機氮，再通過收割植物將有機氮去除。人工濕地法在處理污水時，廢水中的無機磷在植物吸收劑同化作用下可轉化成ATP、DNA、RBA等有機成分，然后通過收割植物而去除。植物可通過根部直接吸收水溶性重金屬，還能通過改變根系環境來改變污染物的化學形態，達到降低或消除重金屬污染物化學毒性和生物毒性的作用。一般認為植物對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重金屬的吸收作用也不同，一般為根>莖>葉，且各部位對重金屬的累積系數隨

【13】 污染物濃度的上升而下降。3.2.2傳輸作用

對于人工濕地生態系統而言，植物生長過程中是否有充足的氧，決定著植物對所生長環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生的氧氣通過氣道輸送至根區，在植物根區的還原態介質中形成部分氧化態的微環境，這種有氧態和缺氧態微環境的共同作用為根區的好氧!缺氧和厭氧微生物提供了各自適宜的小環境，使不同的微生物生長在一起，發揮相輔相成的作用，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，根系對介質的穿透作用!根系橫向和縱向的擴張作用，在介質中形成許多微小的間隙，增強了介質的疏松度，使介質的水力傳輸作用得到增強。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元素作為自己的養料，最終將廢水中的有機物去除。人工濕地中的微生物數目是一定的，當廢水排放量增加時，會導致某類別的微生物數量增多，但會在一段時間后恢復平穩。在植物的不同部位，其含有的微生物種類和數目也不同，在植物的根莖，數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；而在距離根系較遠的地方，厭氧型微生物最多。微生物不光吸收污水中的有機物質，還對有毒物質降解和對重金屬進行分解，以去除污水中的有機物質和重金屬[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地的氣候、濕地中水流動力學特性、植物種類、微生物類群及基質組成。其中當地氣候是主要影響因素,因為其有影響其他幾項因素的作用,濕地植物 種類、微生物活性和土壤中營養物質的生化循環都與氣候有關[3,17]。

4.1濕地植物的類別

人工濕地廢水處理系統中的植物對污水的處理能力很強，效果最好的是挺水植物，實驗結果表明，寬香葉蒲對油脂，Pb及Zn的吸收效果極佳；根系濃密的植物中水麥冬對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，使水質更清澈。

4.2基質的類別

基質在處理污水中占有很大的作用，植物的生長離不開基質的營養提供，在廢水凈化中有很多物理沉降作用。當然，不同的基質對污水的處理能力不同，如果基質的選材和材料的大小選擇不當，則對污水的凈化能力會很弱。經研究發現，選用細石子做濕地的填料，對污染物的處理效果最好。

4.3水流的方式

表面流型的濕地對污水的處理能力比較弱；水平潛流濕地對一些特定的有機物和重金屬能很好地去除；垂直流濕地系統的硝化水平比較高。將不一樣類別的濕地系統有機結合，會很好提升對污水的凈化能力。

4.4溫度和 PH值

溫度的變化直接影響 , 的氨化、硝化與反硝化過程，從而影響人工濕地對 , 的去除"低溫下微生物基質酶的活性將受到抑制，導致酶促反應速度很慢，進而影響到硝化和含氮有機物的降解。除此外，隨著季節氣溫的變化，植物不斷生長，植物在不同生長時期對氮磷的吸收能力也是不同的，一般在春季和夏季，植物生長迅速，生物量增加，對氮磷的吸收增加，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會釋放磷到濕地中，致使出水中磷含量上升，無機磷含量甚至高于進水。PH值對人工濕地磷的去除

【】影響較大.因為廢水中磷的去除主要是靠基質的物理化學作用，這與介質的酸堿環境有關18。

4.5 DO值

DO對氮的硝化、反硝化及磷的生物吸收和同化具有很大的影響。DO值過低是，出現缺氧狀態抑制了硝化作用的進行，不能產生大量的亞硝酸鹽和硝酸鹽，繼而使反硝化過程不能進行。DO值的提高可以有效增強微生物的代謝能力，促進微生物對磷的吸收和同化，也使硝

【】化細菌的呼吸活動加強，對有機物的降解起到了促進作用18。

5人工濕地的污染物去除機理

人工濕地可通過水體、基質、水生植物、微生物和腐殖化碎屑之間一系列復雜的物理、化學和生化反應，通過沉淀、過濾、吸附、離子交換、植物吸收和微生物分解、轉化及吸收途徑實現對水中諸如懸浮物、有機物、營養元素、金屬離子、病原體和難降解有機物等污染【】物的去除4。

5.1有機物的去除機制

國內對人工濕地去除污染物的研究主要集中在營養鹽N、P 上，對持久性有機污染物去除效果的研究工作開展的相對較少[19]。污水中的有機物包括溶解性有機物和顆粒性有機物。顆粒性有機 物通過在濕地基質中的沉積、過濾作用可以很快地被截留，進而被分解或利用 ,可溶性有機物則通過植物根系生物膜的吸附、吸收及厭氧好氧生物代謝降解過程而被分【】解去除[20]。萬寧19等人經過研究指出濕地中植物和填料可以為微生物提供一個好氧、缺氧和厭氧環境，這種有氧和缺氧區域的共同存在為根區好氧菌，厭氧菌和兼性菌等各種微生物提供了適宜的生存環境，促進了根區微生物的生長繁殖，從而提高系統的凈化能力。人工濕地系統雖然對有機物的去除率較高，但是隨著系統的運行時間增加會出現有機物的積累現象，而影響凈化效果。研究表明，水體在植物床填料內流動時，隨著遷移距離的延長，COD 的降解速率呈現減慢的趨勢[21]。

5.2氮的去除機制

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

5.2.1氨揮發

氨揮發是一個物理化學過程，氨氮在氣態和離子態之間平衡。研究表明，當pH<8.5 時,可以忽略氨氮的揮發[22]。在PH值為 8.3 時，可揮 發 性 氣 態 氨 占10 ； 而 PH 值為 7．3 時 僅 占 1 9／ 6[20]。

5.2.2硝化 — 反硝化

不同形態的氮在人工濕地中會發生轉化，有機氮在氨化細菌的氨化作用下轉變為NH3-N，再通過硝化作用，硝化細菌把NH3-N轉化為NO2--N和NO3--N, 最后通過反硝化過程，細菌在厭氧或缺氧環境中利用有機物產能,將NO2--N和NO3—N代替O2作為電子受體，最終使氮以N2O和N2形式從系統中根本去除[18]。硝化只改變N的形 態，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，并直接同化吸收氮素。植物主要吸收氨氮和硝態氮，優先吸收氨氮[22]。植物在系統去污過程中最重要的物理效應是它能夠支撐床表面,提供良好的物理過濾條件,并

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

5.2.4介質吸附

濕地基質層具有吸附特性。污水經過時，可以依靠基質層的吸附作用而得到凈化，黏

【】土含量高的基質層對氨態氮還有離子交換作用20。但是李玉潔卻認為基質對氮的去除作用

【】只是體現在為微生物的同化、降解和植物的吸收提供中介5。不過現在基本認定濕地中的填料也可通過一些物理和化學的途徑如吸收、吸附、過濾、離子交換等去除一部分污水中的【】氮。沸石對氨態氮具有一定的吸附功能，大多都用此填料來處理含氮廢水的試驗27。人工濕地系統中除氮的關鍵在于選擇填料, 因此新型價廉高效的吸附材料的開發應用是目前人

【】工濕地污水處理的研究重點28。

5.3對磷的去除機制

污水中磷的存在形式常見的有磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷酸鹽等。人工濕地對磷的去除主要是通過基質物理化學作用、植物吸收、與有機物結合、微生物的正常同化和過量積累等，而磷最終從系統中去除是依賴于濕地植物的收割和飽和基質的更換[18]。根據研究資料顯示，【】人工濕地對磷的去除可達60%-90%5。對磷的吸收作用最強的是基質的吸收作用，吸收效

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

【】究基質中磷素解析釋放,也是今后需要重點開展的工作29。李海波等用水淬渣作基質研究磷吸附-解吸效果，得出水淬渣基質的磷飽和吸附量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菌，水芹和鳳眼蓮濕地對磷的凈化率比空白床分別高16.0%、8.1% [30]。雖然濕地系統內附著大量的微生物，但人工濕地與傳統生物除磷在原理上有著本質的不同.一方面，廢水中的有機磷經過濕地系統磷細菌的代謝活動轉變成磷酸鹽，磷酸鹽容易被富含Al 3 +，Fe 3 +，Ca 2 + 的基質吸附，這一部分磷最終殘留在濕地系統中而與水體分離，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，通過定期收割而除去這一部分磷，這一部分磷最終從濕地系統中分離出來，但只占很少一部分[31]。水生植物去除磷的機制之一是通過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。另外徐和勝總結人工濕地對磷素的去除隨水力停留時間的延長而增加，停留時間大于 5.3 d 時，蘆葦濕地除磷效率可以高于 88%。濕地進水 TP 負荷與磷去除速率之間有

【】較好的線性關系（R 2 > 0.91）33。不同濕地植物在生長速度、污染物的吸收轉化能力、泌氧能力等存在顯著差異，這導致基質中的微生物種群及數量有所不同，篩選適宜的植物對穩

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

【】在以下幾方面:城鎮生活污水處理,非點源污染控制,水體水質恢復35。

5.4重金屬的去除機制

重金屬的去除需要基質，植物以及微生物的共同協作。研究發現，濕地系統對于鉻的去【】除效果最佳13。金屬離子去除機理主要有: 植物的吸收和富集作用、土壤膠體顆粒的吸附、【】懸浮顆粒的過濾和沉淀18。水生植物表現出的對銀、銅、鉛、鎘和鋅等微量元素的富集

【】作用和對營養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),對鎘、鋅最大富集系數分別是 553.3、759.2。鳳眼蓮對鋅的富【】集能力稍高于對鎘38。總之, 利用水生植物來遷移環境中的金屬離子, 修復污染的環境, 防止重金屬離子污染從陸地進入水環境, 是非常經濟、有效、易于操作的(自然和人工的濕

【】地對金屬離子轉換率甚至接近100%)38。例如，吳敏等研究發現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％（空白對照組），６４％（蜈蚣草組）和７４％（燈心草組）；以錳砂為填料各組相應的砷去除率分別是８９％，９５％和９１％【39】。并且譚彩云等人也用鳳眼蓮研究實驗，探究鳳眼蓮對水中重金屬離子鉛、鋅、鉻的短期去除能力，最后得出300 g鳳眼蓮對 4 L濃度為 5~ 30mg/L的鉛離子溶液的去除率均

【】可達到 99 %的實驗結論40。相比之下，曹優明等用金邊麥冬人工濕地對含鉛廢水中的鉛進行凈化處理實驗，得到流量為 3 L／d時，金邊麥冬人工濕地對鉛的去除率最高，可達到

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

6．人工濕地污水處理技術中存在的問題及解決辦法

6.1問題與不足

第一點是現在的污水處理技術偏重于植物對廢物的吸收，但是大量的植物莖稈沒有很好的處理，造成了一定程度的二次污染。第二點是人工濕地污水處理占地面積較大，對廢水的處理效率比較低。第三點是對人工濕地污水處理技術的原理認知不全面，在水中生長的植物的選取不夠合理，對于基質的設置也有很多的不足，水溫的控制不夠嚴格，水體的成分研究不清晰。第四點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

針對人工濕地建設時占地面積大，在選址時，要綜合考慮經濟、環境效益，通常可以把人工濕地建設在近郊地區，一方面不單單節省了市區的土地資源，另一方面，也可以直接對近郊周邊的生產基地作用。在解決植物單一性方面，需要相關部門，加強對適合該地區 氣候生長的物種進行研究，多模仿 自然濕地環境，最大程度的發揮生物的凈化作用。另外，要加強對生產過程中產生的特殊工業廢水的處理研究，目前，由于經濟飛速發展，生產工業的節奏加快，其排放的廢水也 隨之增 多，加強特殊 工業廢水研 究，尋找最優的去污機 理，最大程度的發揮人工濕地的作用，實現生物和經濟效益最大化。除此之外，要加強對人工濕地管理人員的培訓。人工濕地在長時間運作會產生淤積堵塞現象，會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驗和技能去維護人工濕地的運作 【41】。

7.應用現狀

（1）澄江縣馬料河人工濕地污水處理工程。建設時間：2003年7月；工程工藝：氧化塘+垂直潛流+表流濕地；污水類型：城鎮生活污水；處理能力：3000m3/d；占地面積：20000m2；達標要求：GB18918-2002一級B標準；目前狀況：正常運行。馬料河人工濕地是云南省乃至國內填料型人工濕地污水處理系統工程化應用的典范之一。

(2)江川縣漁村大河人工濕地污水處理工程。建設時間：2004年11月；工程工藝：氧化塘+水平潛流；污水類型：農村生活污水+農業面源污染；處理能力：10000m3/d；占地面積：13000m2；達標要求：地表水Ⅳ類水要求，部分滿足Ⅲ類要求；目前狀況：正常運行，部分指標達標。該污水處理廠是高負荷潛流濕地處理富營養化污水的力作，此項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。建設時間：2008年5月；工程工藝：氧化塘+水平潛流+垂直潛流；污水類型：富營養化污水；處理能力：100000m3/d；占地面積：150000m2；達標要求：地表Ⅳ類水要求，部分滿足Ⅲ類要求；目前狀況：正常運行，出水達標。此工程是迄今為止，國內外面積最大的填料型人工濕地，工程出水除磷和氨氮外，均達到了地表3類標準，其藍藻的去除率達到99%以上。

（4）北京市奧林匹克森林公園人工濕地水質改善工程于2006年在北京市朝陽區建成并運行至今，由中國科學院水生生物研究所聯合北京市水利規劃設計研究院等單位，承擔該工程中的設計、施工、調試再生水和運行管理等方面工作。工程內的人工濕地系統作為奧林匹克森林公園水質改善、生態自然凈化系統的重要組成部分，主要功能是深度處理，保障奧林匹克森林公園主湖循環湖水水質，并與其他水質改善措施協同作用，保持整個水系水質，同時創造獨特的濕地生態景觀，成為一個向世界展示北京生態城市內涵的窗口。工程建成后，出水達到《奧林匹克森林公園水系水質模擬和維護系統設計》的模擬分析水質目標，即大部分水質指標在《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅲ-Ⅳ類。從景觀上來看，人工濕地系統在奧運公園中形成獨特的濕地景觀，豐富公園的景觀多樣性，為運動員和游客提供良好的休閑空間。

8．展望

在我國，人工濕地在污水處理中的應用研究尚處于初級階段，國家有關部門應該在思想上進一步提高對人工濕地處理污水重要性的認知程度，在政策、資金、技術等方面提供大力支持和保障，定期組織召開研討會，作好宣傳、推廣工作。另外，應該積極開展與廣泛利用人工濕地處理污水的國家間的信息交流工作。在未來的研究方向中，可著重對水生植物生理

【】生態種類篩選及有毒有害污染廢水凈化等方面進行研究6。

參考文獻：

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第二篇：特別分析我國人工濕地污水處理技術

特別分析我國人工濕地污水處理技術

1人工濕地污水處理系統概述 1.1人工濕地系統的組成

人工濕地主要由三部分組成:植物、微生物、填料。植物如蘆葦、風車草等水生植物,可以直接吸收污水中的有機物作為其生長的營養物質,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,為床體中好氧和厭氧微生物提供良好的環境。微生物在濕地對污水中污染物的生物降解過程中起到了重要的作用,有機物被生物膜吸附后通過微生物的呼吸作用去除。填料如土壤、砂子、礫石等,是微生物生長的空間和場所,是濕地水生植物的載體。1.2人工濕地系統的分類

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,固態懸浮物被填料及根系阻擋截留,通過濕地而沉淀,同時微生物也附著在填料或植物的根莖葉上,發揮生物降解作用。

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,氧可通過大氣擴散和植物傳輸進入人工濕地系統,但生物作用主要是厭氧反應。

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

1.3人工濕地污水處理系統的特點

濕地系統的投資和運行費用平均僅為傳統二級污水廠的1/10～1/2，費用低。基本上都能達到規定的污水排放標準。

現有資料分析，濕地處理系統不僅可處理以耗氧有機物和氮、磷等營養物質為主的生活污水，尤其是對重金屬和酸性的有機及無機礦物質污染有良好的去除效果。且對負荷變化的適應能力強，能全年運轉，管理維護方便，但北方地區冬季易結冰。2 我國人工濕地污水處理系統現狀 2.1 應用現狀

近年來，我國在人工濕地的技術開發方面取得了一定的進展。1988～1990 年，在北京昌平進行了表層流人工濕地處理系統的研究，處理量為500t/d 的生活污水和工業廢水，占地2hm2，水力負荷為4.7cm/d，COD 去除效率為81.2%，BOD 去除效率為85.8%。1990 年7月，國家環保局華南科學研究所在深圳市郊設計、建成了白泥坑人工濕地污水處理試驗工程，整個系統采用潛流式植物碎石體和兼性穩定塘相組合的設計，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，2001 年7 月建成投產，處理規模為5000m3/d，占地2 萬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的設計、規劃工作。

人工濕地除處理生活污水外，還廣泛應用于處理農業面源污染、垃圾場滲濾液、富營養化水體、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，如利用人工濕地改善北京官廳水庫水質，出水基本滿足地面水Ⅲ類標準。

2.2 人工濕地處理污水在國內的優勢 2.2.1 面源污染的控制

長期以來，村鎮與社區的污水處理沒有受到應有的重視。據統計，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，可將適當負荷的人工濕地污水處理系統應用于面源污染控制。2.2.2 城市污水處理的經濟型模式

目前，國內外普遍采用二級生化處理工藝來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施，大規模的收集管網，較高的運行費用和管理水平。同時，去除氮、磷污染物的能力較差，易造成受納水體的富營養化。應用人工濕地進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，而且其建造費用可由開發商、居民和政府共同承擔，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

人工濕地系統較能充分地利用自然中的濕地植物以及基質的自然凈化能力，并在污水凈化工程中促進植物的生長，增加綠化面積，并為野生動物提供棲息地，有利于生態環境的建設。利用人工濕地處理系統處理城市公園、綠地景觀水的同時，也美化了環境，為市民、游人創造了良好的生態環境，取得了顯著的社會、環境和經濟效益。

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重要優勢，便是經過人工濕地系統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。在農村地區，可以利用凈化后的污水用于當地農業灌溉、水產養殖等； 在城鎮社區，生活污水集中于人工濕地系統處理后，可直接用于社區的花木澆灌等，兼具了綠化和美化小區環境的作用。2.2.5 其他

此外，在人工濕地系統推廣種植用于生產生物質能源的植物，具有很大的經濟潛力。目前，多數能源植物的研究尚處于實驗和示范階段，而我國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 國內應用濕地污水處理存在的問題 2.3.1 工藝存在的問題

我國在人工濕地系統應用中普遍存在的問題有：

①淤積阻塞。造成這種情況的原因，往往是污水沒有經過預處理直接排入濕地，或是在人工濕地運行的初期，植物根系不發達導致去除懸浮物能力較差，有些情況下，甚至是由于進水水力負荷太大或是洪水暴雨對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、沖刷，造成處理單元的坡降發生改變，致使配水不均，增加了單位面積處理單元的水力負荷，同時也使得有機負荷的區域分配不均，降低了處理效果。

③水生動植物對處理系統的影響。④對周圍土壤有滲透的影響。2.3.2 土地資源可利用性的制約

一般來說，人工濕地處理負荷較低，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 計算，則平均處理一個人每天所產生的污水便需要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，相較于傳統生化二級處理，單位污水處理用地明顯較大，特別是我國大部分地區土地資源都較為緊張的情況下，人工濕地污水處理系統的應用更受影響。

2.3.3 氣候條件的制約

我國南方地區洪水及雨季對人工濕地的運行影響很大，往往改變了實地處理單元中的坡降甚至淹沒濕地，嚴重影響了系統。而在北方地區，氣溫則是影響構建濕地運行的最重要因素，系統的處理效率最低或者甚至為零。2.3.4 缺乏相關的數據和統一規范

由于我國人工濕地污水處理技術起步較晚，且目前投入運行試驗的人工濕地污水處理系統較少，所以關于人工濕地的設計、建造、運行、維護等過程的相關數據和資料，目前還沒有系統的統計和整理，長期運行系統的數據也缺乏可靠積累。3 展望

人工濕地是一種很有發展前景的污水處理系統，今后應該從以下幾個方面尋求新的突破。

3.1 建立人工濕地數據庫

由于各地的氣候條件, 濕地規模，負荷率，幾何布置，植物種類構成，及廢水的類型構成等變化很大，因而對人工濕地很難有統一的設計和運行參數。因此，建立必要的數據庫，有助于濕地系統的設計和管理維護。3.2 進一步探索人工濕地機理

由于其所涉及機理的復雜性和領域的廣泛性，雖然有些機理研究已經得到初步的認可，但是仍有許多問題需要進一步研究。比如，目前仍未完整地建立起各種污染物的去除反應動力學模型，現有的模型基本為一些經驗模型而無法得到廣泛的應用。3.3 改良人工濕地技術

目前，世界各國都投入了大量精力以改良人工濕地技術，將一些傳統污水處理技術引入人工濕地。除了對現有的人工濕地系統進行研究以改良和優化工程設計參數外，對系統的長期運行能力和管理問題也正在得到深入研究。例如，選擇適當的操作方式,以防止填料的堵塞;選擇新型的填料,以確保長期的除磷效果;選擇新型的水生植物,以提高濕地系統的綜合效益等。3.4 加強濕地植物生物質能的利用研究

濕地植物具有很大的生物質能價值，開發合適的經濟的生物質能的利用技術，最大化人工濕地系統資源利用，在發揮其生態效益的同時，可增加一定的經濟效益。

第三篇：人工濕地污水處理技術

人工濕地污水處理工藝設計與研究設想

摘要：人工濕地作為一種新型生態污水處理技術，在實際應用中取得了快速發展。為了適應我國對這一技術的迫切需要，本文介紹了目前人工濕地污水處理的工藝結構、基本設計方法，闡述了人工濕地污水處理系統工藝設計的主要內容及存在的若干問題，并提出了開展人工濕地工藝設計研究的一些設想。

關鍵詞：人工濕地；污水處理；工程設計

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，各種水處理技術在實際應用中取得了不斷的發展，特別是作為二級處理的活性污泥法以其工藝相對成熟、運行穩定、處理效果好而成為城市污水處理的主流工藝，但傳統的活性污泥不僅基建投資大，運行費用高，且主要以去除碳源污染物為目的，對氮、磷等營養物質的去除則微乎其微，經處理后的出水排入水體后仍將引起“富營養化”等環境問題。三級處理雖可解決上述問題，但因投資和運行費用昂貴而難以大面積推廣。同時事實也說明，單純依靠傳統的人工處理方法在我國當前的情況下尚難以從根本上解決水污染問題，只能延緩其發展趨勢。70年代以來，人工濕地處理技術的提出和發展，為綜合解決上述問題提供了一種新的選擇。

人工濕地是一種人工建造和監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按一定比例構成基質，并有選擇性地植入植物的污水處理生態系統[1]。由于人工濕地具有處理效果好、建設和運行費用低、易于維護管理等優點[2,5 ]，因而受到世界各國的普遍重視，成為近年來發展較快的一種污水處理新技術[6]。

但是，由于人工濕地污水處理技術還處于開發階段，尤其在我國人工濕地污水處理技術的發展及其應用時間還相對較短，還沒有比較成熟的設計參數，其工藝設計也還處于試驗階段；人們對其的認識較少，加之存在許多亟待解決的問題，因而人工濕地的應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工藝設計的主要內容及存在的若干問題的同時，提出一些開展人工濕地工藝設計研究的設想和展望，以供廣大環境保護工作者參考。人工濕地的類型與工藝流程

人工濕地系以人工建造和監督控制的、與沼澤地相類似的地面，通過自然生態系統中的物理、化學和生物三者協同作用以達到對污水的凈化。此種濕地系統是在一定長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，并在床體表面種植具有處理性能好、成活率高、抗水性強、生長周期長、美觀及具有經濟價值的水生植物，形成一個獨特的動、植物生態系統，對廢水進行處理[7]。

人工濕地按污水在其中的流動方式可分為兩種類型[7]：①自由水面人工濕地(簡稱FWS，或稱地表徑流型人工濕地)，②潛流型人工濕地(簡稱SFS)。FWS系統中，廢水在濕地的土壤表層流動，水深較淺(一般在0.3～0.6m)。與SFS系統相比，其優點是投資省，缺點是負荷低。北方地區冬季表面會結冰，夏季會滋生蚊蠅、散發臭味，目前已較少采用。而SFS系統，污水在濕地床的表面下流動，一方面可以充分利用填料表面生長的生物膜、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，保溫性好，處理效果受氣候影響較小，且衛生條件較好，是目前國際上較多研究和應用的一種濕地處理系統，但此系統的投資比FWS系統略高。

人工濕地的工藝流程有多種，目前采用的主要有：推流式、階梯進水式、回流式和綜合式4種，如圖1所示[7]。階梯進水可避免處理床前部堵塞，使植物長勢均勻，有利于后部的硝化脫氮作用；回流式可對進水進行一定的稀釋，增加水中的溶解氧并減少出水中可能出現的臭味。出水回流還可促進填料床中的硝化和反硝化作用，采用低揚程水泵，通過水力噴射或跌水等方式進行充氧。綜合式則一方面設置出水回流，另一方面還將進水分布至填料床的中部，以減輕填料床前端的負荷。實際設計中，人工濕地的運行可根據處理規模的大小進行多級串聯或附加必要的預處理、后處理設施構成。這樣的多種方式的組合，一般有單一式、并聯式、串聯式和綜合式等，如圖2所示[7]。在日常使用中，人工濕地還常與氧化塘等進行串聯組合。

人工濕地污水處理系統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。直接將未經沉淀處理的污水引入人工濕地，雖然首級人工濕地的COD、BOD、SS的去除率高，但容易引起堵塞等問題，使維護費用增加。因此，將沉淀池或穩定塘作為人工濕地系統前處理是非常必要的。人工濕地一般工藝處理流程見圖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.串聯式；c.并聯式；d.綜合式

圖3 人工濕地一般工藝處理流程 人工濕地系統的設計

人工濕地污水處理技術還處于開發階段，尤其在我國還沒有比較成熟的設計參數，其工藝設計也還處于試驗階段。其設計受很多因素的影響，主要是：水力負荷、有機負荷、濕地床的構造形式、工藝流程及其布置方式、進出水系統的類型和濕地所種植植物的種類等。由于不同國家及地區的氣候條件、植被類型以及地理條件各有差異，因而大多根據各自的情況，經小試或中試取得相關數據后進行設計[7]。

3.1 選址及污水量和污水水質的確定

在人工濕地修建前，先進行污水量的調查和污水水質分析，確定處理規模以及有關污染物的去除率，設計處理后污水必須達到國家規定的污水排放標準。然后，根據地質、地貌、水文、污水出口等自然狀況以及市政規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、降低投資且減少對周圍環境的影響；一般人工濕地應建在非洪澇災害區或則需考慮修建相應的防洪措施；在房價較低地段修建可大幅度降低修建成本等。

3.2 植物的選擇

人工濕地系統設計中，應盡可能增加濕地系統的生物多樣性，以提高濕地系統的處理性能，延長其使用壽命。植物在碎石中為微生物提供場所，在整個濕地系統中占有重要的地位，因此應慎重選擇。

總的來說，選擇植物應該滿足：(1)耐污能力和抗寒能力強，適宜于本土生長，最好以本鄉土植物為主；(2)根系發達，莖葉茂密；(3)抗病蟲害能力強；(4)有一定的經濟價值。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。蘆葦的根系較為發達，具有巨大比表面積的活性物質，其生長可深入到地下0.6～0.7m，具有良好的輸氧能力。種植蘆葦時，一般應盡量選用當地蘆葦進行移栽，即將有芽苞的蘆葦根分剪成10cm長左右，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。表層土壤可用當地表層土，優先選用鈣含量為2～2.5kg/100kg的混合土，以利于提高脫磷效果。在鋪設表層土時，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，其鋪設厚度一般為0.4～0.7m，有時也采用粒徑在5～10mm或12～25mm石灰石填料。進水配水區和出水集水區的填料常采用粒徑為60～100mm的礫石，分布于整個床寬。由于表層土壤在浸水后會有一定的下沉，因此，設計的填料表層標高應高出期望值10%～15%[7]。

3.4 基本技術參數的確定

主要是確定污染物負荷、停留時間、水深和所需的土地面積等技術參數，污水的特性、地理位置、氣候條件、人們的生活方式、經濟和科技水平等均影響工藝參數的選擇。基本技術參數見表1[7]。

表1 人工濕地基本技術參數

設計參數 單位 FWS SFS

水力停留時間 d 4～15 4～15

水深 ft 0.3～2.0 1.0～2.5

BOD5 水力負荷率

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 基本幾何參數的確定

在人工濕地的設計中，濕地的長寬比可按下列公式計算：

為保證廢水以推流方式流經濕地，一般要求長度應＞20m，長寬比L/W不應過大，建議控制在3∶1以下，常采用1∶1，對于以土壤為主的系統，L/W比應小于1∶1[1]。根據現有人工濕地的設計與運行經驗，一般單個碎石床的長度＜50m，寬度為25～30m，濕地床的深度一般根據水生植物自然根系的延伸程度來設計的，多數為0.6～0.7m。

3.4.2 FWS系統的設計[7]

由于廢水在人工濕地中流動緩慢，故人工濕地通常可視作一級推流式反應器，穩態條件下可用以下反應動力學公式描述：

基于人工濕地的影響因素較為復雜，各國研究者對濕地床的尺寸提出了不同的計算方法。Reed建議FWS系統可用下列方程計算[8]：

Tchobanoglour建議，設計水溫為T時，反應動力學速率常數可由下式確定[8]：

當濕地床的底坡或水力坡度不小于1%時，上述方程可調整為： 對床表面積As，Kaklec和Knight建議用下式計算：

初步設計時，k值可取34m/y，背景BOD5值可由下式計算：。FWS系統的有機負荷

隨廢水性質和條件變化很大，其范圍在18～110kgBOD5(ha·d)。一般只作為設計校核的指標，它的控制對維持系統好氧狀態及防止蚊蟲、惡臭等非常重要。

FWS系統的水力負荷可達150～500m3/(ha·d)。在確定水力負荷的同時應考慮氣候、土壤狀況、滲透系數和植被類型等場地類型，還應考慮接納水體的水質要求，尤其注意由于蒸發、蒸騰的失水量對夏季處理的影響及在干旱地區設計濕地的可行性[7]。在特殊情況下，要求濕地設計達到零排放時，濕地中的水主要通過蒸發、蒸騰、補充地下水或系統內回用等途徑完成，這時水力負荷及水平衡計算是設計時需要重點考慮的問題。

3.4.3 SFS系統的設計[7]

1．濕地床坡度的確定。

在SFS系統中，水流有兩種流態，層流和紊流。當濕地床中所用填料的粒徑不大，污水充滿整個填料縫隙并處于飽和狀態時水流為層流，此時填料床的坡度可用Darcy公式計算[8,10]：

對于其中的滲透系數Ks，到目前為止尚無準確的測定，如果是以礫石為主的濕地床，歐洲人建議取10-3m/s，而美國的經驗認為Ks不宜大于10-4m/s。

一般認為當濕地床中的滲流雷諾數Re大于1～10時，水流變為紊流，此時不宜用Darcy定律來描述了，尤其是當采用的填料粒徑較大時，則需要考慮水流的擾動作用了。此時宜用Ergun公式來描述[8,10]，即：

2．濕地床表面積的確定。濕地的表面積As可用下計算[8]：

式中KT與溫度的關系為。據有關文獻報道和實際試驗，某一特定SFS系統的K20與床

體填料的孔隙率n有關，關系式為，對典型城市污水取K0=1.839d-1，高濃度有機工業廢水

K0=0.198d-1。

英國人Kitkutb推薦用下列公式計算表面積：

。附－符號說明：

Ac，As—濕地床的橫截面積，表面積，m2； Se，So—進水、出水BOD5，mg/L； Q—平均設計流量，m3/d； Ks—滲透系數，m3/(m2·d)；

K20，KT—溫度20℃，T℃時的速率常數，d-1；

Ko—某一填料中植物根系充分發展后的最佳速率常數，d-1； L—濕地床長度，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。濕地床長度通常定為20～50m，過長易造成濕地床中的死區，且使水位難于調節，不利于植物的栽培。床橫截面面積與溫度、有機負荷無關，只受填料的水力學特性影響。在借鑒有關經驗的基礎上人們建議，通過填料橫截面的平均流速Q/Ac以不超過8.6m/d為宜，以避免對填料根莖結構的破壞。

3．濕地床深度的確定。

濕地床的設計深度，一般要根據所栽種的植物種類及其根系的生長深度來確定，以保證濕地床中的必要的好氧條件。對于蘆葦濕地系統，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工業廢水的處理時，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，在運行的初期應適當將水位降低以促進植物根系向填料床的深度方向生長，濕地床的底坡一般在1%或稍大些，最大可達8%，具體應該根據填料性質及濕地尺寸加以確定，如對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各單元的設計參數。

表2 深圳白泥坑人工濕地系統各單元的設計參數 項目 單元 長/ 個數 m

寬/ m

碎石粒徑/ 碎石層厚/ mm

cm

池底坡度/ %

水力負荷/(m3/m3·d)

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

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

第三級 3 30 19

0（停留4天）

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

3.5 進出水系統的布置

濕地床進水系統的設計應盡量保證配水的均勻性，一般采用多孔管或三角堰等。多孔管可設于床面上或埋于床面以下，埋于床面下的缺點是配水調節較為困難。多孔管設于床面上方時，應比床面高出0.5m左右，以防床面淤泥和雜草積累而影響配水。同時應定期清理沉淀物和雜草等，保證系統配水的均勻性。系統的進水流量可通過閥或閘板調節，過多的流量或緊急變化時應有溢流、分流措施。

濕地出水系統的設計可采用溝排、管排、井排等方式，合理的設計應考慮受納水體的特點、濕地系統的布置及場地的原有條件。為有效地控制濕地水位，一般在填料層底部設穿孔集水管，并設置旋轉彎頭和控制閥門。對嚴寒地區，進、出水管的設置須考慮防凍措施，并在系統的必要部位設置控制閥和放空閥。

3.6 濕地的水位控制

通常，濕地進水的水位是不變的，為使污水在床體內以推流式流動，須對床層的水位加以控制。通常，SFS系統對水位的控制有幾點要求：①在系統接納最大設計流量時，濕地進水端不出現雍水，以防發生表面流；②在系統接納最小設計流量時，出水端不出現填料床面的淹沒，以防出現表面流；③為了利于植物的生長，床中水面浸沒植物根系的深度應盡量均勻，并盡量使水面坡度和底坡基本一致[7]。當出水端控制水面時，床堤的底坡選擇對工程造價和水流流態有較大影響。因此，濕地床的底坡應盡可能地與床體的水面線坡度一致，且濕地床的長度不宜過長，過長易增加植物浸沒深度的不均勻性，同時水流易形成大片的死區，將增加出水端水位控制的難度。

3.7 防止地下水污染

為防止濕地系統因滲漏而造成地下水污染，要求在工程時盡量保持原土層，并在原土層上設置防滲層。防滲層的設置方法有多種，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薄膜的損壞，施工時可在塑料薄膜上預鋪一層細砂。存在的問題與研究設想

在我國，人工濕地污水處理技術還處于開發階段，還沒有成熟的設計參數，工業設計也還處于試驗階段，其中存在的很多問題都有待研究和解決。

4.1 存在的問題

人工濕地污水處理技術中存在的問題可以概述如下：

（1）人工濕地的基質種類比較單一，只有土壤、礫石和沙等幾種，難以處理特殊污染物的水體，而且基質中的某些化學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，實際應用中只選用其中的一種或幾種植物，這樣必然影響系統的處理效果。

（3）關于人工濕地去除污染物機理的研究雖然取得了很大的進展，但總體上看還無法為其工藝設計提供有力的理論指導，有待進一步深入，特別是對水體中主要污染物如N、P 元素及重金屬元素的去除機理尚不十分清楚。

（4）污水在人工濕地中運行情況相當復雜，給人們對其水力學特征的研究帶來了很大困難，一些工藝參數只能依據實踐經驗，因而導致了系統水力學設計不合理，出水效果不理想。

（5）目前關于人工濕地污染物降解動力學的研究雖已取得一定進展[11,12]，但采用的模型都是濕地床的靜態宏觀模型，沒有考慮傳質效率，即沒有考慮污染物從液相遷移到生物膜過程中的阻力，難以反映人工濕地的真實情況。（6）人工濕地類型單一，對含特殊污染物或污染負荷比較高的水體難以達到處理效果。

第四篇：人工濕地污水處理技術研究進展

人工濕地污水處理技術研究進展

［摘要］文章對人工濕地污水處理技術國內外研究現狀進行了概述，闡述了人工濕地污水處

理技術主要研究內容及進展，包括人工濕地對污染物的去除機理、去除效率研究，影響人工濕地處理效率的因素研究。根據人工濕地在污水處理中的研究和應用現狀，指出了今后的研究 方向。

［關鍵詞］人工濕地；污水處理；研究進展

［中圖分類號］X52 ［文獻標識碼］C ［文章編號］1002－0624（2011）06－0052－03 濕地是地球上水陸生態系統中獨特的、重要的生物生存環境和最富生物多樣性的自然生態景觀之一。它在抵御洪水、調節徑流、改善氣候、控制污染、美化環境和維護區域生態平衡等方面具有非常重要的作用，被譽為“自然之腎”。國內外研究現狀概述

1953 年，德國Max Planck 研究所的Dr.Kathe Seidel 博士在研究中發現蘆葦能夠去除污水中大量的有機和無機物質，隨后開發出Max—Planck Institute Process 系統。1977 年由 Kickuth 提出了“根區法”(采用栽種蘆葦的水平潛流濕地使有機物降解，硝化反硝化去除N，沉淀去除P)，標志著人工濕地污水處理機理的初步萌芽。與此同時，美國的國家空間技術實驗室研究開發了“厭氧微生物和蘆葦處理污水”復合系統。此后，人工濕地處理污水技術不斷完善，并于20 世紀80，90 年代在歐洲、美國、加拿大、日本等地得到了廣泛的應用。

按照工程設計和水體流態的差異，人工濕地污水處理系統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作填料，造價較低，但水力負荷較低，該類型在美國、加拿大、新西蘭、瑞典等國有較多分布。水平潛流濕地的保濕性較好，對有機物和重金屬等去除效果好，受季節影響小，目前在歐洲、日本應用較多。垂直流濕地綜合了前兩者的特點，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污水處理廠出水，目前已被國內外許多學者或工程技術人員，經過工藝改進或者與其他系統進行組合后用于農業面源污染、城市或公路徑流等非點源污染的治理[2]。此外，最近發達國家已經將重點轉移到利用人工濕地處理特殊工業廢水方面。將人工濕地用于處理特殊工業廢水，這是人工濕地未來發展的一個新特點和趨向[3]。

我國進行濕地處理系統研究較晚，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用正方興未艾。繼天津市環保所建成的我國第一個蘆葦濕地工程之后，1989 年于北京昌平區、1990 年于深圳白泥坑等地建成了濕地處理系統示范工程，效果良好（BOD去除率90%，COD去除率80.47%，SS去除率93%）[4]。1990 年，國家環保局華南環保所與深圳東深供水局建立了人工濕地示范工程，處理規模為3 100m3/d，其出水達到了二級處

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，進行廠外廢水治理，處理后出水灌溉香蕉園，實現了廢水不外排，具有農業生態特征的廢水治理模式，為我國鄉鎮造紙企業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、沈陽市、上海市也在開展積極的設計、規劃工作。研究內容

2.1 人工濕地污染物的去除機理

人工濕地污染物的去除機理研究仍處于起步階段，人工濕地污水處理普遍認同的機理是硝化反硝化去除N，沉淀去除P 的概括性描述，進一步研究難度很大，因為涉及到生物、物理、化學等多個學科，而且難以從微觀角度定量化。

去除機理主要包括微生物、植物、土壤對污染物的去除機理。人工濕地有機物降解的基礎機制是微生物的硝化和反硝化活動，豐富的微生物資源為濕地污水處理系統提供了足夠的分解者。濕地植物對氮的去除主要通過以下途徑：氨的揮發作用、NH4+的陽離子交換作用、吸收、硝化和反硝化作用等。濕地植物對磷化物的處理除作為營養成分吸收外，還可以通過在苗床基質中的吸附、絡合和沉淀反應來去除。濕地土壤對有毒物質的“凈化”機理，主要是通過沉淀作用、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現的。

2.2 人工濕地處理污水的效率

1）對有機物的去除效率。綜合國內外有關學者對人工濕地凈化城市污水的研究數據，在進水濃度較低的情況下，人工濕地對BOD5 的去除率可達85%～95%，對COD 的去除率可達80%，處理出水BOD5 的濃度在10 mg/L 左右，SS 小于20mg/L[5]。

2）對氮的去除效率。廢水中的氮以無機氮和有機氮兩種形式存在，無機氮可以被人工濕地中的植物吸收，合成植物蛋白質，植物的收割對濕地系統除氮有直接貢獻，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中的硝化作用強度。還有研究發現，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 的比值太低時不利于反硝化作用的進行，當比值上升到2.3 時，反硝化率達到最大值。

3)對磷的去除效率。在人工濕地中磷主要是通過基質的吸附、絡合及與Ca，Al，Fe 和土壤顆粒的沉淀反應及泥炭累積，植物的吸收，微生物去除等作用而去除。據資料顯示，人工濕地對各種類型污水中的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不同污染物的去除效率也有差異。水平潛流濕地對BOD，COD 等有機物和重金屬的去除效果較好，垂直流濕地對氮、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合起來的復合濕地，去污效率會進一步提高[7]。

2）濕地植物種類。一般來說，植物的生物量較大、根系比較發達、根系的輸氧能力比較強的話，其凈化能力就比較強[7]。其次，不同的植物對污染物的去除速率也不相同，日本學者對不同的植物去除氮和磷的速率進行了研究。

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

4）濕地中微生物種類和數量。廢水中各類污染物的去除與濕地系統中生長的微生物種類和數量有關，相關系數的大小可以反映某一類微生物對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性，說明人工濕地微生物系統對BOD 和COD 去除率的貢獻；廢水中NH4-N 的去除與硝化細菌和反硝化細菌都有明顯的相關性，說明硝化和反硝化作用是人工濕地系統去除氮的主要方式；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性，這說明微生物不是人工濕地系統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物的數量有明顯的相關性，這說明人工濕地系統中的放線菌和原生動物是去除大腸桿菌的主要作用者[6]。

5）環境因子的影響與管理措施。溫度、水力停留時間、水力負荷、濕地的運行管理等均會對人工濕地的去污效果產生影響。水溫在20～25 ℃時生物去污的效果最好，低于10 ℃時，處理效果會明顯下降。因此，夏天的處理效果會好于冬天[9]。有研究表明，細菌的反硝化作用受溫度影響，在10～30℃范圍內，高溫有利于反硝化。但溫度高于30 ℃，則會對硝化反硝化過程產生抑制作用[7]。也有研究發現，當濕地運作一段時間（如3 年）后，去污效果基本不再受環境因子（如溫度、污水流量等）影響。人工濕地污水處理技術研究展望

1）進一步加強人工濕地處理污水機理的研究。人工濕地處理污水的機理非常復雜，設計的范圍也很廣。目前，雖然有些機理研究已經得到初步的認可，但仍然存在很多問題需要進一步研究，如污水中的有機污染物、無機污染物、金屬污染物的去除過程與機理；根際微生態系統的綜合作用；有機物、無機化合物和金屬離子在濕地系統內的相互作用及其對植物、微生物和土壤的影響等[9]。

2）人工濕地處理農村污水示范研究。人工濕地在解決我國農業面源污染和農村生活污水方面具有獨特的優勢，應加大人工濕地處理農村污水示范研究，探討適合我國國情的農村污水處理方式，并通過集成示范，查找技術中存在的問題，為進一步大范圍推廣打下良好的基礎，3）濕地系統優化運用研究。①加強濕地植物的篩選工作，選擇一些耐污能力強，去污效果好的濕地植物，同時加強多種植物的合理搭配的研究。

②重點研究在提高人工濕地氧化硝化能力的同時如何提高其反硝化能力，解決硝態氮的高效去除問題。③填料的類型直接影響濕地系統的凈化能力，尤其是對磷的去除。加強填料的篩選

和如何防止填料堵塞，是今后應該優先考慮的工作。結語

人工濕地系統是一個完整的人造生態系統，它形成了良好的生態循環，不僅具有較好的污水凈化效果，而且具有較好的生態和經濟效益。目前發達國家已用人工濕地處理各種類型的廢水，發展中國家發展也應大力發展人工濕地技術，在我國該項技術將會得到越來越廣的應用。

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第五篇：人工濕地生活污水處理技術

人工濕地生活污水處理技術

(一)基本概念

人工濕地實質是一個綜合生態系統，主要應用生態系統中各個共生物種的能量和物質循環的再生作用，在促進廢水中污染物良性循環的前提下，充分發揮資源生產潛力，獲得污水處理與資源化的最佳效益，防止污水對環境造成二次污染。

(二)技術原理

人工濕地污水處理技術的原理是通過人工建造和控制來運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的過程中，利用土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用，對污水進行處理的一種技術。其生態系統的作用機理包括吸附、滯留、過濾、沉淀、微生物分解、轉化、氧化還原、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養分吸收及各類動物的其他作用等。

(三)系統分類

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

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

(四)技術特點

人工濕地處理系統同時具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡單、投資少、運行費用低等優點，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易受氣候條件影響，南北差異較大，北方大部分地區冬季溫度較低，難以維持生態系統的正常運行或保證污水處理效果。因此在選用該技術時，要選取合適的植物，并且要充分考慮項目地植物過冬問題。

2.該處理技術適用于農村集中式和分散式污水處理，根據各地土地充裕情況、居住方式和經濟狀況而定。對于居住較為分散、土地寬裕的村莊，可選用分散式處理方式，以戶為單位，充分利用農村零星空地，建設小規模濕地處理系統，可同時滿足凈化污水和美化環境的效果。集中式處理系統，更適宜于居住集中、土地有限的農村，尤其是撤村并鎮和新建的農村社區，各戶將污水通過管網或溝渠排入處理系統集中處理。

3.該技術對于項目地地形條件的要求較為寬松，設計時可因地制宜。

(六)注意事項

采用人工濕地處理技術，主要注意以下幾點：

1.人工濕地處理技術必須做好防滲系統，對于農村地區濕地防滲可采用土工膜或三灰土夯實等簡易實用的方法。

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，在污水處理過程中起著重要作用。濕地植物選取時應因地制宜，綜合考慮植物的以下特征：耐水、根系發達、多年生、耐寒、吸收氮、磷量大、兼顧觀賞性和經濟性、要盡量選擇當地的土著種。目前，常用的有蘆葦、香蒲、菖蒲、美人蕉、風車草、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，應做好防凍措施，在夏季應做好遮陽防曬。總之，要根據實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，需要通過控制濕地的水位，促使植物根莖向下生長。

5.做好日常護理防止其他雜草滋生并及時清除枯枝落葉，防止腐爛污染。

6.對不耐寒的植物在冬季來臨之前要做好防凍措施或及時收割。