人工湿地在污水处理中的应用

人工湿地在污水处理中的应用　秦立强王婷婷　（德州市环境保护科学研究所　山东德州　２５３０３４）　

摘要　综述各类人工湿地的类型。包括自由水面流人工湿地、潜流人工湿地和混合动力人工湿地对城市污水处理的效　果．并对人工湿地的成本和土地需求进行严格的评估　关键词人工湿地废水处理　系统　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—９０６４（２０１４）０５—０５８—０２　

无法获得足够的清洁水已经成为影响人类健康最普遍　的问题。并且在未来几十年用水问题可能进一步恶化…。随着　用水需求不断增加而水资源不足．表现在许多发展中国家不　同来源的水（如地下水）已经过度开发。这种短期策略很可能　对环境产生不利影响．如地面沉降．盐水入侵和生态系统恶　化。此外．许多发展中国家的城市在兴建及管理污水处理设　施方面也普遍比较落后。生态技术，如人工湿地污水处理是　对环境的保护和恢复以及创新的解决方案［２＿。人工湿地　（ＣＷＳ）包括多个工程化废水处理系统的处理模块．包括生　物、化学和类似于在自然处理过程中发生的物理过程。人工　湿地已成功地用于减轻废水对环境的污染．如去除各种各样　的有机污染物。悬浮物、病原体、金属离子和营养素以及制药　和个人护理产品　。由于较高的去除效，成本较低，操作简　单．潜力巨大和养分再利用．人工湿地已日益成为用于废水　处理的技术　本研究对人工湿地当前应用状态进行全面论　述．重点讨论的是不同类型的人工湿地在宏观层面的表现和　成本与土地空间要求对人工湿地的影响。　１集中式与分散式污水处理系统　集中式污水处理系统已被认为是水污染控制的最佳解　决方案．已盛行于许多工业化国家。水处理的基本理念是将　污水排出城市以减少公众健康的风险。在很大程度上．这种　集中式污水处理方法可以非常有效地解决卫生问题【４］　但　是．集中式污水处理的方法需要高资金成本．在处理中过度　依赖水处理技术．这对于人口密度低的地区不是很适用。的　确．提供大量的清洁水和处理大量废水意味着大量的投资是　必需的。因此，构建集中式处理系统，对于低收入小型农村社　区或郊区的人们是一种负担。在我国可持续的污水处理系统　应侧重于用最少的投资和不太复杂的操作要求满足当地的　需要。　发展中国家应侧重于满足当地最少的投资和简单的操　作需求　分散式污水处理系统应用现场和集群系统的组合已　成为一个解决供水和卫生问题的可行方法。该方法由于其更　灵活．生态更可持续．较少的资源密集等优点，可被应用于社　区。农村，以及工业．商业和住宅等　。　２人工湿地的特点　在过去的几十年里．人工湿地成为人们公认的废水处理　方法　这是由于它们具有较高的污染物去除效率，操作维修　方便，能耗低等优点。在发展中国家。人工湿地已用于处理生　活污水．并越来越多的应用于处理其他类型的废水．如工业　废水，农业废水，湖河水。污泥流出物．采油废水，糖厂废水，　医院污水．实验室废水，垃圾填埋场渗滤液和农业径流。大部　分发展中国家有温暖的热带和亚热带气候．温暖的气候有利　于人工湿地植物的生长和微生物活性的提高．很大程度地提　高污染物处理效率［６］　３不同类型的人工湿地　人工湿地处理系统一般分为３类：自由水面人工湿地．　潜流人工湿地和混合型人工湿地　其中潜流人工湿地可根据　流型进一步划分为垂直潜流和水平地下流系统。　（１）自由水面人工湿地系统。系统是在水的表面上，通过　在水中的植物和相关的生物膜相复杂的相互作用产生的处　理工艺。像天然沧海桑田。自由水面人工湿地系统表现出的　生物学特性可以去除各种成分。使水质量提高。由于水层表　面附近是有氧的而更深的水域通常是厌氧的．自由水面人工　湿地系统通常用于处理０．４ｍ以上部分的水域．水力负荷率　在０．７～５．Ｏｃｍ・ｄ　范围内［　自由水面人工湿地能通过微生物有效地去除有机物。通　过过滤和沉淀去除悬浮固体。自由水面人工湿地可以使总悬　浮固体．化学需氧量，生化需氧量和病原体的去除率达到　７０％以上【８＿　氮的去除效率通常是４０％～５０％．这主要受很多　因素的限制，包括原水浓度，氮的化学形式，水温，季节，有机　碳可用性以及溶解氧的浓度［９］　磷的去除率大约维持在４０％　

～９０％．在自由水面人工湿地系统中除磷受限于水体和土壤　之间接触面积较／Ｊ￣，［１ｏ］　（２）潜流人工湿地系统。系统是利用可渗透介质设计的，　介质通常为砂．砾石或碎石。人们之前应用水平地下流系统　比垂直潜流要多一些．但是近日垂直潜流越来越流行。水平　地下流系统废水流入水平地下穿过粒状媒介，接触到好氧，　缺氧和地下厌氧的网络系统。在垂直潜流人工湿地系统中，　废水通过介质垂直被送人整个表面区域。潜流人工湿地系统　深度一般为小于０．６１ｘｍ．水力负荷率在２～２０ｅｒａ・ｄ　范围内。　水平地下流和垂直潜流系统生物需氧量的去除率分别是　７５．１０％和８９．２９％．化学需氧量的去除率分别为６６．０２％和　６４．４１％　生活污水通常不含有高浓度的难降解有机物，因此　大部分的有机物是不稳定并容易降解的。一般来说，在处理　

作者简介：秦立强（１９８８～），男，山东泰安人，本科学历，主要从事环境影响评价工作。　２０１４。Ｎｏ．５　０　污水性能上．垂直潜流系统要比水平地下流系统要好一些。　水平地下流人工湿地可以为反硝化提供良好的条件，但　是硝化过程不容易发生。而垂直潜流系统则可以去除ＮＨ，一　Ｎ．但脱氮效果不明显。垂直潜流系统和水平地下流人工湿　地的ＮＨ３－Ｎ去除率分别是７０．９％和２３．８％：ＮＯ　一Ｎ的去除率　分别是６７．７６％和４４．Ｏ８％＿９］　人工湿地除磷机制是废水与过　滤基材接触时被植物和微生物吸收，碎裂，浸出和矿化，垂直　潜流系统和水平地下流人工湿地的总磷去除率分别为　５９．６１％和６５．９６％．因此潜流人工湿地系统具有较大的磷去　除潜力Ｅ９］　（３）混合动力系统。由于不能同时提供好氧和厌氧的条　件．单一形式的人工湿地不能达到总氮的高去除效率。利用　自身的优点将各种类型的人工湿地组合成一个系统可以达　到较好的污染物处理效果　混合动力系统是由垂直潜流系统　和水平地下流人工湿地系统以分阶段的方式组合而成。垂直　潜流系统可以去除有机物和悬浮固体．并提供硝化过程．而　水平地下流人工湿地系统则可以完成反硝化过程和进一步　去除有机物和悬浮固体。混合动力系统的ＴＳＳ、ＢＯＤ　、ＣＯＤ、　ＮＨ　一Ｎ和ＴＰ的去除率比较高，分别为９３．８２％、８４．０６％、　８５．６５％、８０．１１％和５４．７５％［　‘　。　４成本和空间需求　（１）成本需求。在废水处理中传统的污水处理和增强污　泥活性是有效的。但这只能适用于人１２１稠密的城市。与此相　反．人工湿地可以应用于小社区。以降低其处理成本。虽然人　工湿地系统在建设成本上优势并不明显．但其处理和运行维　护成本要比那些常规污水处理厂低得多。在中国，人工湿地　的建设成本是１６４　４６０美元，ｍ，．这只占建污水处理厂费用　的１／３～１／２。此外．人工湿地系统的处理和运行维护成本是　Ｏ．００８２～０．０３９美元，ｍ　．而污水处理厂的相应费用是０．１１５１—　０．２４６５美元／ｍ３［１７］。在我国山东．一个池塘和湿地系统的运行　费用大概是８２美元，ｍ，．这大约是常规系统活性污泥工艺成　本的５０％。北京龙道河人工湿地的处理能力是２００ｍ３／ｄ～，其　建造费大约是０．０２美元／ｍ３，处理费用大约是０．０３美元／ｍ３，　这只占传统的污水处理厂费用的１／５ｔ￣ｓ］。　（２）空间需求。人工湿地处理系统通常比常规废水处理　系统需要更多的空间。在人口密集的地区．土地价格往往过　高．地价过高是制约人工湿地发展的主要因素。如果土地价　１５李．　查　境　格合适。人工湿地相对于其它污水处理系统要经济实用。据　报道，１个水平地下流系统的面积约为５ｍ２／６０ｍｇ／Ｌ　ＢＯＤ５　ｄ，　而１个垂直潜流人工湿地需要更少的土地．大约是ｌ～３ｍ２／６０　ｍｓ／Ｌ　ＢＯＤ５　ｄ［１Ｏ￣。有学者研究了一种新型混合动力人工湿地　系统．它是将垂直潜流和水平地下流人工湿地系统组合在一　起来处理城市废水．其混合动力系统需要土地面积为０．７Ｏ～　０．９３ｍ２／６０ｍｇ／Ｌ　ＢＯＤｓｄ．小于单一的水平地下流系统和垂直潜　流人工湿地所需土地＿１ｏ］　５结论　人工湿地是一种适合并可靠的废水处理技术．在我国处　理各类污水处理方法上最具有成本效益。本论述的重点是不　同类型的人工湿地处理各种污染物的性能　相比于单一的系　统．混合动力系统的优势是组合各种类型的人工湿地．实现　更高的处理效果。ＴＳＳ、ＣＯＤ和ＮＨ　一Ｎ的去除率分别是是　８５．６５％、９３．８２％和８０．１１％。相比于混合动力系统，垂直潜流　系统和水平地下流系统对　ｒＰ的去除率较高．分别为５９．６１％　和６５．９６％．相比于其它类型的人工湿地垂直潜流系统的　ＢＯＤ　去除率最明显为８９．２９％。　参考文献　１　柬志文，毕学军，曾军．人工湿地及其在我国小城市污水处理中的　应用．生态学杂志，２００３。２２（３）　２扬朝飞．中国湿地现状及其保护对策．中国环境科学。１９９５。（６）　３　白晓慧。王宝贞，余敏，等．人工湿地污水处理技术及其发展应用．哈　尔滨建筑大学学报，１９９９，３２（６）　４　Ｇｉｋａｚ　Ｐ，Ｔｃｈｏｂａｎｏｇｌｏｕｓ　Ｇ．Ｔｈｅ　ｒｏｌｅ　ｏｆ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ａｎｄ　ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍ　Ｍａｎａｇｅ，２００９，９０　５杨鲁豫，王琳．我国水资源污染治理的技术策略．给水排水。２００１，２７　（１）　６　Ｚｈａｎｇ　ＤＱ，Ｔａｎ　ＳＫ，Ｇｅｒｓｂｅｒｇ　ＲＭ，ｅｔ　ａ１．Ｎｕｔｒｉｅｎｔ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｉｎ　ｔｒｏｐｉｃａｌ　ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ　ｆｌｏｗ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔｌａｎｄｓ　ｕｎｄｅｒ　ｂａｔｃｈ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｆｌｏｗ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎ　Ｍａｎａｇｅ，２０１２，９６　７　Ｋａｄｌｅｃ，ＲＨ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｆｒｅｅ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ　ｔｒｅａｔ—　ｍｅｎｔ　ｗｅｔｌａｎｄｓ．Ｅｃｏｌ　Ｅｎｇ，２００９，３５（２）　８　Ｋａｄｌｅｃ。ＲＨ．Ｐｏｎｄ　ａｎｄ　ｗｅｔｌａｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｗａｔｅｒ　Ｓｃｉ　Ｔｅｃｈｎｏ１．２００３，４８　９　Ｖｙｍａｚａｌ，Ｊ．Ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔ—　ｌａｎｄｓ．Ｓｅｉ　Ｔｏｔａｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎ．２００７，３８０　１０　Ｖｙｍａｚａｌ，Ｊ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔｌａｎｄｓ　ｆｏｒ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：ｆｉｖｅ　ｄｅｃａｄｅｓ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．Ｅｎｖｉｒｏｎ　Ｓｃｉ　Ｔｅｃｈｎｏｌ，２０１　１，４５（１）