湿地的原理

第２４卷第２期　哈尔滨商业大学学报（自然科学版）　Ｖ。１．２４　Ｎｏ．２　２００８年４月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｒｂｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｅｒｃｅ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ａｐｒ・２００８　

人工湿地污水处理技术原理与数学模型　

谭学军　，唐　利　，周　琪　（１．上海市政工程设计研究总院，上海２０００９２；２．同济大学环境科学与工程学院，上海２０００９２）　摘要：介绍了人工湿地基质、植物和微生物去除污染物的机理与研究现状，着重从植物对基质的影　响、植物的气体输送及根际氧气释放、植物对污染物的摄取、植物对碳源的释放、植物蒸腾作用等角　度，探讨了植物在污染物去除过程中的作用；根据人工湿地数学模型的发展历程，依次介绍了衰减方　程、一级ｋ—Ｃ　动力学模型、Ｍｏｎｏｄ动力学模型和箱式机理模型的构建方法，分析了各种人工湿地数　学模型的特点和约束条件，指出机理模型是未来人工湿地数学模型研究的发展方向．　关键词：人工湿地；污水处理；污染物；去除机理；数学模型　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—０９４６（２００８）０２—０１５６—０５　

Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔｌａｎｄ　ｆ０ｒ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ＴＡＮ　Ｘｕｅ－ｊｕｎ　’＿．ＴＡＮＧ　Ｌｉ　，ＺＨＯＵ　Ｑｉ　（１．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎ￣ｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｍａｔｒｉｘ，ｐｌａｎｔｓ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ　ｏｎ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｒｅ—　ｍｏｒａｌ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔｌａｎｄ　ｉＳ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａ　ｃｌｏｓｅｒ　ｌｏｏｋ　ｗｏｕｌｄ　ｂｅ　ｔａｋｅｎ　ａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ｏｆ　ｐｌａｎｔｓ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅｙ　ｒｅｍｏｖｅｄ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ　ｆｒｏｍ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｒｏｏｔ　ｇｒｏｗｔｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍａｔｒｉｘ，ｇａｓ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｉｎ　ｈｅｌｏｐｈｙｔｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｏｆ　ｏｘｙｇｅｎ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅ，ｔｈｅ　ｕｐｔａｋｅ　ｏｆ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｂｙ　ｐｌａｎｔｓ，ｔｈｅ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ｂｙ　ｐｌａｎｔｓ，ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ．　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔｌａｎｄ，ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ｅｑｕａｔｉｏｎ，ｋ—　Ｃ　ｆｉｒｓ—ｏｒｄｅｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｍｏｄｅｌ，Ｍｏｎｏｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｍｅｒｉｔｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｍｏｒｅ　ｅｆｆｏｒｔｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｐａｉｄ　ｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔｌａｎｄ　ｍａｔｈｅｍａｔ—　ｉｅ　ｍｏｄｅｌ，　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔｌａｎｄ；ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ；ｒｅｍｏｖａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ　ｍｏｄｅ】　

人工湿地中植物的修复作用原理与应用实例

摘要：随着我国经济建设的快速发展，包括水资源在内的环境污染问题变和愈发严重，水体富营养化等污染消息层出不穷。如何利用好人工湿地中的植物修复功能，对污染的水体进行集中处理，实现景观设计与环境保护的优势互补，有效推动污染防治工作的深入发展。本文拟以我国广东省佛山市绿岛湖湿地公园为例，对植物修复作用原理与应用进行深入分析，探索如何更好地发挥人工湿地中植物的修复作用，以期为提升城市绿色发展水平提供有价值的参考。

关键词：人工湿地；植物修复作用；应用实例

当前，随着我国经济建设的快速发展，自然资源特别是水资源方面逐渐显现出了严重的污染和匮乏问题。为应对水资源的短缺与污染，社会各界都在研究探索物理、化学和生物等方面的应对举措。其中，人工湿地中植物在水污染防治过程中，具有十分显著的效果，并且是当前绿色发展理念非常地契合，有着比较广阔的研究空间与应用前景。构建包括水体、基质以及动植物在内的人工湿地，设计出复杂而富有成效的生态净化系统，对于水资源的保护和污染治理有着重要作用。

一、人工湿地的植物修复原理

人工湿地是指在自然湿地的基础上，融入人工的设计和改造技术，使其在保留自然原貌基础的同时，更加具有多样化的功能（图1）。

图1 人工湿地的基本布局

人工湿地的主要目的，就是加强自然湿地对于环境污染的抵抗能力，同时增强其缓解甚至修复环境污染的功能。其发挥环境修复作用的主要构成部分，包括为石块、砂粒、土壤等基质部分，湿地植物以及微生物。其中，湿地植物是水污染修复的核心部分，生物的多样性、稳定性、环境适应性等，都会对污水处理的效果产生明显的影响。其修复原理主要有以下几种：

第一，植物修复的物理学原理。植物的水污染修复方式之一，就是借助其根茎部位保持住水土，使人工湿地的水床更加稳定、水速更加平缓，从而有助于水中悬浮颗粒污染物的沉降。特别是人工湿地中种有大量的挺水植物与浮水植物，其面积广泛的根系可以形成一道密集的过滤网络，不仅有效控制住湿地水源的流速，还能够利用根系吸附住废水中的难溶胶体，使其能够更好地沉降到湿地底部。有研究表明，植物的根系以及附在根系上的细菌可以有效吸附有机物与重金属，使其沉降到水底，避免随着水流而流入重要水体。

人工湿地的原理是什么

湿地的减少和功能退化，不仅对我国的生态环境造成严重破坏，不利于人与自然和谐发展，而且江河湖泊水质恶化和可利用淡水资源的减少也直接威胁到我国水资源供给安全，进而影响到整个经济和社会可持续发展，甚至危及人类的生存。那么人工湿地的原理是什么?

人工湿地生物净化技术的基本原理是：在一定的填料上种植等特选的植物，将污水投放到人工建造的类似于沼泽的湿地上。当富营养化水流过人工湿地时，经沙石、土壤过滤，植物根际的多种微生物活动，使水质得到净化。

人工湿地的显著特点之一是其对有机污染物有较强的降解能力。废水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留，进而被微生物利用，废水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解、去除。

人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，类似“自然沼泽地”但由人工建造和监督控制。是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣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。

一些人问：哪些方法对净化污水有作用?

曝气生物滤池对净化污水有作用

。这种方法属于生物膜法，它有四大特点，即①滤料大于滤池的表面积，而且孔隙率较高，这不仅有助于微生物的接种挂膜，还可以促进其生长，使得滤池内有足够的生物量;②由于滤料有较大的面积，气泡可以较长时间内滞留在空隙中，这就使得硝化菌可以获得足够的氧气，最终达到有效的脱氮目的;③滤池具有生物吸附的功能，所以它可以去除一些污染物，从而减少出水中的悬浮物含量;④，由于部分滤池运行时水流由上而下，曝气空气由下而上，所以滤料对曝气上升气泡有切割和阻挡作用，延长了气泡的停留时间，同时扩大了气液的接触面积，最终提高了氧气的利用率。总的来说，这种净化方法有很强的去污能力。

为了用水安全，我们应撑握些水污染安全小知识，同时还可以用便携净水器将水处理使用，这样更有利于健康用水。

第８卷第１期　２０１０年２月　南水北调与水利科技　Ｓｏｕｔｈ－ｔｏ－Ｎｏｒｔｈ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｅｒｓ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．８　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２０１０　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—１６８３．２０１０．０１．０３３　

衡水湖湿地生　态系　统恢复原理与方法　

张学知　

（河北省衡水水文水资源勘测局，河北衡水０６３０００）　

摘要：由于衡水湖流域上游建设了大量水利工程，使衡水湖入湖水量逐年减少，最终导致干涸。自２０００年河北省政府　

批准建立衡水湖省级自然保护区，由外流域调水与本地水资源联合调度水资源，开始实施对衡水湖湿地的恢复。通过　

对衡水湖湿地生态系统恢复的原则、原理和方法进行分析，衡水湖湿地生态恢复方法采用外流域调水补充水源、利用　

水生植物控制湿地营养物质的措施、利用种子库、植物繁殖体等途径恢复植被等措施。确定恢复目标为恢复湿地功　

能、保护野生动物、恢复传统景观等，并对恢复后的衡水湖生物多样性进行评价，探讨湿地恢复过程中的具体问题，为　

北方干旱地区湿地生态恢复提供参考依据。　

关键词：湿地生态恢复方法；湿地恢复目标；功能评价；衡水湖　

中图分类号：Ｘ１７１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２　１６８３（２０１０）０１—０１２２　０４　

Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｗｅｔｌａｎｄ　Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｅｎｇｓｈｕｉ　Ｌａｋｅ　

ＺＨＡＮＧ　Ｘｕｅ－ｚｈｉ　（Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｓｕｒｖｅｙ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｈｅｎｇｓｈｕｉ　Ｃｉｔｙ，Ｈｅｎｇｓｈｕｉ　０５３０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ａ　ｌａｒｇｅｒ　ｎｕｌｒｔｂｅｒ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｐｒｏｉｅｃｔ　ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　Ｈｅｎｇｓｈｕｉ　Ｌａｋｅ，ｔｈｅ　ｅｎｔｅｒｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｖｏｌｕｍｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｇｅｎｅｒａｌｌｙ，ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ　ｄｒｉｅｄ　ｕｐ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｈｅｎｇｓｈｕｉ　Ｌａｋｅ　ｗｅｔｌａｎｄｓ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｏｕｔｅｒ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ａｒｅａ　ｔｏ　ｓｕｐｐｌｙ　ｗａｔｅｒ，ｕｓｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍａｒｓｈ　ｎｕｔｒｉｍｅｎｔ，ｕｓｉｎｇ　ｓｅｅｄ　ｓｔｏｒｅｒｏｏｍ，ｕｓｉｎｇ　ｐｌａｎｔ　ｂｒｅｅｄｉｎｇ　ｂｏｄｙ　ａｎｄ　ｓｏ　ｏｎ．Ｔｈｅ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｏｆ　ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ　ｗａｓ　ｔｏ　ｒｅｎｅｗ　ｔｈｅ　ｍａｒｓｈ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｐｒｏｔｅｃｔ　ｗｉｌｄ　ａｎｉｍａｌｓ，ａｎｄ　ｔｏ　ｒｅｃｏｖｅｒ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｌａｎｄｓｃａｐｅ　ａｎｄ　ｓｏ　ＯＩＬ　Ｔｈｅ　ｂｉｏ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ　Ｈｅｎｇｓｈｕｉ　Ｌａｋｅ　ｗａｓ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｏｆ　ｍａｒｓｈ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｏｆ　ｆｅｒ　ｔｈｅ　ｒｅ｛ｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍａｒｓｈ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏｒｔｈｅｒｎ　ｄｒｏｕｇｈｔ　ａｒｅａｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｏｆ　ｗｅｔｌａｎｄ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ；ｗｅｔｌａｎｄ　ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ　ｇｏａｌｓ；ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；Ｈｅｎｇｓｈｕｉ　Ｌａｋｅ