人工湿地处理技术及其应用实例

人工湿地处理技术及其应用实例

摘 要

介绍了人工湿地的分类和特点，着重介绍了人工湿地污水处理技术在处理各种污水中的应用，并对这一工艺的实际应用前景进行了展望。

关键词

人工湿地 污水处理 实际应用

1．人工湿地的类型和特点

人工湿地根据湿地中主要植物形式可以分为：浮生植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统。人工湿地系统根据水流的形式可建成*表面流湿地、潜流人工湿地和垂直流人工湿地。

1．1*表面流湿地。

它与自然湿地极为相似，污水以较慢的速度流过，绝大部分有机物的去除是由生长在水下的植物茎、杆上的生物膜来完成的。湿地中的氧主要是来源于水面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用。它的优点在于投资少、操作简单、运行费用低。但其缺点是负荷小、处理效果差，且系统的运行受气候影响较大，冬季寒冷地区表层易结冰，夏季有滋生蚊蝇，产生臭味的现象。

1．2潜流人工湿地。

污水从一端水平流过填料床中的填料，这样系统可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截流等作用，提高处理效果和处理能力。氧主要源于植物根系传输。其优点是水力负荷与污染负荷较大，对ＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ及重金属等处理效果好；且由于水流在地表下流动保温性能好，处理效果受气温影响较小，卫生条件好，很少有恶臭和滋生蚊蝇的现象；其缺点主要是控制相对复杂。

1．3垂直流人工湿地。

污水从湿地表面纵向流入填料床底，床体处于不饱和状态。氧气主要源于大气扩散和植物根系传输。其优点是硝化能力强，适合处理氨氮含量高的污水；缺点是处理有机物能力欠佳，建造要求高，控制复杂，落水、淹水时间长，夏季易滋生蚊蝇。

2．人工湿地在处理各类型污水中的实际应用

2．1生活污水处理人工湿地

Ｖｅｒｍｏｎｔｖｉｌｌｅ是位于美国密歇根州兰辛西北部40ｋｍ的一个乡村社区，因没有经济能力建设物理——化学法污水处理厂，Ｖｅｒｍｏｎｔｖｉｌｌｅ对它的兼性塘进行了改造，运行情况良好。Ｖｅｒｍｏｎｔｖｉｌｌｅ的生活污水处理系统包括两个面积为4．4ｈｍ2的兼性稳定塘，气候是4块建在砂质黏土上、四周筑有堤坝的面积为4．6ｈｍ2的漫灌田。这个处理系统建在一个小山上。兼性稳定塘建在最高处，漫灌田位于高度递降坡地上。漫灌田几乎长满了自生自长的挺水植物，主要是香蒲。这个处理系统的设计流量是380ｍ3／ｄ，设计服务年限是20年。目前已经成功运行了25年。

Ｖｅｒｍｏｎｔｖｉｌｌｅ的运行维护管理所需的费用非常少，1990年为4200美元，其中的3400美元用于劳动力和土地。在末级的湿地中的植物和相对较小的表面溢流出水构成了一个既定的系统，它非常经济地处理了污水，并使其具有野生生物资源价值。

2．2雨水处理人工湿地

坦帕市的Ｈｉｄｄｅｎ Ｒｉｖｅｒ雨水湿地处理系统，包括两个总面积为750ｍ2的人工进水池，一个面积为1．21ｈｍ2的天然草质湿地。这个湿地系统的汇水区域为6．2ｈｍ2，汇水区域面积：湿地面积＝4．8：1。

在该雨水处理湿地研究过程中，人们在Ｈｉｄｄｅｎ Ｒｉｖｅｒ湿地上发现了40种湿地植物，其中主要的品种有雨久花（Ｐｏｎｔｅｄｅｒｉａ ｃａｒｄａｔａ）和芳香睡莲（Ｎｙｍｐｈａｅａ ｏｄｏｒａｔａ），共收集了81场降雨的有关数据。全部降雨的平均强度为1．5ｃｍ／次，这81场降雨的平均强度为2．9ｃｍ／次。这81场降雨的平均间隔期为9．9Ｄ，平均降雨历时为3．04ｈ。在29个月的监测期间，湿地的平均进水量为136ｍ3／ｄ，平均出水量为52．4ｍ3／ｄ，平均进水水力负荷为1．06ｃｍ／ｄ。Ｈｉｄｄｅｎ Ｒｉｖｅｒ雨水湿地处理系统的进水浓度都比较低，对氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、磷、总悬浮物浓度、重金属（锌铜镉铅）的去除效率都比较高，湿地中地下水的损失是造成许多可测污染物得到去除的原因，湿地对钠锰镁铁和氯化物都没有去除作用。

2．3化工废水处理人工湿地

Ｃｈｅｖｒｏｎ Ｒｉｃｈｍｏｎｄ炼油厂湿地于1989年开始运行，已经很好地发挥了多种作用，包括污水的净化、雨水储存、给各种水禽和岸禽类提供栖息地和提供此湿地的设计运行数据。从1989年～1992年，每年都对湿地中的植物和沉淀物质进行取样检测，已确认是否有重金属的积累。鸟类从此就开始在湿地上生活繁殖。

Ｃｈｅｖｒｏｎ Ｒｉｃｈｍｏｎｄ炼油厂湿地稳定运行的最关键因素在于控制污水负荷。恰当的运行管理是优化稳定运行、提高出水水质和能够提供生物栖息地的关键。事实证明，湿地不仅能够对污水净化，而且为无数的水禽提供了很有价值的栖息地。

2．4农业废水处理人工湿地

德国用人工湿地处理一个养猪场的废水，该养猪场每年养猪55000头，目前这个场的高浓度养猪废水及固体废物都放入两座厌氧消化池进行厌氧处理，产生的生物气用于附近的城镇做燃气，消化污泥送到农田上做肥料。建成的0．25ｈｍ2共12块芦苇床湿地，往其上投放该场25％的污水和污泥浆。这种废水含有高浓度的氨氮和硝酸盐（先在塘中进行了预处理），芦苇床的处理效果如下：

2．5垃圾渗滤液处理人工湿地

Ｉｓａｎｔｉ—Ｃｈｉｓａｇｏ垃圾卫生填埋场位于美国明尼苏达州堪布里奇市附近，是一个无衬里的城市固体垃圾填埋场，于1992年竣工。可溶性废物的渗滤液中有毒的有机化合物和重金属已经对地表水和深层地下水层造成了污染。

所采用的工艺要求是一种自然的工程，以重力排水，利用太阳能和风能，利用自然的生物、化学、物理的相互作用。这个工艺的主体是一块0．6ｈｍ2的ＦＷＳ型人工湿地。湿地是土质结构，有聚丙烯衬里。人工湿地的出水排入一个借用的深塘里，这个深塘经过修整，可以使处理后的水通过渗透作用进入地表含水层，预先就已抽出此含水层中被污染的水。经过第一个季节的处理后，运行结果表明，挥发性有机化合物（ＶＯＣｓ）的去除率在85％～100％之间，铁的去除率在95％～99％之间，重金属也得到了不同程度的去除。这个简单的、天然的系统，正像预期的那样，运行管理要求非常低。

2．6污泥脱水人工湿地

用种植普通芦苇的垂直流人工湿地，就可以减少城市污水处理中产生的污泥处理、脱水和处置费用。而许多在19世纪60年代和70年代建造的小型工业废水和城市污水处理厂都建有污泥干化床，只需对这些干化床略加修改，就可以将其作为污泥脱水和干化的湿地。

芦苇在消化污泥中能茁壮成长，并且有利于污泥的脱水和稳定化，它的根系可以贯穿湿地上部的上层和污泥储存层。植物把氧气带到根部，可以使周围的许多微生物得以生存，这些细菌以污泥中的有机物质为养料。污泥中的营养物质可以使植物生长得很茂盛。从床底部刚长出的芦苇在初春时，只有小嫩枝一般大，但是仅过了三个月就可以长到2～3ｍ高。植物的根系也可使沙层和砾石层间的空隙保持畅通，从而保证湿地床的重力排水能顺利进行。芦苇需要大量的水来通过绿叶组织进行蒸腾作用。

污泥中的生物固体通常可减少90％。最后固体污泥中的金属浓度可提高50％～150％。但是，湿地散发的臭气是一个大问题，尤其是在北方春季的暖和时节。

3．结论

人工湿地是一种由人工建造和监督控制的，与沼泽地类似的地面，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用。它具有处理效果好（ＣＯＤ 的去除率约60 ％～80 ％） 、氮磷去除能力强（ ＴＮ 和ＴＰ 的去除率分别为60％和80％） 、运转维护及管理方便、工程基建和运转费用低以及对于负荷变化适应能力强等主要特点，比较适合于技术管理水平不高、规模较小的城镇或乡村的污水处理使用。

参考文献

［1］ 张丽等． 人工湿地污水处理技术综述［Ｊ］．山西建筑，2007，33（28）：204～205

［2］ 王宝贞， 王琳． 水污染治理新技术［Ｍ］．北京：科学出版社，2004：227～228