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摘要：本文首先介绍了中、美、澳三国在人工湿地概念上的相似性和差异性，通过对同一区域的实例计算，对比三国在人工湿地设计计算中的不同特点，提出我国人工湿地在计算中仅考虑单一污染物的去除是不全面的。另外，人工湿地在投资、运营成本、维护管理、废水处理效果等方面存在显著优势，但占地面积大依然给人工湿地的推广和应用带来了局限性，人工湿地适合中小城镇的污水处理和景观设计。
关键词：表面流人工湿地处理系统；水平潜流处理系统；垂直潜流处理系统；地下流式处理系统；植载滤床式处理系统；Reed et al；模型；Kadlec & Knight；模型
1.前言
人工湿地是人为模拟天然湿地的一种水处理形式。由挺水和沉水植物、微生物和透水基质组成，能吸附和富集有毒有害重金属，生物降解有机污染物。同时，还能有效控制雨水径流，就地消纳、吸收和利用雨水。此外，人工湿地使用纯生物技术对污水进行净化，不存在二次污染。以水生植物、水生花卉为主要处理植物，具有良好的生态景观效果，因此，用人工湿地处理污水除在农村地区显现出优势外，还适用于城市污水处理、垃圾渗沥液处理、水源及景观用水保护等领域中。
很多国家在人工湿地的设计上都有着不同的规定和做法。本文将通过对中国、美国、澳大利亚的设计流程及设计参数进行对比和分析，论述人工湿地在城市建设中的应用。
2.我国与美国、澳大利亚人工湿地设计的相似性
中、美、澳在人工湿地的设计在以下两个方面是相似的：
（1）一般工艺流程
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。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。
人工湿地系统一般工艺流程为：污水→ 预处理→人工湿地→出水。
（2）处理的主要污染物
人工湿地系统处理的主要污染物有生化需氧量（BOD5）、悬浮固体（SS）、化学需氧量（COD）、总氮（TN）、磷（P）、藻类、金属离子等物质。
3.我国与美国、澳大利亚人工湿地设计的差异性
中、美、澳在人工湿地的分类、主要设计参数、设计计算公式等方面有所不同。
（1）人工湿地的分类
中国人工湿地主要分为：表面流处理系统在外貌和功能上都与自然湿地最为相似，废水在土壤的上层水平流动，固态悬浮物被根系阻挡截留，通过湿地而沉淀，同时微生物也附着在植物的根茎叶上，发挥生物降解作用。水平潜流处理系统是指废水在基质层表面以下，水流从进水端水平流向出水端。底部厌氧，中部兼氧、上部好氧。垂直潜流处理系统是指水流从湿地表面纵向流入填料床的底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。
美国和澳大利亚在人工湿地的分类上除都含有表面流式人工湿地外，美国还有地下流式处理系统，其是指水平潜流处理系统和垂直潜流处理系统。而澳大利亚则有植载滤床式处理系统，其是一种以砾石作为植被填料，并将水保持在砾石表面下流动的人工湿地系统。
（2）人工湿地的主要设计参数
根据我国环境保护部颁布的《人工湿地污水处理工程技术规范》HJ2005-2010，主要设计参数如表1。
由表5可知，表面流式人工湿地的体积最小，潜流式人工湿地占地面积最小，而常用公式的计算结果大于公式1所得结果。尽管潜流式人工湿地占地面积小，但其存在出水不能完全达到排放标准的风险，因此常用公式计算出的表面流式人工湿地更适于该项目。
综上所述，将表3中Reed et al 模型所计算的结果与表5中常用公式计算的人工湿地的数据进行对比，可以看出，由常用公式计算出的人工湿地面积小于美、澳两国的计算结果。其原因主要有以下两点：
a）中国的常用公式与Reed et al 模型的计算公式相似，但在K20 和?的取值上，中国公式为固定常数，而美澳两国的模型中则是通过查询手册附录中的图表所得。
b）中国的常用公式只考虑了去除BOD5一种污染物所需的面积，而Reed et al 模型是尽可能将所有污染物全部去除（达到排放标准）所需的面积。
5.总结
总之，人工湿地作为一种新型的生态污水处理技术，应用时间较短，有必要更系统更准确地研究并完善其设计计算方法和优选设计参数。可以从以下两个方面考虑：1降低建设成本，2优选设计公式。在前一方面，建议注重选址，例如，根据土壤条件和适当的植被环境等因素选址，这样，可以有效降低建设成本。另一方面是全面的湿地设计，例如，湿地设计应该考虑到当地气候条件、水文条件，如环境温度、暴雨水强度等因素。我国人工湿地面积计算公式中，湿地面积仅与生化需氧量（BOD5）、水力负荷有关，忽略了孔隙率、水深和水温的影响，显然不够全面。另外，湿地的设计还应考虑到运行管理和检修维护等方面的因素。
随着我国城市化进程的加快，自然环境不可避免的遭到破坏，土壤沙漠化、气候恶劣、内涝等城市病逐渐显现出来。用人工湿地处理污水、恢复自然生态环境是行之有效的方法，同时结合生态建设、景观建设和海绵城市的建设，人工湿地有着不可忽视的广阔前景。
参考文献
[1] 中国环保部，《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ2005-2010）
[2] U.S.Environmental Protection Agency Office of Research and Development.Design Manual-Constructed Wetlands and Aquatic Plant Systems for Municipal Wastewater Treatment，1998.
[3] Department of Land water Conversation New South Wales，The construction Wetlands Manual Vol2.Orbit Pty Ltd，1998
[4] Wetlands of the Sydney Region，NATIONAL ESTATE GRANTS PROGRAM Project No.51，Ms Jay Stricker，1993
[5] Kadlec，Robert H，Scott D.Wallace，Treatment wetland，2nd，Boca Raton，CRC Press 2008
[6] WERF（2001）Natural Systems for Wastewater treatment，Manual of Practice FD-16，2nd Edition，Water Environment Federation，ISBN 1-57278-165-3
[7] 中国污水处理工程网，《人工湿地污水处理系统》2012-10-18
论文作者:康万立
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年5期
论文发表时间:2019/7/10
标签：湿地论文; 系统论文; 潜流论文; 污水处理论文; 公式论文; 中国论文; 污染物论文; 《建筑学研究前沿》2019年5期论文;