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摘要：本文主要简述了人工湿地及人工湿地污水处理系统，以及对人工湿地系统的工艺流程、工艺设计技术关键进行分析。
关键词：人工湿地；污水处理系统；工艺设计；技术关键
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。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,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。
一、人工湿地及人工湿地污水处理系统
（一）人工湿地及其处理机制
人工湿地（CONSTRUCTED WETLAND）也叫构建湿地，是一种人工建构和监督控制的与沼泽类似的地面。其设计和建造师通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用和优化组合来进行的，也正是利用这3种作用的协调关系作用来进行废水的处理。
人工湿地能有效去除污水中的悬浮颗粒物（SS）、有机污染物、氮和磷，以及病原菌、重金属、藻毒素等外源生物活性物质。其中，有关悬浮颗粒物、氮和磷的去除机理可分为：当人工湿地的运行成熟后，填料表面和植物根系中生长了大量的微生物形成生物膜，废水流经时，SS被填料及根系阻挡截流，有机质通过生物膜的吸附及同化、异化作用而得以去除；湿地床层中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的微环境中依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中的氮、磷不仅能被植物及微生物作为营养成分直接吸收，还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用从废水中去除。最后通过湿地基质的定期更换或收割使污染物质最终从系统中除去。
（二）人工湿地污水处理系统
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。通过合理的设计布局可将BOD5、SS、氮磷营养物、原生动物、金属离子和其他物质处理达到2级或更高的水平。一般来说，预处理构筑物类型有：稳定塘、初沉池、化粪池、双层沉淀池等。在通常情况下与污水处理工艺比较，人工湿地具有以下优势：①造价低廉；②运行维护费低；③间歇式运行和维护而无需持续的现场管理；④可缓冲水力和污染负荷的冲击；⑤可处理低有机负荷的废水（对活性污染泥来说也偏低的负荷）；⑥容易实现中水回用；此外，它们还可为许多湿地有机物提供栖息地；可以和谐的融入地方景观；可以提供除了改善水质以外的许多其他的效益,提供野生动物栖息地，增强室外空间的审美等。因此，人工湿地处理系统已被广泛地用来处理各类废水，包括家禽粪水、尾矿排出液、工业污水、农业污水、垃圾厂渗滤液、城市暴雨径流后生活污水、富营养化湖水等等。
与此同时，人工湿地处理系统在设计、运行和维护的过程中，也存在着许多不足和制约，其主要表现在：①占地面积大；②关于人工湿地的设计、建设和运行还缺少统一的规范，缺乏精确的参数；③对于人工湿地中生物和水力复杂性研究及对重要工艺的动力学理解尚不足，需要进一步研究；④缺乏病虫害和气味的有效控制，从而威胁到公共卫生，往往暴露的水体易成为蚊蝇滋生的温床，产生臭气的挥发性有机化合物对人体也有潜在的危险。
二、人工湿地系统的工艺流程
人工湿地的工艺流程有多种， 目前常用的有：推流式、阶梯进水式、回流式和综合式4 种，如图1 所示。
表面流湿地水力坡度取0.5 %或者更小。水力坡度须根据所采用的填料以及湿地尺寸加以确定, 如对于以砾石为填料的湿地床一般可取2 %。总之, 为了施工和排水的方便, 及避免造成湿地系统发生回水, 对人工湿地处理系统的水力坡度加以考虑是非常有必要的。
（2）孔隙度
人工湿地污水处理系统的孔隙度是指湿地土壤中孔隙占湿地总容积的比。在人工湿地的设计过程中, 需要利用湿地土壤孔隙度来确定水量、水力停留时间、湿地长宽尺寸等。实际上, 孔隙度是根据实际经验加以估计的, 一般在0.65～1.00之间。
（三）表面负荷率
表面负荷率(ALR)是指单位面积湿地对特定污染物所能承受的最大面积负荷。设计过程中, 利用表面负荷率可以计算湿地处理工程的面积。各种污染物浓度和负荷的确定, 对于湿地处理类型和尺寸的确定非常关键。设计者必须准确知道污水中污染物的种类和浓度, 日流量乘以某种污染物的浓度即可估计处理负荷, 根据该负荷以及推荐的湿地特定污染物负荷率就可选择相应的处理面积。
对于表面流湿地进水区(植被密集区)BOD负荷率可达100kg/(hm2•d)。Eastlick 推荐的潜流湿地设计BOD负荷率为80～120kg/(hm2•d)。
（四）系统深度
系统深度是人工湿地污水处理设计、运行和维护的重要参数, 水深调节是湿地运行维护、调节湿地处理性能的可用手段之一。为了在最小单位面积湿地内达到最有效地处理污水的目的, 在要求的水力停留时间条件下, 湿地处理系统深度在理论上应该是越深越好。
然而, 在潜流湿地的植物根区传导性较高的介质中, 存在着优势水流, 为了减少这样的水流流动,则要求系统深度不能太深, 而一般需要根据系统所栽种植物的种类及根系的生长深度确定, 以保证湿地单元中必要的好氧条件。有研究建议, 潜流湿地系统深度应为植物根系所能达到的最深处, 不过实际上由于植物根系很少达到理论上的最深处, 不同的学者建议的深度从40～60cm 不等, 太深了会导致根系无法输氧到底部, 同时也容易造成死区, 降低工程效益。
（五）处理单元长宽及其比例
经验表明, 人工湿地床长度通常应为20～50m。过长,易造成湿地床中的死区, 且使水位难以调节, 不利于植物的栽培。对于潜流湿地,由于绝大部分的BOD和悬浮物的去除发生在进水区几米的区域,因此也有学者建议,长度应控制在12～30m，以避免发生短路。
此外, 人工湿地处理单元的长宽比也不应过大, 建议控制在3：1 以下, 常采用1：1 , 对于以土壤为主的系统, 长宽比应小于1：1。长宽比不满足条件时, 可用分置单元的措施处理。
（六）进出水系统布置
进出水控制装置对于人工湿地的处理效果和运行可靠性非常重要。湿地床进水系统的设计应尽量保证配水的均匀性, 一般多采用多孔管或三角堰等。多孔管可设于床面上或埋于床面以下, 埋于床面下的缺点是配水调节较为困难。多孔管设于床面上方时, 应比床面高出0 .5m 左右, 以防床面淤泥和杂草积累而影响配水。
人工湿地床的出水系统一般根据对床中水位调节的要求, 出水区末端的填料层底部设置穿孔集水管, 并设置旋转弯头和控制阀门以调节床位的水位。
（七）防渗材料
人工湿地污水处理的运行过程中必须防止污水污染地下水的发生, 因此防渗材料的选择是湿地系统的技术关键问题。一些渗透率低于10-6 cm/s 的天然物质可用于防渗材料, 如膨润土、沥青、毛毡等。目前国内外大多采用如聚氯乙烯(PVC)和高密度聚乙烯(HDPE)等人工合成膜材料作为防渗材料, 为防止床体填料尖角对薄膜的损坏, 施工时宜先在塑料薄膜上铺一层细纱。
总结
人工湿地是结合了生态学原理与工程学方法而形成的生态工程污水处理技术， 它利用生态系统中的整体优化、循环再生、区域分异等原理，在促进污染物质良性循环的前提下， 达到污水处理与回用的最佳效益， 适合于处理水量不大、水质变化较小、管理水平较低的农村及小城镇污水。
参考文献：
【1】对人工湿地污水处理系统工艺设计技术关键的探讨_李雄勇
【2】人工湿地处理污水技术及其在我国的应用现状和对策_李羚
【3】人工湿地污水处理技术的工艺与设计_张迎颖
【4】人工湿地污水处理系统工艺设计研究_赵桂瑜
论文作者:梁秋梨
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/30
标签：湿地论文; 污水处理论文; 系统论文; 负荷论文; 根系论文; 污水论文; 水力论文; 《基层建设》2017年第17期论文;