浅谈人工湿地处理生活污水的作用机理与优势

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关键词：人工湿地；破解；瓶颈

1引言

XX县区现有30个镇乡，共有274个村居，人口94万多人，城镇人口约占1/5，城镇每天产生生活污水约29万t。全县辖区面积392766km2，河流、湖泊众多，地表水和地下水资源比较丰富。全县已经建成污水处理厂5座，县级龙坑污水处理厂采用滴虑床，镇级乌江和虾子2座污水处理厂采用接触氧化，镇级枫香和村级龙坑八里2座采用湿地处理工艺。其它26个镇乡及其村庄都没有建设污水处理厂，其生产生活中产生的污水直接或间接排入地表水或地下水。因而，解决镇乡水污染迫在眉睫，修建污水处理厂也成为唯一的选择。

2原因分析

21污水成分及财税

XX县区是农业大县，现在没有建成污水处理厂的乡镇，产业结构主要还是第一产业，这些乡镇收入主要靠种、养殖业，其在生产、生活过程产生污水主要成分还是以氮、磷为主。财政收入来源单一，基本上是种养殖产生的税收，公共福利主要靠财政转移支付。

22工艺比较

传统污水处理工艺一般要经过格栅、沉砂、初次沉淀、曝气、二次沉淀、污泥处理等工序，建设需要修建大量的构筑物及仪器设备，一次性投入比较大。运行过程能耗也比较高，根据国家环保部公布的《2009年中国环境状况公报》：2009年全国排放废水总量为5892亿t。如果这些排放的污水要全部进行处理，按照目前污水厂的耗电量约025kwh/t污水进行计算（gb18918-2002二级排放标准），则耗电量大约为1473亿kw。h，约占2009年全社会总用电量的06%，按电费065元/kw。h计算，总的电费为95745亿元，约占当年gdp的0028%[1]。另外，机械设备长期在污水中浸泡，容易损坏，会产生一大笔维护费用。因此，采用传统工艺修建的污水处理厂，运营成本、维护成本较高，资金来源缺乏，运转经费没有保障，污水处理厂只是开开停停应付检查[2]。实际上造成了有些污水处理厂出现了停运现象，部分污水处理厂建成之日，就是停产之日。

人工湿地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。实际上就是通过生物的新陈代谢吸收、分解、转化等方式对生活污水进行净化。

人工湿地与传统工艺比较具有以下优点。人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。

人工湿地对污染物的去除原理。ss的去除主要靠物理沉淀、过滤作用，bod的去除主要靠微生物吸附和代谢作用，代谢产物均为无害的稳定物质，因此可以使处理后水中残余的bod浓度很低。污水中cod去除的原理与bod基本相同。n、p去除人工湿地主要利用生物脱氮及植物吸收方法。

作用机理：对污染物的去除与影响物理沉淀可沉淀固体在湿地中重力沉降去除、过滤，通过颗粒间相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固体被阻截而去除；化学微生物代谢：利用悬浮的底泥和寄生于植物上的细菌的代谢作用将悬浮物、胶体、可溶性固体分解成无机物；通过生物硝化-反硝化作用去除氮；部分微量元素被微生物、植物利用氧化并经阻截或结合而被去除。自然死亡：细菌和病毒处于不适宜环境中会引起自然衰败及死亡，植物植物代谢利用植物对有机物的吸收而去除，植物根系分泌物对大肠杆菌和病原体有灭活作用植物吸收相当数量的氮和磷能被植物吸收而去除，多年生沼泽植物，每年收割一次，可将氮、磷吸收、合成后分移出人工湿地系统。

人工湿地处理系统主要由并联、串联土地、生物构成，土地主要考虑从上到下过滤、生物降解，可以采取卵石、砾石、沙石、粘土从上到下逐级过滤。并联主要考虑多级土地、生物处理，栽种不同季节的植物，不同的层结又要考虑不同工段的污染物，生活污水经过串联、并联生物、土地处理能够达到国家污水处理外排标准。人工湿地在运行过程中，定期进行收割并对过多的植物去除就能够保证正常运行。处理后的污水还可以考虑栽种莲藕、冬笋等经济作物助农增收。

针对该县各镇乡的实际情况，污水处理厂的建设需要的是一种操作简单、运行成本低、满足污水处理的工艺，无疑湿地处理成为该县各镇乡的首选工艺。

3结语

经过对传统污水处理厂工艺和人工湿地工艺的比较，人工湿地污水处理工艺在建设、运行、管理等方面适合XX县区各农业镇乡生活污水的处理。

参考文献：

[1]周瑜传统污水处理厂的节能降耗措施[j]山西建筑，2011（12）：129

[2]刘昌文XX县区地表水污染分析及对策[j]北方环境，2010（6）：130

abstract：thisarticleanalyzestheadvantagesofusingartificialwetlandtotreatthedomesticsewage，suchasbigbuffercapacity，goodtreatmenteffects，simpleprocess，lowinvestmentandrunningcostandsoontherefore，itisparticularlysuitableforagriculturalproductionasthemainstayofruraldomesticsewagetreatment

keywords：artificialwetland；break；bottleneck

第二篇：人工湿地生活污水处理技术人工湿地生活污水处理技术

（一）基本概念

人工湿地实质是一个综合生态系统，主要应用生态系统中各个共生物种的能量和物质循环的再生作用，在促进废水中污染物良性循环的前提下，充分发挥资源生产潜力，获得污水处理与资源化的最佳效益，防止污水对环境造成二次污染。

（二）技术原理

人工湿地污水处理技术的原理是通过人工建造和控制来运行与沼泽地类似的地面，将污水有控制地投配到湿地上，使污水在湿地土壤缝隙和表面沿一定方向流动的过程中，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，对污水进行处理的一种技术。其生态系统的作用机理包括吸附、滞留、过滤、沉淀、微生物分解、转化、氧化还原、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的其他作用等。

（三）系统分类

人工湿地处理系统可以分为以下几种类型。自由水面人工湿地处理系统、潜流型人工湿地处理系统、垂直水流型人工湿地处理系统等。

系统去除的污染物范围广泛，包括n、p、ss、有机物、病原体等。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，出水中bod5的浓度在10mg/l，ss小于20mg/l。废水中大部分有机物作为异样微生物的养分，最终被转化为微生物有机体、co2和h2o。

（四）技术特点

人工湿地处理系统同时具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资少、运行费用低等优点，非常适合中、小型村庄生活污水的集中处理。

（五）适用范围

1.人工湿地污水处理技术易受气候条件影响，南北差异较大，北方大部分地区冬季温度较低，难以维持生态系统的正常运行或保证污水处理效果。因此在选用该技术时，要选取合适的植物，并且要充分考虑项目地植物过冬问题。

2.该处理技术适用于农村集中式和分散式污水处理，根据各地土地充裕情况、居住方式和经济状况而定。对于居住较为分散、土地宽裕的村庄，可选用分散式处理方式，以户为单位，充分利用农村零星空地，建设小规模湿地处理系统，可同时满足净化污水和美化环境的效果。集中式处理系统，更适宜于居住集中、土地有限的农村，尤其是撤村并镇和新建的农村社区，各户将污水通过管网或沟渠排入处理系统集中处理。

3.该技术对于项目地地形条件的要求较为宽松，设计时可因地制宜。

（六）注意事项

采用人工湿地处理技术，主要注意以下几点：

1.人工湿地处理技术必须做好防渗系统，对于农村地区湿地防渗可采用土工膜或三灰土夯实等简易实用的方法。

2.人工湿地植物的选取。湿地植物是湿地处理系统最明显的生物特征，它是人工湿地的主要组成部分，在污水处理过程中起着重要作用。湿地植物选取时应因地制宜，综合考虑植物的以下特征：耐水、根系发达、多年生、耐寒、吸收氮、磷量大、兼顾观赏性和经济性、要尽量选择当地的土著种。目前，常用的有芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、风车草、彩虹鸟、水竹、水葱、大米草、鸢尾、蕨草、灯芯草等。

3.人工湿地植物栽种初期的管理主要保证其成活率。湿地植物栽种最好在春季，植物容易成活。如果不是在春季栽种而在冬季，应做好防冻措施，在夏季应做好遮阳防晒。总之，要根据实际情况采取措施以确保栽种植物的成活率。

4.植物栽种初期为了使植物的根扎得比较深，需要通过控制湿地的水位，促使植物根茎向下生长。

5.做好日常护理防止其他杂草滋生并及时清除枯枝落叶，防止腐烂污染。

6.对不耐寒的植物在冬季来临之前要做好防冻措施或及时收割。

第三篇：人工湿地处理生活污水推广手册人工湿地处理生活污水推广手册

人工湿地效果图

一、公司简介

湖南清之源环保科技有限公司成立于2001年，是一家科技创新型环保企业。经营范围为：环保设备专业研发、设计、制造与销售；环保工程专项设计、专业承包与运营；生态建设和环境工程技术项目的可行性论证、技术预测、专题技术调查、工艺技术设计等技术咨询服务；水处理剂的研发与销售。公司拥有环境工程专项设计乙级资质、环保工程专业承包叁级资质、危险化学品经营许可证、环境污染治理设施运营证、安全生产许可证，为XX省环境保护产业协会常务理事单位。公司与湖南大学、中南林业科技大学、长沙环境保护职业技术学院等高等院校建立长期的产学研合作关系。

我们将本着“用户至上”的宗旨及“重质量、讲信誉、高效率”的原则，以先进设备和雄厚的技术力量为依托，根据用户要求，量身定制，完善设计，为客户提供最优的方案和最好的服务。真诚期待社会各界的关心与指导，共创美好明天。

二、人工湿地简介

人工湿地系统水质净化技术作为一种新型生态污水净化处理方法，其基本原理是在人工湿地填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个人工湿地生态系统。当污水通过湿地系统时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，而使水质得到净化。

人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。

三、人工湿地原理

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植物的作用。

四、人工湿地分类

人工湿地的核心技术是潜流式湿地。一般由两级湿地串联，处理单元并联组成。湿地中根据处理污染物的不同而填有不同介质，种植不同种类的净化植物。

水通过基质、植物和微生物的物理、化学和生物的途径共同完成系统的净化，对bod、cod、tss、tp、tn、藻类、石油类等有显著的去除效率；此外该工艺独有的流态和结构形成的良好的硝化与反硝化功能区对tn、tp、石油类的去除明显优于其他处理方式。主要包括内部构造系统、活性酶体介质系统、植物的培植与搭配系统、布水与集水系统、防堵塞技术、冬季运行技术。

潜流式人工合成湿地的形式分为垂直流潜流式人工湿地和水平流潜流式人工湿地。利用湿地中不同流态特点净化进水。经过潜流式湿地净化后的河水可达到地表水Ⅲ类标准，再通过排水系统排放。

快渗人工湿地填料系统图

垂直流潜流式人工湿地。在垂直潜流系统中，污水由表面纵向流至床底，在纵向流的过程中污水依次经过不同的专利介质层，达到净化的目的。垂直流潜流式湿地具有完整的布水系统和集水系统，其优点是占地面积较其它形式湿地小，处理效率高，整个系统可以完全建在地下，地上可以建成绿地和配合景观规划使用。

垂直流剖面图

水平流潜流式人工湿地。是潜流式湿地的另一种形式，污水由进水口一端沿水平方向流动的过程中依次通过砂石、介质、植物根系，流向出水口一端，以达到净化目的。

水平流剖面图

沟渠型人工湿地。沟渠型湿地床包括植物系统、介质系统、收集系统。主要对雨水等面源污染进行收集处理，通过过滤、吸附、生化达到净化雨水及污水的目的。是小流域水质治理、保护的有效手段。

五、人工湿地植物种类：

1、漂浮植物。水葫芦、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。

2、根茎、球茎及种子植物。睡莲、荷花、马蹄莲、慈姑、荸荠、芋、泽泻、菱角、薏米、芡实等。

3、挺水草本植物：芦苇、茭草、香蒲、旱伞竹、皇竹草、藨草、水葱、水莎草、纸莎草等

4、沉水植物类型以及其它类型的植物

六、人工湿地维护与管理

1、人工湿地污水处理系统已经完工投入使用，且污水处理系统暂无生活污水接入，因此，建议后续维护期分两个阶段维护：

2、第一阶段，无生活污水接入运行管理。

（1）气温炎热，需要定期对已经完成栽种的人工湿地水生植物进行补水和浇水作业；

（2）定期检查水生植物生长状况，及时补种和修枝剪叶；

（3）水生植物初现成活，需要及时补充营养，病虫害防治，确保水生植物

能够正常新陈代谢以及水声植物根系繁衍。

3、第二阶段，有生活污水接入的运行管理：

污水湿地处理的运行管理主要包括设施管理、田间管理和水质监控3个方面。其中设施管理主要预防人为损毁，以及生活杂物倾入到人工湿地的管理。湿地管理主要是对人工湿地植物的维护。

（1）设施管理：人工湿地投入使用时，需要预防人为损毁，以及生活垃圾杂物倾倒，影响人工湿地植物生长且有碍感观；

（2）植物管理。种植和生长管理。种植后浇水保持湿度，待发芽长高后不断提高水深，以不淹没芽顶为限。为促使根系发育和主根扎深，应周期性作业。在污水湿地中，污水中含有丰富的营养素。水生植物要经历出芽、生长、孕穗、开花和茎的成熟等阶段。

（3）修枝剪叶。修剪换季节植物茎叶，修剪掉的茎叶连同吸收的营养物和其它成分从湿地中移出，促使水生植物生根和维持下年度生长和吸收、净化污水中污染物的作用。还要及时清理落下的残枝败叶，并平整土地，铲除凸起部分，填平沟道。

（4）病虫害防治。人工湿地是近年来全球生态环境保护的热点，它们对于生活污水净化、调节人居环境、降解多种污染物具有重要作用。但人工湿地规模小，生态平衡能力弱，易发生植物病虫害问题，特别是在湿地运行初期应注意采取相应的防治措施。

（5）水质管理。人工湿地可以对生活污水中的多种污染物具有降解作用，对人工湿地系统的进水和出水水质需要做到有序有效的管理。进水确保水量适宜，水质稳定。出水确定达到污水处理排放国家标准。

六、小结

湿地生态系统服务不仅包括为人类所提供的食物、医药及其他工农业生产的原料，更重要的是支撑与维持了地球的生命支持系统，维持生命物质的生物地球化学循环与水文循环，维持生物物种与遗传多样性，净化环境，维持大气化学的平衡与稳定。湿地具有调节区域气候的功能。湿地水分蒸发和湿地植被叶面的蒸腾作用，可使附近区域的温度降低、湿度增大、降雨量增加，对周边区域的气候具有明显的调节作用，对当地农业生产和人民生活具有良好的作用。

第四篇：芦苇人工湿地处理污水芦苇人工湿地处理污水

摘要。本文叙述了芦苇人工湿地污水处理技术的分类、特点及其在国内外的研究与应用进展。介绍了复合式芦苇湿地、新型芦苇床填料等相关的新技术，具体讲述了利用芦苇人工湿地处理城镇和农村生活污水。

关键词：

芦苇；人工湿地；城镇污水处理；农村污水处理

一、芦苇人工湿地的起源与发展

1953年，德国的dr.katheseidel在其研究工作中发现芦苇能去除大量有机和无机物。dr.seidel通过进一步实验发现一些污水中的细菌在通过种植的芦苇时消失（大肠菌、肠球菌、沙门氏菌），实验还表明芦苇能从水中去除重金属和碳水化合物。1974年德国建成了第一个芦苇人工湿地。上个世纪

八、九十年代芦苇人工湿地在世界上许多国家得到快速发展，已有数百座芦苇人工湿地系统投入使用。芦苇已是国际上公认的人工湿地处理污水的首选植物。目前世界各国正投入大量人力和物力研究、应用芦苇湿地，并不断改进芦苇人工湿地技术。

二、芦苇人工湿地组成

（一）、主要成分

1、具有各种透水性的基质（如土壤、砂、砾石），基质为植物提供物理支持，为各种复杂离子、化合物提供反应界面，为微生物提供附着。

2、适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物芦苇，对污水中污染物质的吸收利用、吸附和富集作用。

3、生物种群，对污水中污染物质的吸收利用、吸附和富集作用。

（二）主要植物形式

人工湿地根据湿地中主要植物形式可分为。浮生植物系统；挺水植物系统；沉水植物系统。浮水植物主要用于n、p去除和提高传统稳定塘效率。沉水植物系统还处于实验室阶段，其主要应用领域为初级处理和二级处理后的精处理。目前一般所指的人工湿地系统都是指挺水植物系统，挺水植物中芦苇应用最为广泛。

（三）主要工艺流程形式

芦苇人工湿地系统一般作为二级生物处理工艺应用，工艺流程有多种形式，其中常用的有4种（见图1）：推流式、阶梯进水式、回流式和综合式。

-1可向地下部分输氧，根和根状茎向基质中输氧，因此可向根际中好氧和兼氧微生物提供良好环境。芦苇的根可松动土壤，死后可留下相互连通的孔道和有机物。无论土壤最初的孔隙率如何，芦苇可稳定根际的导水性相当于粗砂2～5年。

四、人工芦苇湿地处理城市生活污水

（一）芦苇生长未受不良的影响

由于城市污水含有芦苇生长的氮磷等营养物质，为芦苇的生长提供了良好的肥源，使芦苇增产10.4%，同时第2年的后效观察芦苇仍然生长良好，比对照增产14.3%。

（二）芦苇具有较强的净化作用

由于芦苇湿地系统对污水中的有害物质有较强的去除作用，处理后的水质分别达到gb8978—1996第二类污染物最高允许排放浓度的Ⅰ、Ⅱ、Ⅰ级标准。并且各物质的去除效果随芦苇生育期、负荷量和温度的变化而变化，但bod5未受影响。这主要是由于污水在芦苇湿地系统中通过物理沉淀、过滤、吸附、芦苇根系的吸收和土壤微生物的综合作用而去除。

（三）灌溉城市污水对土壤未造成不良的影响

污水处理后，土壤营养成分的增加起到了培肥土壤和促进芦苇生长的作用，说明城市污水是一种良好的富营养的淡水资源，同时通过芦苇的吸收作用，使土壤中盐离子减少，降低了土壤的碱化度。

（四）栽培芦苇净化污水具有广泛的应用前景城市污水是一种肥水，可为芦苇的生长提供水肥资源，促进芦苇的生长发育，提高芦苇产量，为造纸工业提供原材料产生经济效益。同时又使污水得以最佳的综合利用，缓解因淡水不足对芦苇生长的影响，彻底消除了水污染，达到环境效益和社会效益的统一，为经济的发展创造了新的增长点。因此，推广芦苇湿地生态系统处理城市污水，开发水资源，是实现污水处理无害化、资源化的重要途径，是解决水资源短缺的重要技术措施。

五、人工芦苇湿地处理农村生活污水

（一）农村生活污水来源

农村生活污水是广大村镇地区面源污染的重要来源。农村地区的生活污水量少、分散、远离排污管网，污水一般不经任何处理直接排入河流湖泊。由于农村地区水环境容量小，长期使用化肥使生活污水中氮磷含量高，加剧了水环境的污染，引起了严重的水体富营养化现象。农村生活污水的处理已经成为控制面源污染急待解决的问题。目前，对化肥废水的处理是控制水体富营养化的重要手段，芦苇人工湿地对化肥废水的处理效果较好，而且投资小，并具有显著的生态环境效益，尤其适合于农村面源污染控制的特点，适合我国国情和广大农村地区水环境污染状况。

由于大量农药化肥的使用和农村生活污水的无序排放，目前农村很多河流和湖泊都出现了不同程度的水质恶化，有些水体已出现明显的富营养化。解决好面源污染为主的农村污水处理问题是当前建设新农村的一项重要任务，寻找一种经济可行的农村污水处理工艺是急待解决的问题。0

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八、芦苇人工湿地应用前景

（一）国外现状

在欧洲等发达国家，每个国家都有几百个人工湿地系统在运行，美国在1988年至1993年间就建起了几百个人工湿地系统，绝大多数系统种植有芦苇，发展速度比较快。

（二）我国现状

从1987年天津环保所建成我国第一个占地6hm2，处理规模为1400m3/d芦苇人工湿地起，迄今在我国北京、南京、深圳、成都、沈阳、杭州等地从南到北，已有不少城市建立了芦苇人工湿地污水处理系统。这些系统运行以来，产生了良好的经济和社会效益，为我国环境保护做出了贡献。相比国外而言，芦苇人工湿地在我国的发展速度比较慢。

芦苇人工湿地投资少，出水水质好，操作简单，维护和运行费用低廉、有很好的经济价值，芦苇在我国又普遍适应生长。在我们这样地域辽阔、经济、技术发展水平不高、能源短缺的国家，研究并大力推广芦苇人工湿地污水处理技术具有非常重要的意义。芦苇人工湿地污水处理技术使人们向污水处理的终极追求目标逼近，芦苇人工湿地污水处理技术在我国必然有极其广阔的应用前景。

-51042.[6]池金坪，安丽.农村生活污水处理实用技术新进展[j].云南环境科学，2004，23（4）：833.

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第五篇：人工湿地污水处理技术人工湿地污水处理工艺设计与研究设想

摘要。人工湿地作为一种新型生态污水处理技术，在实际应用中取得了快速发展。为了适应我国对这一技术的迫切需要，本文介绍了目前人工湿地污水处理的工艺结构、基本设计方法，阐述了人工湿地污水处理系统工艺设计的主要内容及存在的若干问题，并提出了开展人工湿地工艺设计研究的一些设想。

关键词：人工湿地；污水处理；工程设计

abstract：asanewtypeofecologicalwastewatertreatmenttechnology，constructedwetlandhasbeendevelopedatagreatspeedinitsapplication.inordertosatisfytheurgentneedofthistechnologyinchina，thebasicconfiguration，typesanddesignmethodsofcurrentwastewatertreatmenttechnologybyconstructedwetlandareintroduced，andthemaincontentsandproblemsoftheprocessdesignofconstructedwetlandforwastewatertreatmentaresummarized，andsomeresearchinterestsareproposedinthispaper.

keywords：construcedwetland;wastewatertreatment;processdesign

1引言

近年来，各种水处理技术在实际应用中取得了不断的发展，特别是作为二级处理的活性污泥法以其工艺相对成熟、运行稳定、处理效果好而成为城市污水处理的主流工艺，但传统的活性污泥不仅基建投资大，运行费用高，且主要以去除碳源污染物为目的，对氮、磷等营养物质的去除则微乎其微，经处理后的出水排入水体后仍将引起“富营养化”等环境问题。三级处理虽可解决上述问题，但因投资和运行费用昂贵而难以大面积推广。同时事实也说明，单纯依靠传统的人工处理方法在我国当前的情况下尚难以从根本上解决水污染问题，只能延缓其发展趋势。70年代以来，人工湿地处理技术的提出和发展，为综合解决上述问题提供了一种新的选择。

人工湿地是一种人工建造和监督控制的与自然湿地相类似的地面，是人为地将石、砂、土壤等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统[1]。由于人工湿地具有处理效果好、建设和运行费用低、易于维护管理等优点[2，5]，因而受到世界各国的普遍重视，成为近年来发展较快的一种污水处理新技术[6]。

但是，由于人工湿地污水处理技术还处于开发阶段，尤其在我国人工湿地污水处理技术的发展及其应用时间还相对较短，还没有比较成熟的设计参数，其工艺设计也还处于试验阶段；人们对其的认识较少，加之存在许多亟待解决的问题，因而人工湿地的应有潜力未能得到深入挖掘。本文将在阐述人工湿地污水处理系统工艺设计的主要内容及存在的若干问题的同时，提出一些开展人工湿地工艺设计研究的设想和展望，以供广大环境保护工作者参考。

2人工湿地的类型与工艺流程

人工湿地系以人工建造和监督控制的、与沼泽地相类似的地面，通过自然生态系统中的物理、化学和生物三者协同作用以达到对污水的净化。此种湿地系统是在一定长宽比及底面坡度的洼地中，由土壤和填料混合组成填料床，废水在床体的填料缝隙或在床体表面流动，并在床体表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物，形成一个独特的动、植物生态系统，对废水进行处理[7]。

人工湿地按污水在其中的流动方式可分为两种类型[7]。①自由水面人工湿地（简称fws，或称地表径流型人工湿地），②潜流型人工湿地（简称sfs）。fws系统中，废水在湿地的土壤表层流动，水深较浅（一般在0.3～0.6m）。与sfs系统相比，其优点是投资省，缺点是负荷低。北方地区冬季表面会结冰，夏季会滋生蚊蝇、散发臭味，目前已较少采用。而sfs系统，污水在湿地床的表面下流动，一方面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留等作用，提高处理效果和处理能力；另一方面由于水流在地表下流动，保温性好，处理效果受气候影响较小，且卫生条件较好，是目前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统，但此系统的投资比fws系统略高。

人工湿地的工艺流程有多种，目前采用的主要有。推流式、阶梯进水式、回流式和综合式4种，如图1所示[7]。阶梯进水可避免处理床前部堵塞，使植物长势均匀，有利于后部的硝化脱氮作用；回流式可对进水进行一定的稀释，增加水中的溶解氧并减少出水中可能出现的臭味。出水回流还可促进填料床中的硝化和反硝化作用，采用低扬程水泵，通过水力喷射或跌水等方式进行充氧。综合式则一方面设置出水回流，另一方面还将进水分布至填料床的中部，以减轻填料床前端的负荷。实际设计中，人工湿地的运行可根据处理规模的大小进行多级串联或附加必要的预处理、后处理设施构成。这样的多种方式的组合，一般有单一式、并联式、串联式和综合式等，如图2所示[7]。在日常使用中，人工湿地还常与氧化塘等进行串联组合。

人工湿地污水处理系统一般包括前处理和人工湿地两部分。前处理一般包括化粪池、格栅、沉砂池、沉淀池、厌氧池和兼性塘等。直接将未经沉淀处理的污水引入人工湿地，虽然首级人工湿地的cod、bod、ss的去除率高，但容易引起堵塞等问题，使维护费用增加。因此，将沉淀池或稳定塘作为人工湿地系统前处理是非常必要的。人工湿地一般工艺处理流程见图3[7]。

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d图1人工湿地的基本流程

a.推流式；b.回流式；c.阶梯进水式；d.综合式

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图2人工湿地的不同组合方式a.单一式；b.串联式；c.并联式；d.综合式

图3人工湿地一般工艺处理流程

3人工湿地系统的设计

人工湿地污水处理技术还处于开发阶段，尤其在我国还没有比较成熟的设计参数，其工艺设计也还处于试验阶段。其设计受很多因素的影响，主要是：水力负荷、有机负荷、湿地床的构造形式、工艺流程及其布置方式、进出水系统的类型和湿地所种植植物的种类等。由于不同国家及地区的气候条件、植被类型以及地理条件各有差异，因而大多根据各自的情况，经小试或中试取得相关数据后进行设计[7]。

3.1选址及污水量和污水水质的确定

在人工湿地修建前，先进行污水量的调查和污水水质分析，确定处理规模以及有关污染物的去除率，设计处理后污水必须达到国家规定的污水排放标准。然后，根据地质、地貌、水文、污水出口等自然状况以及市政规划等因素选定人工湿地地址。比如地形有一定自然坡度可减少开挖土方量，有利于排水、降低投资且减少对周围环境的影响；一般人工湿地应建在非洪涝灾害区或则需考虑修建相应的防洪措施；在房价较低地段修建可大幅度降低修建成本等。

3.2植物的选择

人工湿地系统设计中，应尽可能增加湿地系统的生物多样性，以提高湿地系统的处理性能，延长其使用寿命。植物在碎石中为微生物提供场所，在整个湿地系统中占有重要的地位，因此应慎重选择。

总的来说，选择植物应该满足。（1）耐污能力和抗寒能力强，适宜于本土生长，最好以本乡土植物为主；（2）根系发达，茎叶茂密；（3）抗病虫害能力强；（4）有一定的经济价值。而常用的植物有芦苇、香蒲、大米草、美人蕉、水花生和稗草等，目前最常用的是芦苇。芦苇的根系较为发达，具有巨大比表面积的活性物质，其生长可深入到地下0.6～0.7m，具有良好的输氧能力。种植芦苇时，一般应尽量选用当地芦苇进行移栽，即将有芽苞的芦苇根分剪成10cm长左右，将其埋入4cm深的土中并使其端部露出地面。插植的最佳季节在秋季或早春，插植密度可为1～3株/m2。

3.3填料的选用

湿地床由三层组成，表层土壤、中层砾石层和下层小豆石层。表层土壤可用当地表层土，优先选用钙含量为2～2.5kg/100kg的混合土，以利于提高脱磷效果。在铺设表层土时，要将地表土壤与粒径为5～10mm石灰石掺和，厚度为150～250mm。表层以下采用粒径在0.5～5mm的砾石或花岗岩铺设，其铺设厚度一般为0.4～0.7m，有时也采用粒径在5～10mm或12～25mm石灰石填料。进水配水区和出水集水区的填料常采用粒径为60～100mm的砾石，分布于整个床宽。由于表层土壤在浸水后会有一定的下沉，因此，设计的填料表层标高应高出期望值10%～15%[7]。

3.4基本技术参数的确定

主要是确定污染物负荷、停留时间、水深和所需的土地面积等技术参数，污水的特性、地理位置、气候条件、人们的生活方式、经济和科技水平等均影响工艺参数的选择。基本技术参数见表1[7]。

表1人工湿地基本技术参数

设计参数单位fwssfs

水力停留时间d4～154～15

水深ft0.3～2.01.0～2.5

bod5水力负荷率

lb/acre.d＜60＜60

mgal/acre.d0.015～0.0500.015～0.050

面积acre/（mgal/d）67～2067～20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基本几何参数的确定

在人工湿地的设计中，湿地的长宽比可按下列公式计算：

为保证废水以推流方式流经湿地，一般要求长度应＞20m，长宽比l/w不应过大，建议控制在3∶1以下，常采用1∶1，对于以土壤为主的系统，l/w比应小于1∶1[1]。根据现有人工湿地的设计与运行经验，一般单个碎石床的长度＜50m，宽度为25～30m，湿地床的深度一般根据水生植物自然根系的延伸程度来设计的，多数为0.6～0.7m。

3.4.2fws系统的设计[7]

由于废水在人工湿地中流动缓慢，故人工湿地通常可视作一级推流式反应器，稳态条件下可用以下反应动力学公式描述：

基于人工湿地的影响因素较为复杂，各国研究者对湿地床的尺寸提出了不同的计算方法。reed建议fws系统可用下列方程计算[8]：

tchobanoglour建议，设计水温为t时，反应动力学速率常数可由下式确定[8]：

当湿地床的底坡或水力坡度不小于1%时，上述方程可调整为：对床表面积as，kaklec和knight建议用下式计算：

初步设计时，k值可取34m/y，背景bod5值可由下式计算：。fws系统的有机负荷

随废水性质和条件变化很大，其范围在18～110kgbod5（ha·d）。一般只作为设计校核的指标，它的控制对维持系统好氧状态及防止蚊虫、恶臭等非常重要。

fws系统的水力负荷可达150～500m3/（ha·d）。在确定水力负荷的同时应考虑气候、土壤状况、渗透系数和植被类型等场地类型，还应考虑接纳水体的水质要求，尤其注意由于蒸发、蒸腾的失水量对夏季处理的影响及在干旱地区设计湿地的可行性[7]。在特殊情况下，要求湿地设计达到零排放时，湿地中的水主要通过蒸发、蒸腾、补充地下水或系统内回用等途径完成，这时水力负荷及水平衡计算是设计时需要重点考虑的问题。

3.4.3sfs系统的设计[7]

1.湿地床坡度的确定。

在sfs系统中，水流有两种流态，层流和紊流。当湿地床中所用填料的粒径不大，污水充满整个填料缝隙并处于饱和状态时水流为层流，此时填料床的坡度可用darcy公式计算[8，10]：

对于其中的渗透系数ks，到目前为止尚无准确的测定，如果是以砾石为主的湿地床，欧洲人建议取10-3m/s，而美国的经验认为ks不宜大于10-4m/s。

一般认为当湿地床中的渗流雷诺数re大于1～10时，水流变为紊流，此时不宜用darcy定律来描述了，尤其是当采用的填料粒径较大时，则需要考虑水流的扰动作用了。此时宜用ergun公式来描述[8，10]，即：

2.湿地床表面积的确定。湿地的表面积as可用下计算[8]：

式中kt与温度的关系为。据有关文献报道和实际试验，某一特定sfs系统的k20与床

体填料的孔隙率n有关，关系式为，对典型城市污水取k0=1.839d-1，高浓度有机工业废水

k0=0.198d-1。

英国人kitkutb推荐用下列公式计算表面积：

。附－符号说明：

ac，as—湿地床的横截面积，表面积，m2；se，so—进水、出水bod5，mg/l；q—平均设计流量，m3/d；ks—渗透系数，m3/（m2·d）；

k20，kt—温度20℃，t℃时的速率常数，d-1；

ko—某一填料中植物根系充分发展后的最佳速率常数，d-1；l—湿地床长度，m；w—湿地床宽度，m；d—湿地床深度，m；s—底坡或水力坡度。

由上述各式，即可确定湿地床的基本尺寸。湿地床长度通常定为20～50m，过长易造成湿地床中的死区，且使水位难于调节，不利于植物的栽培。床横截面面积与温度、有机负荷无关，只受填料的水力学特性影响。在借鉴有关经验的基础上人们建议，通过填料横截面的平均流速q/ac以不超过8.6m/d为宜，以避免对填料根茎结构的破坏。

3.湿地床深度的确定。

湿地床的设计深度，一般要根据所栽种的植物种类及其根系的生长深度来确定，以保证湿地床中的必要的好氧条件。对于芦苇湿地系统，用于处理城市或生活污水，湿地床的深度一般取0.6～0.7m；而用于较高浓度有机工业废水的处理时，湿地床的深度一般在0.3～0.4m之间。为保证湿地深度的有效使用，在运行的初期应适当将水位降低以促进植物根系向填料床的深度方向生长，湿地床的底坡一般在1%或稍大些，最大可达8%，具体应该根据填料性质及湿地尺寸加以确定，如对以砾石为填料的湿地床，其底坡一般可取2%。表2[7]为深圳白泥坑人工湿地系统各单元的设计参数。

表2深圳白泥坑人工湿地系统各单元的设计参数项目单元长/个数m

宽/m

碎石粒径/碎石层厚/mm

cm

池底坡度/%

水力负荷/（