摘要:人工濕地作為一種新型的污水處理系統(tǒng),具有眾多的優(yōu)點。分析了人工濕地的特點、組成、分類及運行機理,總結了人工濕地系統(tǒng)在我國污水處理中應用的發(fā)展歷史及優(yōu)勢,結合有關工程實例,得出國內應用濕地污水處理存在的問題,最后對人工濕地污水處理系統(tǒng)在我國的應用及前景做了展望。

關鍵詞:人工濕地,污水處理,水資源,景觀水

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(yǎng)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(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(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,固態(tài)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(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),氧可通過大氣擴散和植物傳輸進入人工濕地系統(tǒng),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(tǒng)的特點

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

據(jù)現(xiàn)有資料分析， 濕地處理系統(tǒng)不僅可處理以耗氧有機物和氮、磷等營養(yǎng)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(qū)冬季易結冰。

2 我國人工濕地污水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 應用現(xiàn)狀

近年來， 我國在人工濕地的技術開發(fā)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(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(huán)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(tǒng)采用潛流式植物碎石體和兼性穩(wěn)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(chǎn)，處理規(guī)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(tǒng)的設計、規(guī)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(yè)面源污染、垃圾場滲濾液、富營養(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， 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(yōu)勢

2.2.1 面源污染的控制

長期以來， 村鎮(zhèn)與社區(qū)的污水處理沒有受到應有的重視。據(jù)統(tǒng)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(tǒng)應用于面源污染控制。

2.2.2 城市污水處理的經(jīng)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(guī)模的收集管網(wǎng)， 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(yǎng)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(wǎng)，而且其建造費用可由開發(fā)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(tǒng)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(tài)環(huán)境的建設。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， 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、環(huán)境和經(jīng)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(yōu)勢，便是經(jīng)過人工濕地系統(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。在農村地區(qū)，可以利用凈化后的污水用于當?shù)剞r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)生物質能源的植物，具有很大的經(jīng)濟潛力。目前，多數(shù)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(tǒng)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(jīng)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(fā)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(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荷，同時也使得有機負荷的區(qū)域分配不均，降低了處理效果。
③水生動植物對處理系統(tǒng)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(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)生化二級處理，單位污水處理用地明顯較大，特別是我國大部分地區(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)的應用更受影響。

2.3.3 氣候條件的制約

我國南方地區(qū)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(tǒng)。而在北方地區(qū)，氣溫則是影響構建濕地運行的最重要因素， 系統(tǒng)的處理效率最低或者甚至為零。

2.3.4 缺乏相關的數(shù)據(jù)和統(tǒng)一規(guī)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(tǒng)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(shù)據(jù)和資料，目前還沒有系統(tǒng)的統(tǒng)計和整理，長期運行系統(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)，今后應該從以下幾個方面尋求新的突破。

3.1 建立人工濕地數(shù)據(jù)庫

由于各地的氣候條件, 濕地規(guī)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(tǒng)一的設計和運行參數(shù)。因此，建立必要的數(shù)據(jù)庫，有助于濕地系統(tǒng)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(jīng)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(xiàn)有的模型基本為一些經(jīng)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(tǒng)污水處理技術引入人工濕地。除了對現(xiàn)有的人工濕地系統(tǒng)進行研究以改良和優(yōu)化工程設計參數(shù)外， 對系統(tǒng)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?shù)牟僮鞣绞?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(tǒng)的綜合效益等。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關技術文檔。

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(fā)合適的經(jīng)濟的生物質能的利用技術，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，可增加一定的經(jīng)濟效益。（山東省水利勘測設計院）