人工湿地系统污水处理应用研究

1、洛阳理工学院 环境工程与化学系 杨波 B09070321本科毕业论文（论文）题目 人工湿地系统污水处理应用研究 学生姓名 杨波 专业名称 环境工程 指导教师 姚珺 2013 年 5月 20日人工湿地系统污水处理应用研究杨波（洛阳理工学院 环境工程与化学系，河南 洛阳 471023）摘 要：人工湿地污水处理技术是一个完整的系统，在国内外正不断得到研究发展，具有投资低、出水水质好、抗冲击力强、增加绿地面积、改善和美化生态环境、操作简单、维护和运行费用低廉等优点。本文系统的介绍了人工湿地污水处理技术的概念、分类、结构、功能、在国内外研究应用现状及其成果。这项技术较适宜我国国情，适用于农村及中小型城市

2、的污水处理，具有很强的发展前景。因此，研究人工湿地污水处理技术已是十分迫切与必要的。关键词：人工湿地 污水处理 污染物去除 表面流湿地 潜流湿地 垂直流人工湿地 硝化反硝化强度Artificial wetland water treatment technology progressYangboAbstract: the artificial wetland sewage treatment technology is a complete system at home and abroad, are constantly get research and development, and h

3、as low investment, outlet water quality, good resistance to impact of strong, increase green area, improve and beautify the ecological environment, simple operation, maintenance and operation cost is low wait for an advantage. This paper systematically introduces the artificial wetland sewage treatm

4、ent technology of the concept, classification and structure, function, at home and abroad, research and application status and achievements. This technique is suitable to China's national conditions, suitable for rural and small and medium-sized city sewage disposal, and has a strong development

5、 prospects. Therefore, the artificial wetland sewage treatment technology is already very urgent and necessary.Keywords: artificial wetland sewage treatment pollutants removing surface flow wetland vertical flow artificial wetland22目 录1 、综述12、人工湿地的国内外现状13、人工湿地的概念24、人工湿地的分类35、人工湿地的构成66、人工湿地的处理机理77、人工

6、湿地在我国的应用及发展118、环境因子对人工湿地的影响149、人工湿地维护1510、人工湿地优点与缺点1511、对人工湿地的展望18参 考 文 献20谢辞221 、综述 湿地指天然或人工形成的沼泽地等带有静止或流动水体的成片浅水区，还包括在低潮时水深不超过6米的水域。人工湿地，就是指人为影响、施工形成的湿地系统。无论人工或天然，湿地都具有其极其强大的生态功能，还具有相同的特点其表面常年或经常覆盖着水或充满了水，是介于陆地和水体之间的过渡带，其中生长着许多挺水、浮水和沉水植物。这些植物能够在其组织中吸附金属及一些有害物质，很多植物还能参与解毒过程，对污染物质进行吸收、代谢、分解，实现水体净化。所

7、以湿地经常被称作“天然污水处理器”而且这个“天然污水处理器”几乎不需要添加化石燃料和化学药品。目前全世界至少有数千个人工与自然湿地用于污水处理， 每个面积从不足200平方到4000ha不等。 人工湿地发展起于20世纪七八十年代， 兴起于荷兰、丹麦、英国等国家，80年代从欧洲到美洲、澳洲等地区和国家都广泛开展了这方面的研究工作。属于一种新型的污水处理技术，它的优点在于投资低、抗冲击能力强、出水水质好、操作简单、增加绿地面积、维护和运行费用低廉、改善和美化生态环境。并且，它能够有效地处理多种多样的废水，如生活污水、工业废水、垃圾渗滤液、地面径流雨水、合流制下水道暴雨溢流水等。 不过，由于污水中的有

8、毒物质和病菌是否会对湿地造成严重危害， 特别是对生物多样性带来损害？ 长期高负荷地承载污水是否会导致湿地功能退化，甚至导致湿地本身的消亡？并且，湿地的地理要求，有时可能会在一些比较偏远的地区，特别对都市的废水处理往往起不到很好的作用。是否该用天然湿地处理污水一直是一个争议的话题，但是天然湿地总体上具有高效或强大的污水处理能力，因此为了保护天然湿地，也为了处理操作的方便，用于污水净化的人工湿地便应运而生了。2、人工湿地的国内外现状 人工湿地发展起于20世纪七八十年代，自西德1974年首次建造人工湿地以来，各种不同类型的湿地被用来处理不同类型的污水。1996年9月在奥地利维也纳召开人工湿地有关的研

9、讨会，表明人工湿地污水处理技术已经进入水污染控制行列。现在,在美国有很多人工湿地用来处理生活用水，市政用水，农业用水及特殊的工业用水;在丹麦、德国、英国各国也有大量的人工湿地系统在运行 ,而且在特殊废水方面取得了突破性的进展，为后来其他国家在湿地方面的发展起到指引作用 。我国在此方面的研究较晚，直到“七五”期间才有了一定的规模，但主要还是理论性方面的研究，大致落后发达国家十余年，应用上也相对滞后，应用实例较少。1900年7月，国家环保总局华南环保所在深圳建造的白泥坑人工湿地工程，可以看作首次实践，处理效果良好（BOD去除率90%，COD去除率80.47%，SS去除率93%）。值得欣慰的事，目前

10、我国少数城市已经开始着手应用工作。2002年，我国沿海大部分城市开始着手建立大型的人工湿地，而且到现在处理的效果还非常的好。最近美国、澳大利亚及欧洲各国都编制了人工湿地设计指南，设计方法多采用一级推流动力学模型，但由于影响人工湿地的因素较复杂，故各国出版的设计指南的相关动力学参数值也差异较大。全球目前已拥有英国和北美两大人工湿地数据库，里面有关于大概2000多座人工湿地的设计、运行和建造情况的数据，有较大的参考价值。包括我国在内，很多发展中国家对人工湿地的应用发展迟缓，主要原因是缺乏相应的设计指南和规范标准，故设计出来的人工湿地问题很大，效果也不理想，因此很多专家认为人工湿地不适合中国。然而，

11、事实证明，人工湿地在世界范围内具有广泛的适用性。从热带的坦桑利亚到寒冷的挪威，大量人工湿地都已成功得到工程化应用，运行效果也较稳定。因此，编辑人工湿地设计规范并建立数据库能够扩大人工湿地在我国广泛的应用。3、人工湿地的概念人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水在湿地流动的过程中，由于土壤，、基质、植物、微生物及动物的物理化学及生化作用，对各种废水，污水及污泥的一种有效的处理技术。其中包括多种物理化学机理如吸收，过滤，离子交换，微生物的吸附分解和转化及动物的作用。它是较复杂的生态系统，它应用到生态系统中物种共生、能量流动，物质循环再

12、生机理，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。人工湿地去除的污染物种类极多，包括N , P , SS , 有机物，微量元素，病原体等。有关实验结果表明，在污水进水浓度较低情况下，人工湿地对BOD5的去除率可达8595，COD去除率可达80以上，处理出水中BOD5的浓度在10mg/l左右，SS小于20mg/l。废水中大部分有机物作为异养微生物的有机养分，最终被转化为微生物体及CO2 , H2O。人工湿地面积要根据污水的处理量，可以建在郊区，污水处理厂出水的附近建造也是可行的。有一些人工湿地属于前处理，有些地方还不具备建造污

13、水处理厂的地方，将生活污水排入，利用所种动植物及微生物对其进行处理，然后再排入自然水系当中，用于保护水体不被污染；还有些湿地属于加强型，在污水处理厂附近建造人工湿地，当污水处理厂的水不能达标排放时，可将水引入到人工湿地，再经过人工湿地的加强处理，提高其出水水质，然后排入天然水体当中，作为其补充水源。人工湿地是一种为处理污水而利用工程手段模拟自然湿地系统建造的构筑物, 在构筑物中随着高度的不同选择不同大小填料( 如碎石、砂子、泥炭等)，水力坡降及填料级配往往影响池底坡降及填料表面坡降, 一般选择1%8%之间比较合适。要在填料表层种植处理性能好，生长周期长，美观，成活率高及具有经济价值的植物 (如

14、美人蕉) 4、人工湿地的分类 人工湿地污水处理技术经过多年的发展和研究，根据湿地中主要植物形式将人工湿地划分为：1、浮游植物系统; 2、挺水植物系统；3、沉水植物系统。其中沉水植物系统还处于实验室研究阶段，其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的精处理。浮游植物主要用于N , P去除和提高传统稳定塘效率。目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。国内外学者从工程设计的角度出发，按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式不同将人工湿地处理系统划分为以下几种类型：表面流湿地处理系统；潜流湿地处理系统；垂直流地处理系统。 4.1 表面流湿地( Surface Flow Constructed We

15、tland) ,是一种污水从湿地表面漫流而过的长方形构筑物, 结构简单, 工程造价低; 但由于污水在填料表面漫流, 易滋生蚊蝇, 对周围环境会产生不良影响, 而且其处理效率较低。污水从湿地表面流过，如图1所示。在流动的过程中废水得到净化。水深一般0.30.5米，水流呈推流式前进。污水从入口以一定速度缓慢流过湿地表面，部分污水或蒸发或渗入地下。近水面部分为好氧生物区，较深部分及底部通常为厌氧生物区。表面流人工湿地中氧的来源主要靠水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用。但是由于传输能力十分有限，故人工湿地大部分采用潜流式湿地系统。图1表面流人工湿地示意图 4.2 潜流湿地( Subsurfa

16、ce Constructed Flow Wetland) ,污水在填料缝隙之间渗流,可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其他作用处理污水, 出水水质好。由于水平面在覆盖土层或细砂层以下, 卫生条件较好, 故被广泛采用。潜流式湿地一般由两级湿地串联，处理单元并联组成。与表面流人工湿地相比，水平潜流人工湿地的水力负荷大，对BOD、COD、TSS、TP、TN、藻类、石油类等有显著的去除效率。潜流湿地一般设计成有一定底面坡降的、长宽比大于3 且长大于20 m 的构筑物, 污水流程较长, 有利于硝化和反硝化作用的发生, 脱氮效果较好。或方形构筑物, 污水的流程较短, 反硝化作用较弱, 且工程技术要求较

17、高。由于垂直流湿地可方便地采用工程手段来改善系统的供氧状况, 提高布水均匀性, 营造更加有利于硝化和反硝化发生的系统环境, 故越来越受到人们的重视。 4.3 垂直流湿地(Vertical Flow Constructed Wetland),污水沿垂直方向流动, 氧供应能力较强, 硝化作用较充分, 占地面积较小, 可实现较大的水力负荷长期运行。垂直潜流人工湿地的硝化能力高于水平潜流人工湿地，对于氨氮含量较高的污水废水有较好的处理效果。垂直流湿地一般设计成高约1 m 左右的圆形或方形构筑物如图2 所示，污水的流程较短, 反硝化作用较弱, 且工程技术要求较高。由于垂直流湿地可方便地采用工程手段来改善

18、系统的供氧状况, 提高布水均匀性, 营造更加有利于硝化和反硝化发生的系统环境。垂直流湿地的缺点是对于污水中的有机物的处理能力不足，控制相对复杂，夏季有滋生蚊蝇的现象。图2垂直流人工湿地示意图复合流式潜流人工湿地（Composite streaming undercurrents artificial wetland）沈阳环境科学研究院的专有及专利技术复合流式潜流人工湿地技术(以水平流为主与上升式垂直流结合)，示意图如图2。与其它类型人工湿地相比，复合流式潜流人工湿地的水力负荷大，对BOD5、CODCr、SS、氮磷等污染指标的去除效果好，而且没有恶臭和孳生蚊蝇现象，特别是能有效解决北方寒冷地区的

19、冬季运行问题，同时解决了湿地项目的尖端难题，即通过设置倒膜系统、各种级配的填料，解决湿地的堵塞问题。5人工湿地的构成 人工湿地是由填料、植物、微生物、藻类等几种基本成分构成的。5.1 填料 目前人工湿地所应用的填料一般为砂、土壤、砾石等，主要被用来构成湿地的滤床，是承载植物的载体，是湿地构成中最主要的部分。它不仅可以为植物的生长提供基质还可以吸附、过滤其中的部分有机污染物1。5.2 植物 植物在湿地中是非常重要的去污组成，根生长在填料层里面，可以通过自身的生长和繁殖，消耗掉大量污染物，并且还可以通过植物的光合作用为湿地填料中附着生长的微生物提供氧气。 湿地的植物通常选择具有特定功能的水生草本植

20、物，通常有以下特点：有较好耐污能力，有较好处理污水的能力，极易成活；枝叶茂盛，要有发达的根系，有极强输氧能力，生长周期长；抗冻，抗热，不易发生病虫害；非常容易管理与维护；比较常见的人工湿地植物有：芦苇、美人蕉。凤眼莲、香蒲、菖蒲等24。 湿地草本植物可通过吸收移走大量养分，虽然它们对BOD和TSS的去除效率不理想5。所以，如果能收割草本植物（芦苇）成熟的茎叶就可保证污水中的养分被持续有效的移走。但目前大规模应用持续收获法去除污水养分与有毒物质的做法还不很成功，主要是受经费、持续性和收获物处理（防止二次污染）等条件的影响；而且草本植物从水体中所吸收的重金属含量也只能占极小部分（分别为1%和2%）

21、，有些条件甚至低于0.1%并且被吸收的量大部分还聚集在根内6。 湿地植被也影响水的运动，不同植物密度和生活类型都会影响水流的速度，从而影响到处理效果。此外，植物根系还会为微生物的活动提供生活空间，植物根系表面也可以吸收一些重金属及沉淀物。有些植物的根系还能分泌有机物可以杀死污水中的大肠杆菌和病原菌等微生物7。 通常来说植物对污水处理有多重作用，一般来说可分为直接净化作用和间接净化作用。直接净化作用主要是指植物通过自身的作用直接去除污水中的污染物（对无机质的吸收，对重金属的吸附等等）；间接净化作用是指植物能为湿地系统其他活动去除污水中废物提供条件和场所（如向水中提供氧气、为微生物活动提供场所等）

22、8。5.3 微生物 微生物在湿地养分的生物地球化学循环过程中主要起起主导作用，它们将水中的有机物分解成无机物从中获得能量和自身的组成元素。同时对水中的重金属有吸附和降解的作用，它是污水处理的主体。有着极其重要的作用。 微生物的生物量可以把它作为一个湿地生态系统中土壤物理化学特征标志，养分含量变化以及有机质积累与分解的一个有效反应参数。湿地中附着生长的微生物种类多种多样，存在着好氧、厌氧、兼氧型不同呼吸类型的微生物，这能够处理不同性质的污水，同时也具有极其高的效率1。5.4 藻类 湿地中存在着大量的藻类，而且种类也很繁多，填料层的高度的不同藻类的种类分布也不相同，有时还成为湿地生态系统中生物量的

23、主要组成成分。不同的性质污水选择不同的藻类，所以，其数量的变化也可直接反映出污水水质成分的变化。 尽管藻类体内的元素组成的含量很低，然而它们在在处理污水方面也起着非常重要的作用。另外，藻类有较短的生长周期，因此当污水有较高浓度的污染物时可起到短期吸收固定然后再缓慢释放与循环的过程。丝状藻类影响着湿地水体的DO与CO2浓度及其日变化，它能使水体中PH值在白天比在晚上要高出23个PH单位。水体中这种DO，CO2和PH的剧烈日改变不仅影响水体的化学变化，而且还会影响植物的生长和植物对污染物的作用7。6人工湿地污水处理机理6.1 植物的去污机理 植物在植物去污过程中起着举足轻重的作用。一般为生长快、生

24、物量大、吸收能力强的草本植物8。在通过吸收移走养分的能力方面，挺水植物被普遍认为没有水葫芦这类漂浮植物效果好，因为后者往往有极快的繁殖速度，且根系直接从水体中吸收养分与元素，并对悬浮颗粒产生过滤与吸附效果9。但一般来说，植物通过吸收带走的养分与金属量通常情况下只能占污水中总量的极其小的一部分10，而且被吸收的量大部分还聚积在植物根内11。例如在柏木属湿地系统中，植物体内所包含的N 和P 量分别仅占污水中各自总量的20 和1 % 12。但对草本植被来说情形就可能完全不同。例如，有芦苇存在时，湿地对NH4-N 的去除率接近100 % ，而无芦苇时，仅为40一75 % 13 ; Thut14也发现湿

25、地植被可以减缓水流速度，当有毒物质和和重金属流经湿时速度的减缓，有利于污染物的沉淀和消除。此外，有一些湿地植物还能吸收有毒物质，将其保存在体内或土壤之中，可以净化下游的水源，又通过物质循环为其他生物提供养分。但当前大规模应用连续收割法去除污水养分与有毒物质的做法还不很现实，主要是受资源、可靠性和收获物处置（防止二次污染）等因子的限制16；并且水中植物所吸纳的重金属含量（如Fe 和Mn ）也只能占到水体中的很小部分（分别为l 和2 % ) ，有的甚至还低于0.117。湿地植物有适应土壤缺氧条件的结构与特性，像发达的通气细胞组织，并且可占到植物体积的60 % - 70 % ，以便于O2 在植物体内

26、运输并传送到根部，这不仅可提供植物在无氧环境中的呼吸需求，还可以有利于根区的氧化还原反应与好气微生物的生活18。湿地植被还影响到水体的流动，植物密度与生活类型都会影响到植物减慢水体流动的速度，进而带来悬浮颗粒吸附与沉降的不相同7 。此外植物还可以为微生物的生活活动提供巨大的物理表面，植物根系的表面也是重金属和一些有机物沉积的地方13.。有些植物（如芦苇）的根系分泌有机物还能杀死污水中的大肠杆菌和病源菌等细菌18。6.2 土壤的净化机理土壤是湿地的基础与载体，其去污过程来自离子交换、专性与非专性吸附、鳌合作用、沉降反应等化学反应。其实，土壤对污水中P 和重金属的去除作用主要就是通过以上化学反应来

27、实现的，其反应产物最终吸附或聚集在土体内，所以使土体内这些元素的含量快速上升，过了几年可以达到入水浓度的10-10000倍以上11。植物根系可以保持或改变土壤的物理结构、化学成分等，对优化、改善土壤，保持地球土壤圈的天然、正常环境，有着无可替代的重要作用，土体内无机与有机成分对金属的强烈固持很可能是土壤具有强大聚积能力的原因20 。土壤吸附金属的量在表层深10cm 的范围内不会随深度增加而有明显下降，也就是说，从地表往下至少深10cm的土层的吸附能力是基本一致的11。可以说，土壤的所有理化性状都可能影响到它对污水的处理效果，其中最重要的影响因子之一要数氧化还原电位Eh 21。湿地的一个重要特征

28、是存在好氧与厌氧界面，从而使土体内的Eh 变幅高达1000mV（-300700 mV ) ，而旱地土壤的Eh 通常只在400700 mV 范围内变化 22。这意味着湿地土壤能发生比旱地土壤多得多的氧化还原反应，如有机化合物的降解反应，金属氧化物的还原反应，硝化一反硝化反应，产沼反应（CO32或CO2被还原成CH4 ）等23。土壤中无机磷等元素有效性与溶解状态也明显受Eh高低的影响2。此外，土壤（EH）还会通过影响植物或微生物生长和代谢来间接影响湿地的去污效果24 。6.3 微生物与藻类的净化机理微生物在湿地养分的生物地球化学循环过程中往往起核心作用，湿地中的微生物是其生态系统中的最要组成部分在

29、净化污染物方面发挥着重要作用，污水中有机物的降解和转化主要是湿地微生物活动来完成的 25。微生物的多少可把它作为一个湿地生态系统中土壤物理化学特征，养分含量变化和有机质积累与分解的一个重要反映指标13。例如，早在1954 年Van Heuvelen 和Svore 就了解好氧与厌氧细菌能够将水中的有机物分解掉，藻类可以利用废水中的成分。甲烷菌能将碳酸盐转变成甲烷气体，等等16。以上这些全是湿地中的重要生化反应。真菌主要在植物根表面形成菌根吸收营养11。相关研究表明，湿地植物根区的细菌总数与BOD5去除率之间存在显著相关性。藻类有时也是湿地生态系统中生物量的重要组成成员，尽管藻类体内的元素组成的含

30、量有限，然而它们在贮藏和转移养分方面有时也能起着极其重要的作用。另外，藻类有较快的周转速率，因此当污水有较高养分时可起到较短时间吸收固定然后再随后缓慢释放与循环的过程。6.4 处理湿地的综合作用机理 实际上湿地之所以能够去除污染物，除了湿地中的植物、土壤和微生物等成分的各自作用外，其实主要还是这些成分的相互作用，造就了湿地具有巨大的净化功能。 湿地的土壤支撑着所有湿地动植物与微生物的生命活动，土壤的任何状况发生改变都可能影响到生物的生长发育及其对污染物的净化的作用，从而有了不同的净化效果。正如Guntenspergen等25所指出：“目前对根际微生态系统的化学过程还不很清楚，但可以肯定的是，这

31、些过程都是有利于污水净化的”。湿地的由于基质，植物微生物的存在使其具有强大的吸附功能，能够降解和除去水中的污染物。能够让污染物转化为资源这包含着极其复杂生物群落与自然环境间的相互作用的过程。包括物理，化学生物三方面的作用。生物作用是湿地环境净化功能的主要方式。土壤中各种元素的循环与转化都与微生物作用密切相关，而程又受土壤Eh 与pH 的强烈影响这些微生物这些过程。微生物的数量随着土壤Eh 的降低而降低，导致土壤酶的活性与有机碳，P 和N 的矿化反应也跟着降低，它们之间有这非常显著的关联性12。当然，污染物自身的降解、沉淀、挥发等过程都能降低自身的浓度，进而使污水得到一定程度净化。并且这些物理化

32、学反应在有植物存在时往往会变得更激烈，因为植物根部的分泌物常常能加快这些反应的进行，而且植物根系还为这些反应的发生提供物理支撑点12.13。pH 影响土壤微生物的活动，而且土壤PH的升降又直接影响到养分的有效状态和重金属对生物的毒性22。如前所说湿地土壤Eh有-300+700 mV 之间变化时该变化至少受3 方面因素的影响，一是水文条件影响，二是电子受体的存在与否，三是植物将O2 向根区的运输作用。运转和养分循土壤中电子受体的有效性和氧化还原条件与湿地中有机质的运转和养分循环有着密切关系。因为氧气的扩散作用，即便在淹水情况下，土体和水体内也会存在不同程度的有氧环境，从而让氧化还原反应能在湿地内

33、连续发生。同时一些反应反过来影响土壤酸碱度的改变，例如湿地土壤内时常发生的Fe3+和H2S 之间的氧化还原反应。 8Fe3+H2S+4H2O=8Fe2+SO42-+10H+这就使土壤和水体的pH降低，如果不采取一定的措施（如施用石灰等）中和酸度，湿地的净化效果就会受到非常大的影响。由此可知，湿地处理污水的能力是湿地中植物、土壤、微生物甚至动物等组成成分和诸多环境因素综合影响的结果，这些组分之间以及组分与环境因子之间相互作用，相互促进，同时也相互制约，这构成了湿地的强大净化功能。7、人工湿地在我国的应用与发展 7.1人工湿地在我国的应用实例 1990年7月在深圳建起我国第一个人工湿地污水处理工程

34、白泥坑人工湿地处理系统。白泥坑人工湿地污水处理系统位于深圳市宝安县百泥坑村南500m处。水系沿山角流向海湾属海洋性气候。占地面积189亩，日处理量3100m3/d废水。其处理流程见图3：图3处理流程人工湿地及氧化塘系统各单元的设计参数见表1：(2)表1 深圳百泥坑人工湿地系统各单元的设计参数项目单元数长(m)宽(m)碎石粒径(mm)碎石层厚(cm)池底坡度 (%)水力负荷(m3/m2.d)第一级第二级第三级第四级3233424730311112.518.51919105010305104010050120150(水深)60-1001,1.5,2.02.0,3.000.5,1.0,1.095.4

35、95.4(停留一天)100.7经过近两年的试验运转,出水效果较好。除氨氮指标效果不明显外;其余指标均能达到国家规定的二级处理排放标准。该工程无动力消耗,管理较方便,除每月作一次水质监测外,平时无需其它管理。从外观看,进水水质略显浑浊,但无色无臭,是一个村镇排出的生活污水及少量村办企业的废水汇合而成。其运行费用为0.02元/m3仅为传统活性污泥法的10。深圳百泥坑人工湿地处理系统与其它污水处理厂的比较见表2：表2 深圳人工湿地系统与其它污水处理厂的经济比较工程名称总投资(万元)单位污水投资额(元/m3)年运行费用(万元)吨水处理成本(元/m3)单位污水用地(m2/m3)深圳某厂蛇口某厂珠海某厂海

36、南某厂白泥坑3300150054742.9660833574138>100>100>10036.5约2.0>0.20>0.20>0.200.200.022.671.201.202.79从表2可以看出，人工湿地的工程总投资，处理单位污水的投资额，年运行费用及单位污水的处理费用均比其它传统方法的费用低得多。 7.2 我国对于人工湿地硝化与反硝化的研究人类对水资源的需求量与日俱增，与此同时，水污染情况也越来越严重。据调查，我国污水年排放数百亿吨，但只有24%的工业污水和4%的生活污水经过了处理，有90%以上的城市水域污染严重，近50%的重点城镇水源水质不合标准。据

37、国家环保总局发布的2004年全国环境统计公报，全国废水排放总量482.4亿吨，其中城镇生活污水排放量占废水排放总量的54.2% ，COD排放量占排放总量的61.9%，NH3-N占68.3%，生活污水无论从排放量还是污染物负荷量上看，都是最大的污染源，其处理已经成为污水治理重要的一环。而人工湿地技术(Constructed Wetlands CW)作为一种低投资、低能耗、低处理成本、易管理废水生态处理技术，尤其是在氮磷营养盐去除方面有着其他污水处理技术不可比拟的优势。根据我国学者研究表明，人工湿地系统可同时进行反硝化与硝化作用，由于氮在湿地内经微生物的作用下主要由硝化与反硝化作用而转化去除。所以

38、，研究人工湿地硝化反硝化能力的平衡机制是研究的重点方向之一。有研究表明，湿地系统的硝化与反硝化强度具有较明显的分层现象，表层土壤高于深层土壤。硝化作用更为明显。硝化强度在空间分布上出现明显分层，主要是溶解氧在湿地系统内部分布不均导致的。硝化细菌对氧气的竞争不如好氧异养菌,化能异养菌生长快,与氧气的亲和力强,而且沿着水流方向，溶解氧逐步消耗，系统慢慢呈现厌氧状态，不利于硝化菌的生长。另一方面，在表层的土壤能与大气直接接触，大气的复氧效果比较好，因此硝化作用会强于深层土壤。但总体而言，大部分湿地内部都是处于厌氧状态，对硝化菌生长不利，因此湿地系统的硝化作用强度都很低，成为制约湿地脱氮潜力发挥的主要

39、因素。反硝化菌是异氧型兼性厌氧菌，而目前大部分湿地系统内部属于厌氧区，有利于反硝化菌的生长，反硝化强度一般比较高，在空间分布上并没有明显区别。但是，沿水流方向湿地系统有机物浓度逐渐下降,发生碳源不足的情况,而硝态氮是反硝化作用的电子受体,有机物是反硝化作用的碳源和电子供体, 因此反硝化强度在空间分布上仍有一定变化。有研究表明，反硝化强度沿程变化不明显,沿程均能够保持较高的反硝化强度,在保证炭源供给的情况下,系统沿程均能充分发挥反硝化脱氮的作用,适合于硝氮的去除.人工湿地硝化反硝化作用强度除了在空间分布上会出现分层外，还会受到很多因素的影响，温度的变化，种植植物与否，基质的种类等。其中温度对湿地

40、硝化反硝化作用有很大的影响，研究表明，低温不利于硝化反硝化作用的进行，硝化反应的适宜温度是2030，在低于15时，反应速度迅速下降，5反应几乎完全停止。反硝化反应的温度范围较宽，在540范围内可以进行，但温度低于15，反硝化作用明显下降。由于植物根系具有输氧作用,改善了根区溶解氧微环境,并且植物根系为硝化细菌提供了良好的附着界面,有利于硝化细菌生长繁殖和硝化反应顺利进行。因此，种植植物对硝化反硝化作用有明显的促进作用。大量研究发现，有植物湿地硝化作用高于不种植物湿地。而且选择根系发达的植物更有利于促进硝化作用发生。另外，由于植物的参与，系统的微生物数量和活性会增强，也一定程度上也增强了系统的反

41、硝化作用。基质由于疏松、通气性好、比表面积大,一方面有利于空气中的氧气进入湿地,为硝化细菌提供充足的氧气,有利于硝化作用除氮;而一些多孔基质由于含水率高,能使湿地形成厌氧环境,有利于反硝化作用除氮。控制系统不同水位出水，则可改变系统内的淹水高度，从而可以改变好氧层和厌氧层的相对深度。在高水位出水，则系统内大部分被水浸没，处于厌氧状态，有利于反硝化作用的发生；在低水位出水，则有利于系统大气复氧，增加好氧层深度，促进硝化作用的发生。因此，湿地系统不同水位出水能对硝化反硝化强度产生很大影响。8环境因子对湿地系统处理功能的影响 8.1 温度湿地系统主要依靠湿地植物的吸收、填料的过滤机吸附、微生物的分解

42、与转化等作用来完成对有机物的去除，而温度对植物和微生物生长与繁殖能力有较大影响较大，从而植物和微生物在不同的季节有着不同的生物量，同时，温度还影响生物物理化学的反应速率。研究表明：人工湿地对污染物和氮磷的去除作用夏季明显强于冬季19。 8.2 PH值 大量研究表明，PH值对微生物的影响非常之大，如在低PH值条件下，湿地中真菌类微生物的活性比较强，而高PH值条件下，会影响湿地系统对氮磷的去除效率；在不同PH值条件下湿地植物活性有所不同；PH值得变化还会影响土壤中离子的电离，因此影响土壤对污水中有机物的吸附去除效率。8.3 溶解氧与CO2浓度 湿地系统中的氧气和CO2浓度的变化会影响植物的光合作用

43、的速率，进而影响植物对有机污染物的去处；植物根系的维管束可输送氧气到达湿地深层，在湿地系统中形成好氧、缺氧和厌氧微处理区，溶解氧和CO2的变化必然破坏湿地系统中的微环境，从而会最终影响系统处理污染物的功能。9人工湿地维护 人工湿地系统在运行期间（进水负荷高达50cm左右）随着时间的推移往往会发生渗透性能下降的情况，进而出现系统堵塞现象，渗滤池的基质的粒径、种植植物种类及表层（1至10cm的沙子）决定着系统的渗透性能。系统在运转过程中，因为有机物的生长和悬浮物的沉淀减小了渗透池表层空隙而引起过度堵塞，造成系统的渗透性能降低。在系统运行过程中，通常采用以下方法来对系统进行维护，恢复系统的渗透性能，

44、解决系统堵塞的问题。（1）如果在对系统的出水水质要求不太高的情况下，可以用较大的碎石来取代池内的沙子是较适合的做法。（2）可以加强污水的前处理，通常主要是采用沉淀或过滤池的方法来去除污水中的悬浮物质，用来减少悬浮物对系统造成堵塞问题。（3）及时清理系统植物滤池的表面有助于提高系统的渗透性。系统在运转一年以后，植物滤池表面有许多植物落叶残体，因此每年对池内的植物栽剪两次有助于较好的保持系统的渗透性。（3）在系统运行时候，在可以的条件下，需要按时更换系统植物池中的沙子。（5）加强植物滤池的植物选择，应当避免选择蔽草植物。有关植物选种的问题还有待于进一步研究，不仅考虑之物对系统渗透性能的影响，还要周

45、全净化效果、美化功能等方面诸多的因素。（6）必要时定期对系统停止供水，可以一定限度恢复系统的渗透性能。在实际运行中，应根据实际的污水水质情况和对出水水质的要求等情况进行调节，。为了保证连续稳定地处理污水（不间断进水），在进行人工湿地系统设计时应留有余地，以便在运行期间使多个滤池轮番淹水26。 10、人工湿地优点和缺点与传统污水处理手段相比，人工湿地在污水处理技术有着自身独特的优点，当然也存在一定的不足。10.1 优点 （1）投资少，建设、运营成本低廉国内外大量的研究实践表明，人工湿地处理污水的建设和运营成本都比较低，而且便于管理维护。以我国部分系统为例，表2中的对比数据显示可知，其建设成本（吨

46、污水投资）和运营成本（吨污水处理费）大约为传统污水处理厂成本的1/101/5之间，所以能够节约大量的资金，经济效益显著提高。 （2）污水处理系统组合的多样性、针对性一般的人工湿地污水处理系统主要由人工基质和水生植物两部分组成。不同基质对对人工湿地有着不同的处理效果，并且某些基质的组合要优于单一基质的处理能力。所以可以根据污水中的污染物的种类、特征可以选择不同的基质或采取几种基质的组合。如以石灰石作为基质可以有效地去除P，含有机质丰富的基质可以很好的吸附各种污染物，而要去除TN，采用沸石石灰石组合的基质非常的好。至于水生植物的类型非常繁多，一般选择挺水植物。通过调查研究、广泛被应用的水生植物有芦

47、苇、灯芯草、宽叶香蒲、浮萍、美人蕉、红枫、凤眼莲等类型。实验表明，不同种类的植物对不同种类污染物质也具有一定的选择性。例如茭白、芦苇对、污染物有较好的去除效果，宽叶香蒲对、Zn等重金属都有较好的去除效果。植物的选取还要根据地域性（当地的植物类型成活率高）、环境价值、经济价值、衍生的微生物种群等方面情况。由上可知，由于人工湿地污水处理系统组合的多样性、针对性，我们根据情况可以灵活地对其进行选择。（）处理污水的高效性 大量的研究数据表明，人工湿地处理污水的效果是不错的，有些方面优于传统的污水处理工艺。人工湿地对有机物有较强的降解能力，在进水浓度较低的情况下，人工湿地对BOD的去除率可达8595，C

48、OD去除率可达80以上，处理污水中BOD的浓度在10mg/L、SS浓度小于20mg/L，对去除率可达60，对的去除率可达90以上，去除的污染物范围广泛，包括N，P，SS，有机物，微量元素，病原体等。需要注意的是，由于湿地各条件等方面的不同，污染物的去除效率在一定范围内波动。（4）独特的绿化环境功能 人工湿地同自然湿地一样，因为湿地中生长着大量的水生植物，所以具有绿化的功能。大规模的人工湿地不仅迅速增加了绿地面积、而且消除城市热岛效应有一定的帮助，并且还为人们提供一个优美的新型的城市生态景观。收割湿地中的植物可以用来造纸，减少对树木的砍伐，有利于保护环境。10.2 缺点（1）受气候条件限制较大

49、人工湿地的处理效果受温度影响较大以及对基建要求较高，不能在条件不具备地方运用。以我国北方城市哈尔滨为例，哈尔滨属于中温带大陆性季风气候，多年平均气温在2.54.3之间，冬季极其寒冷。此种气候条件不适合芦苇等热带植物的生长，只能选取温带或部分亚热带植物作为净污植物。另外，在冬季地表水结冰，水停止了流动。所以表面流湿地在哈尔滨等北方城市的冬季是不可行的，只宜采用潜流湿地。 （2）占地面积相对较大 人工湿地净污的效果与污水在湿地中水力停留时间有着很大关系。其次，系统还要有备用池来交替运行。此外，为防止淤积，污水往往进行先期处理。所以，在我国土地资源相当紧张的现实条件下，不可能大规模、大面积的运用。每

50、立方米污水处理用地大大超过传统处理工艺。因此，人工湿地系统的选址问题要考虑环境、经济效益综合最优化、规模化的因素，尤其在空置土地比较少的大城市。最佳的解决办法就是将工程选址在市郊区域，缓解城市用地的紧张。 （3）容易产生淤积、饱和现象 人工湿地能有效的有机物、悬浮物、TN、TP、SS、重金属、病原体等污染物质。但是随着时间的推移，部分营养物质会逐渐地积累、湿地中的微生物相应地繁殖，如果维护不当，易滋生蚊虫、散发恶臭，影响周围环境。同时，容易产生淤积、阻塞现象，随着污水处理过程的不断进行，数年内基质的吸附能通常会趋于饱和，也会影响湿地的处理效果。此外，人工湿地中栽培的植物还易收到病虫害、火灾的威

51、胁以及自身生长周期的影响。生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素的认识理解，设计运行参数不精确，因此常由于设计不当使出水达不到设计要求或不能达标排放，有的人工湿地反而成了污染源。11、对于人工湿地的展望人工湿地发展与20世纪七八十年代，虽然经过几十年的发展，这项技术已经比较成熟，但是它还是具有很多值得我们挖掘和研究的地方。对于人工湿地目前依旧存在很多不容易解决的问题，比如表面流人工湿地，虽然造价低，易操作，但是易滋生蚊蝇，并且气味难闻对城市环境却有很大的影响。而潜流式人工湿地却有着与表面流人工湿地截然相反的特点，它虽然对城市环境没有很大的影响，但是造价高并且不容易操作。人工湿

52、地这项技术与其他污水处理技术相比有着很多先天的优势，首先，人工湿地水处理技术对于城市生活废水有很好的效果，而目前城市生活废水的处理直接影响到城市的卫生环境以及人们的舒适度。并且，人工湿地可以发展成为景观湿地，虽然目前只是一个目标，但是人工湿地发展成为景观湿地是一种趋势，这样人工湿地不仅能够解决城市的污水处理问题，还能够为城市的居民提供一个休闲娱乐的场所。而这个目标所需要的就是怎么样解决人工湿地的滋生蚊蝇，不易操作等技术。再次，人工湿地水处理技术相对比与其他技术，发展时间较短，属于比较年轻的技术，可开发和研究的地方还有很多。从这一点来看，人工湿地水处理技术就应该得到我们的特别重视，因为每一项年轻

53、的技术在不久的将来一定会发展成为中坚技术。 中国对于人工湿地的研究目前还不是很充分，最近一段时间美国、澳大利亚及欧洲各国都编制了人工湿地设计指南，设计方法多采用一级推流动力学模型，但由于影响人工湿地的因素较复杂，故各国出版的设计指南的相关动力学参数值也差异很大。全球目前已拥有英国和北美两大人工湿地数据库，里面有关于大概2000多座人工湿地的设计、运行和建造情况的数据，有较大的参考价值。参 考 文 献1戴兴春，徐亚同，谢冰.浅谈人工湿地法在水污染控制中的应J用.环境保护，2004,29（10）：7-9.2曹向东，王宝贞，蓝云兰，刘鸿亮.Remover of nitrogen and phosph

54、oius inThe pond-wetland combined systemJ.Res Envronsci，（环境科学研究），2000,13（2）:15-19.3Xuk,KatoT.Evaluatiao of water purification funcuion of artificial reed field wetland eco-systens created on dredged sedinentsJ.Waterwaste,1999,41(6):504-5124Cooper PE.Greem MB Reed bed treatment systems for sewage trea

55、tment in the United KingdomJ.water Sci Technom,1995,32(3):313-326.5王全金.芦苇人工湿地在环境保护中的应用J.环境污染治理技术与设备，2005,6（8）：1-5.6Qian JH ,AdelZ,Zhu Yu M,Noiman T.Phytoaccumulation of trace elements by wetland plant speciesJ.Environment 1999,28(5): 1448-14557夏汉平.人工湿地处理污水的机理与效率J.生态学杂志，2002,21（4）：51-598徐伟伟，章北平，等.植物在

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