人工湿地及其研究进展

图 ３ 直 流湿 地 示 意 图 垂
３ 人工湿地 的 净化机理
３１填料 、植物和微生物在人工湿地系统中的作用 ． （ ）填 料 １ 人工湿地 中的填料又称滤料 、 基质 ，一般 由土壤 、 细沙 、 粗砂 、 砾石 、碎瓦 片或灰渣等构成 。填料 不仅为植物 和微 生物提供生长 介质 ，还通过沉淀 、过滤和吸附等作用直接 去除污染物。 （ ２）植物 湿地 中生长的植物通 常称为湿地植物 ，包括挺水 植物 、沉水 植 物 和 浮 水 植 物 。大 型挺 水 植 物 在 人 工 湿 地 系 统 中主 要 起 固 定 窗 体 表面 、提供 良好 的过滤条件 、防止湿 地被淤泥淤塞 ，为微 生物
图２ 水平潜流湿地示意图 （ ）垂直流相 结合的一种新 型湿地 ，见图 ３ 。渗透 湿地采取地表布水 ，污水经水 平渗滤 ，汇人集水 暗管或集水 沟出流。通过地表 与地下渗滤过程 中发生的物理 、化 学和生物反应使 污水得到净化 。垂直 流湿地床 体 处 于 不 饱 和状 态 ，氧 通 过 大 气 扩 散 与 植 物 根 系 传 输 进 入 湿 地 ， 消化能力强 ， 适于处理氨氮含量 高的污水 ， 但处理有机物能力欠佳 ， 控制复杂 ，落干 ／ 淹水 时间长 ，夏季易滋生蚊蝇 。
２ 工湿地 的类型 人
按照系统布水方式 的不同或水在系统 中流动方 式的不 同，一
般 可 将 人工 湿 地 分 为 三种 类 型 ： （ ）表 面 流 湿 地 １ 图 １ 示为表面流湿地 。向湿地 表面布水 ，维持一定 的水 层 所 厚度 ，一般为 ｌ－ ０ ｍ，水流呈推流式前进 ，整个湿地表面形成 一 Ｏ ３ｃ 层地表水流 ，流至终端 而出流 ，完成整个净 化过程。污水流人湿 地后 ，在流动过程 中与土壤 、植物 ，特别是与植物 根茎部生长 的 生物膜接触 ， 通过物理的、 化学的以及生物的反应过程而得到净化 。 表面流湿地类似于沼泽 ， 不需要沙砾等物质作填料 ， 因而造价较低 。 它操作简单 、 运行费用低。但 占地大 ，水力负荷小 ，净化能力有限。 湿地 中 的 ０ ２来 源 于水 面 扩散 与植 物 根 系 传 输 ，系统 受 气 候 影 响 较 大 ，夏 季 易 滋生 蚊 蝇 。
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提供 良好 的根 区环境 以及冬 季运行支 承冰面 的作用 。人工 湿地 中 的植物一 般应具有 处理性 能好 、成活 率高 、抗 水能力强 等特点 ， 且具有 一定 的美 学和经济价值 。
（ ３）微 生物
级处 理水平 。１９ 年 由武钢大冶铁矿 承建 ，湖北省环保 所 、大 ” ９３ 冶 铁矿 、黄石 市环境监 测站合作 在大冶铁 矿炸药 车间建立 面积为
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人 工湿 地及其 酮 夯进 展
郭 宏 ／ 长 集 团永 宁采 油厂 ６ 站 延 ≠ ≠
［ 摘 要 ］本文介 绍了人工湿地的概念 、类型 ，同时分析 了人 工湿地对污染物的去除机理 ，并对人工湿地系统在 国内外 的应用现状 及发展情趋势况进行 了综述。 ［关键 词 ］污 水 人 工 湿 地 发 展
２０ ０ ｍ２的中试性人工 湿地 ，用 于处理 铁矿炸药 车间排 放的含 氮污 水 【２。 ｌ］
微 生物是人 工湿地净化 污水不可 缺少 的重 要组成部 分。随着 ５ 人 工湿地 系统 的发 展趋 势 污水不 断进入人工湿地 系统 ，某些微生物 的数量将随之逐渐增加 ， ５１ ．加强污水净化机理研究 并随季节 和作物生 长情况呈 规律性变 化。人工湿地 系统 中的微生 人 工湿地作 为一项新 的污水处 理技术 ，对其处 理机理 、影响 物主要 去除污水 中的有机物 质和氨氮 ，某些难 降解 的有机 物质 和 因素认识还 没有十分 全面 ，因此 经常 由于设计不 当使 得 出水 达不 有 毒物质 可以通过微 生物 自身的变异 ，达到吸 收和分解这些 有机 到要 求或不能 达标排放 ，有 时人工湿地 甚至还会 成为污染源 ” ， 物质 和有毒物质 的 目的。 所 以要进行深入研究 ，使其发挥 良好作用。 ３２人Ｔ湿地系统净化污水 的作用机理 ． ５ 开发数据库和设计指南 ． ２ （ 悬 浮物 的去 除 １） 由于各地 的气候条件 、湿地规模 、负荷率 、几 何布置 、植 物 通 过过滤 和沉 淀 ，污水 中可沉降性 污染物被 快速截 留去除 ， 种类 构成及废水 的类型 构成等变化 很大 ，因而对人工 湿地很难有 而悬浮性 固体则通过微生物生长 、 湿地介质表面吸附等机理去除 ， 统一 的设 计和运行参数 。为此 ，美 国的 Ｅ Ａ 目前正大力开发北美 Ｐ 悬 浮固体 出水值一般低于 ｌｍｇ 。 Ｏ ／ Ｌ 的人 工湿地数 据库和地 方数据库 ，以减少 重复劳动 和改 良传统 的 （ ２）有 机 物 的去 除 设计 方法。此外 ，美 国 Ｅ Ａ 出版发行 了一些有 关湿地 的设计 导则 Ｐ 污水 中的有机 物包括颗粒 性有机物 和溶解性有 机物 。颗粒 性 和指 南 “ ，但 这只是初 步的一些 成果 ，还有 必要更 细致 地研究 有 机物通过沉 淀和过 滤可迅速去 除 ，而溶解 性有机 物则 同过微 生 不 同地区特征 和运行数 据 ，以便在将 来的建设 中提供 更合 理 的参 物作用 降解 。微生物降解有机物又可分为好氧降解和厌氧降解。 数。 （ ３）氮 的去 除 ５ ３发展 中国家应用湿地技术潜力巨大 湿地 系统 中的氮的去除 分三部分 ：微 生物转化 、植物 吸收和 大部分发 展 中国家 都具有温 带或亚热 带气候 ，利 于形 成较好 介质吸收 。 的湿地系统 。 （ ４）磷 的去除 ５４改 良人工湿地技术 ． 污水 中多 以无 机磷形式存 在 ，人工湿 地主要靠 土壤或介质 吸 人工湿 地技术 目前 仍然属 于一项热研究 但不十分 成熟的污水 附 、植物吸收和沉淀储存作为除磷主要机理。 处理技 术 ，世界各个 国家都 投入 了大量的精力 来对其 加以完善 、 （ ５）金 属 的 去 除 改 良，将 一些传统 污水处理 技术引 入人工湿地 。如北美湿 地公司 主要 去除机理 为离子交换 、植物吸 收 、化学沉淀 和微生物 氧 借鉴 污泥 回流技 术和鼓风 曝气开发 了循环湿地 工艺和通 风强化床 化后 的沉淀 。 工艺 。这 些工艺 目前 已被成 功应用 于数年前还 被认为不适 宜采用 ４ 人工湿 地污 水处 理技 术 的研 究 现状 人工湿地处 理污水 的地 区 （ 气候太冷或污水浓度太高 ）［］ 了对 １ｏ除 ６ ４１ ． 国外研究 现状 现有 的人 工湿地 系统进行研 究以改 良和优化工 程设计参 数外 ，对 运用 人工 湿地 处理 污水 可追 溯到 １０ ９ ３年 ，建在 英 国约克 郡 系统的长期运行 能力和管理问题 也正在得 到深入研究 。 Ｅ ｒｙ的这个被认为世界上第一处 用于处理污水的人工湿地 连续 运 ａｂ ６结 语 行直 到 １９ ９ ２年 【】 ９ ３年 ，德 国 的 Ｍａ ｌ ｃ ３，１５ ｘＰａ ｋ研究 所首 例采用 ｎ 人工湿地 系统是一个 完整的生 态系统 ，它形 成 了内部 的 良好 人工湿地净化污水 ，该研究所 的 Ｓ ｉｅ博 士在研究 中发现芦 苇能有 循 环并具 有较好 的生态效益 和经济��
ｌ引言 随着工业 的发展 ，水污染 的加 剧 ， 环境保护 的任务 也越 来 水
越艰 巨。湿地处理 工艺作为一种 自然 生物处理方法 ，利用 闲置 盐 碱 地 ，具 有 投 资 少 、运 行 管 理 简 单 、 费用 低 ，处 理 后 出 水 水 质 稳 定 的特点 。污水直 接资源化可利用净水 沟进行淡水养殖 ，水生植 物种植，能获得一定的经济效益 … 。在环境领域 ，人工湿地处理 污 水 的研究与应用越来越 广泛 ，在污水沿一定 方向流动的过程 中， 主要里利用湿地的 自然 生态系统 中的物理 、化学 、生物三重协 同 作用 ，通过过滤、吸附 、共沉 、离子交换 、 植物 吸收和微生物分解 ， 来实现对污水的高效净化。
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图 １表面流湿地 系统示意图 （ ）水 平 潜 流 湿地 ２ 水 平潜流湿地 由土壤 、植 物 （ 如芦 苇 、香蒲等 ）和微生物组 成 ，见 图 ２ 。床底有隔水层 ，纵 向有坡度 。进水端沿床宽构筑有布 水沟 ，内置填料。污水从 布水 沟投入床 内，沿介质 下部潜流呈水 平渗滤前进 ，从另端 出水 沟流出。在出水端砾石层底 部设置多孔 集水管 ，可与能调节床 内水位的 出水管连 接，以控制 、调节床 内 水位 。水平潜流湿地可由一个或多个填料床组成，床体填充基质 ， 床底设 隔水层 。水力 负荷与污染负荷较大 ，对 Ｂ Ｄ Ｏ 、Ｓ 及 Ｏ 、Ｃ Ｄ Ｓ 重 金 属 等 处理 效 果 好 ， 源 于植 物 根 系 传 输 ， 有 恶 臭 与蚊 蝇 现 象 ， 氧 少 但控制相对复杂 ，脱氮除磷效果欠佳。