人工湿地污水处理系统

一、湿地是指天然或人工、常久或暂时性的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水的水体。所谓人工湿地，就是指人为影响、施工形成的湿地系统。不论人工或天然，湿地都具有其十分强大的生态功能，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。因此湿地常常被称作“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。

二、人工湿地的国内外现状

（1）人工湿地发展与20世纪七八十年代，自西德1974年首次建造人工湿地以来，各种不同的湿地在世界各地已被用来处理大量不同的废水。1996年9月在奥地利维也纳召开的第四次国际研讨会，标志着人工湿地作为一种独具特色的新型废水处理技术已经正式进入水污染控制领域。目前,在美国有600 多处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水, 400多处人工湿地被用于处理煤矿废水, 50多处人工湿地用于处理生物污泥,近40处人工湿地用来处理暴雨径流,超过30处人工湿地系统用于处理奶产品加工废水 ;在丹麦、德国、英国各国至少有200处人工湿地系统在运行 ,新西兰也有80多处人工湿地系统被投入使用。

我国用人工湿地处理污水发展较晚，“七五”期间开始进行机理性的研究，现在已发展到实际应用阶段，我国自“七五”开始对人工湿地的研究，已建成一些示范工程，并于1990年7月在深圳建起我国第一个人工湿地污水处理工程――白泥坑人工湿地处理系统。并且在全国多个省市建成多处不同处理规模的人工湿地处理工程。

（2）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，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。它是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，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范围广泛，包括N , P , SS , 有机物，微量元素，病原体等。有关研究结果表明，在进水浓度较低的条件下，人工湿地对BOD5的去除率可达85％――95％，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。(2)废水中大部分有机物作为异样微生物的有机养分，最终被转化为微生物体及CO2 , H2O。

人工湿地面积可视情况而言，可在市郊结合部，也可在污水处理厂出水的附近建造。一些人工湿地属预处理型，在那些目前还不具备建造污水处理厂的城乡结合部建造人工湿地，将生活污水排入，利用所种植物对其进行处理，然后再排入自然水系，保护水体；还有些湿地属于加强型，在污水处理厂附近建造人工湿地，将污水处理厂处理过的水引入，再经过人工湿地的加强处理，提高其水质，然后排入自然水系，作为其补充水源。

下面，我们就介绍一下人工湿地污水处理系统的分类。

三、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：自由水面人工湿地处理系统；人工潜流人工湿地处理系统；垂直水流型人工湿地处理系统。

人工湿地污水处理系统（1）表面流湿地( Surface FlowConstructed Wetland) ,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0.3~0.5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

人工湿地污水处理系统（2）潜流湿地( Subsurface Constructed FlowWetland) ,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。

人工湿地污水处理系统（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

人工湿地污水处理系统（4）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6。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。

四、人工湿地污水处理系统的工艺流程

人工湿地污水处理系统由预处理单元和人工湿地单元组成。通过合理设计可将BOD5、SS、营养盐、原生动物、金属离子和其它物质处理达到二级和高级处理水平。预处理的目的主要是减少污水中的悬浮物,防止湿地填料堵塞,确保人工湿地生态系统的稳定性,增加湿地处理寿命和处理能力。其设施包括格栅、沉砂池、沉淀池、稳定塘等。人工湿地系统一般工艺流程如图：

污水→ 格栅→ 沉砂池→ 沉淀池→ 稳定塘→人工湿地→出水。