人工濕地技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展?jié)竦剞k人工濕地技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展.魏志剛.摘要:系統(tǒng)介紹了人工濕地污水處理技術(shù)的概念、結(jié)構(gòu)、功能、分類、在國(guó)內(nèi)外的研究應(yīng)用現(xiàn)狀人工濕地污水處理系統(tǒng)是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng),正不斷得到研究應(yīng)用和發(fā)展,具有投資低、出水水質(zhì)好、抗沖擊力強(qiáng)、增加綠地面積、改善和美化生態(tài)環(huán)境、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)這項(xiàng)技術(shù)適合我國(guó)國(guó)情，尤其適合廣大農(nóng)村、中小城市的污水處理,具有極其廣闊的應(yīng)用前景.關(guān)鍵詞:人工濕地.污水處理.污染物去除.表面流濕地.潛流濕地.立式流濕地.生態(tài)系統(tǒng).1.、前言隨著工業(yè)的發(fā)展，水污染的加劇，同時(shí)淡水資源短缺與人民生活水平提高之間的矛盾日益加劇，水環(huán)境保護(hù)的任務(wù)也越來越艱巨近年來，環(huán)境科學(xué)研究在迅速發(fā)展，正在積極探索水環(huán)境污染全球效應(yīng)問題，各種水處理污染的方法層出不窮，其中生態(tài)處理技術(shù)人工濕地技術(shù)由于其低投資，出水水質(zhì)好，抗沖擊力強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，建造和運(yùn)行費(fèi)用低(僅為傳統(tǒng)二級(jí)污水處理廠的1/10-1/2),維護(hù)方便，氨氮去除率高，同時(shí)可使污水處理與環(huán)境生態(tài)建設(shè)有機(jī)結(jié)合，在處理污水同時(shí)創(chuàng)造城市生態(tài)景觀等特點(diǎn)逐步被越來越多的國(guó)家接受，并廣泛應(yīng)用2、人工濕地的定義及分類21.人工濕地的定義用人工濕地(Constructed.wetland)來處理城市污水是發(fā)達(dá)國(guó)家近十年來才興起的生態(tài)處理法,它是為處理污水而人為地在有一定長(zhǎng)寬比和底面坡度的洼地上用土壤和填料(如礫石等)混合組成填料床，使污水在床體的填料縫隙中流動(dòng)或在床體表面流動(dòng)，并在床體表面種植具有性能好，成活率高，抗水性強(qiáng)，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，美觀及具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生植物(如蘆葦，蒲草等)形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)體系(1)人工濕地去除的污染物范圍廣泛，包括N.,.P.,.SS.,.有機(jī)物，微量元素，病原體等有關(guān)研究結(jié)果表明，在進(jìn)水濃度較低的條件下，人工濕地對(duì)BOD5的去除率可達(dá)8595，COD去除率可達(dá)80以上，處理出水中BOD5的濃度在10mg/l左右，SS小于20mg/l(2)廢水中大部分有機(jī)物作為異樣微生物的有機(jī)養(yǎng)分，最終被轉(zhuǎn)化為微生物體及CO2.,.H2O人工濕地面積可視情況而言，可在市郊結(jié)合部，也可在污水處理廠出水的附近建造一些人工濕地屬預(yù)處理型，在那些目前還不具備建造污水處理廠的城鄉(xiāng)結(jié)合部建造人工濕地，將生活污水排入，利用所種植物對(duì)其進(jìn)行處理，然后再排入自然水系，保護(hù)水體；還有些濕地屬于加強(qiáng)型，在污水處理廠附近建造人工濕地，將污水處理廠處理過的水引入，再經(jīng)過人工濕地的加強(qiáng)處理，提高其水質(zhì)，然后排入自然水系，作為其補(bǔ)充水源22.人工濕地的分類根據(jù)濕地中主要植物形式人工濕地可分為:1、浮游植物系統(tǒng);.2、挺水植物系統(tǒng)；3、沉水植物系統(tǒng)其中沉水植物系統(tǒng)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，其主要應(yīng)用領(lǐng)域在于初級(jí)處理和二級(jí)處理后的精處理浮游植物主要用于N.,.P去除和提高傳統(tǒng)穩(wěn)定塘效率目前一般所指人工濕地系統(tǒng)都是指挺水植物系統(tǒng)挺水植物系統(tǒng)根據(jù)廢水流經(jīng)的方式，可分為表面流濕地(SFW)、潛流濕地(SSFW)、立式流濕地(VFW)(3)表面流濕地和立式流濕地因環(huán)境條件差(易孳生蚊蟲)，處理效果受氣溫影響較大以及對(duì)基建要求較高，現(xiàn)多不再采用故人工濕地大部分采用潛流式濕地系統(tǒng)3、人工濕地在國(guó)外研究應(yīng)用發(fā)展自西德1974年首次建造人工濕地以來，各種不同的濕地在世界各地已被用來處理大量不同的廢水1996年9月在奧地利維也納召開的第四次國(guó)際研討會(huì)，標(biāo)志著人工濕地作為一種獨(dú)具特色的新型廢水處理技術(shù)已經(jīng)正式進(jìn)入水污染控制領(lǐng)域自由表面流濕地在歐洲發(fā)展緩慢瑞典1994年在Wittgren建一座處理6500PE，占地22公頃的自由表面流濕地在北美約200座濕地處理系統(tǒng)有2/3是自由表面流濕地，其中一半又是自然濕地自然濕地的大小從11000公頃，其中一半在10100公頃人工自然表面流濕地通常較小，60小于10公頃自然濕地水力負(fù)荷小于人工濕地系統(tǒng)水深范圍590cm，3040cm較普及最常用的預(yù)處理是兼性或好氧塘，表明許多濕地系統(tǒng)用于現(xiàn)行塘系統(tǒng)的精處理(4)地下潛流系統(tǒng)在歐洲應(yīng)用較多，有幾百座在丹麥，德國(guó)，英國(guó)等國(guó)家都至少有200個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行此技術(shù)還在快速發(fā)展，特別是在一些東歐國(guó)家絕大多數(shù)系統(tǒng)種植有蘆葦，也有種植其它濕地植物的在德國(guó)大多數(shù)系統(tǒng)介質(zhì)是土壤，人們認(rèn)為根的生長(zhǎng)和蘆葦根區(qū)會(huì)增加和穩(wěn)定導(dǎo)水性，但幾乎所有土壤系統(tǒng)都遇到表面斷流問題為保證潛流，英國(guó)和北美絕大多數(shù)采用礫石床雖有些礫石床也堵塞，但主要是由于預(yù)處理不足在歐洲此類系統(tǒng)趨向?qū)?000PE的鄉(xiāng)村級(jí)社區(qū)進(jìn)行二級(jí)處理；北美則趨向更多人口的高級(jí)處理在澳大利亞和南非則用于處理各類廢水美國(guó)EPA目前正在開發(fā)北美人工濕地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，地方數(shù)據(jù)庫(kù)在其它國(guó)家已存在，為減少重復(fù)勞動(dòng)和改良經(jīng)驗(yàn)濕地設(shè)計(jì)方法，所有這些濕地都應(yīng)通過公共數(shù)據(jù)庫(kù)使世界各地的工程師和科技人員能夠獲得這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)可減少建設(shè)低效濕地的風(fēng)險(xiǎn)兩種濕地的設(shè)計(jì)指南現(xiàn)已出版，但改良工作仍然需要，有必要更細(xì)致的研究不同地區(qū)特征和運(yùn)行數(shù)據(jù)以便在將來的建設(shè)中提供更合理的參數(shù)豎流濕地在歐洲許多地方投入運(yùn)行已有幾十年豎流系統(tǒng)至今未廣泛使用是因?yàn)槠湫枰?xì)致的建設(shè)和介質(zhì)選擇最近國(guó)際會(huì)議上有幾篇文章對(duì)豎流系統(tǒng)評(píng)價(jià)很高，目前世界上科技工作者正投入大量精力以改良人工濕地技術(shù)潛流系統(tǒng)的處理效率可通過選擇豎流系統(tǒng)，采用間歇負(fù)荷和合理選擇介質(zhì)而獲得提高，還可引入一些傳統(tǒng)處理技術(shù)的理論，如回流此外，不僅對(duì)豎流系統(tǒng)，對(duì)所有人工濕地系統(tǒng)都需深入研究以改良優(yōu)化工程設(shè)計(jì)參數(shù)，還需對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行能力和管理問題進(jìn)行研究人工濕地不僅可用于城市和各種工業(yè)廢水的二級(jí)處理，還可用于高級(jí)處理中的精處理和對(duì)農(nóng)田徑流的處理在有些情況下，人工濕地可能是唯一使用的技術(shù)(3)4、人工濕地在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展41.深圳白泥坑人工濕地處理系統(tǒng)我國(guó)自“七五”開始對(duì)人工濕地的研究，已建成一些示范工程，并于1990年7月在深圳建起我國(guó)第一個(gè)人工濕地污水處理工程白泥坑人工濕地處理系統(tǒng)白泥坑人工濕地污水處理系統(tǒng)位于深圳市寶安縣百泥坑村南500m處水系沿山角流向海灣屬海洋性氣候占地面積189畝，日處理量3100m3/d廢水其處理流程見圖1:(2)圖1.深圳百泥坑人工濕地處人工濕地及氧化塘系統(tǒng)各單元的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1:(2)表1.深圳百泥坑人工濕地系統(tǒng)各單元的設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)目.單元數(shù).長(zhǎng)(m).寬(m).碎石粒徑(mm).碎石層厚(cm).池底坡度.(%).水力負(fù)荷(m3/m2d).第一級(jí)第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí).3233.42473031.111251851919.10501030510.4010050120150(水深)60-100.1,15,2020,30005,10,10.954954(停留一天)1007.經(jīng)過近兩年的試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn),出水效果較好除氨氮指標(biāo)效果不明顯外;其余指標(biāo)均能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的二級(jí)處理排放標(biāo)準(zhǔn)該工程無動(dòng)力消耗,管理較方便,除每月作一次水質(zhì)監(jiān)測(cè)外,平時(shí)無需其它管理從外觀看,進(jìn)水水質(zhì)略顯渾濁,但無色無臭,是一個(gè)村鎮(zhèn)排出的生活污水及少量村辦企業(yè)的廢水匯合而成其運(yùn)行費(fèi)用為002元/m3僅為傳統(tǒng)活性污泥法的10深圳百泥坑人工濕地處理系統(tǒng)與其它污水處理廠的比較見表2:(2)表2.深圳人工濕地系統(tǒng)與其它污水處理廠的經(jīng)濟(jì)比較工程名稱.總投資(萬元).單位污水投資額(元/m3).年運(yùn)行費(fèi)用(萬元).噸水處理成本(元/m3).單位污水用地(m2/m3).深圳某廠蛇口某廠珠海某廠海南某廠白泥坑.33001500547429.660833574138.100100100365約20.020020020020002.267120120279.從表2可以看出，人工濕地的工程總投資，處理單位污水的投資額，年運(yùn)行費(fèi)用及單位污水的處理費(fèi)用均比其它傳統(tǒng)方法的費(fèi)用低得多42.山東膠南市污水處理廠膠南市位于山東半島西南部，其市區(qū)三面環(huán)山，一面臨海其排水系統(tǒng)多采用雨污分流制，工業(yè)廢水與生活污水量之比為1:4，工業(yè)廢水主要來源于造紙，化工，印染，紡織，食品加工，釀造，橡膠，熱電等企業(yè)以處理污水量61x104m3/d計(jì)，在建造污水處理廠前對(duì)各種處理流程進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，見表3(5)表35種污水處理工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較工程名稱.特點(diǎn).工程投資(億元).運(yùn)行費(fèi)用(萬元/a).處理成本(元/m3).耗電量(kwh)/m3.占地面積(hm2).AB法.可有效去除有機(jī)物，對(duì)N,P去除率高.073.876.04.036.14.氧化溝.可有效去除有機(jī)物，對(duì)N,P去除率高.058.700.032.033.22.傳統(tǒng)活性污泥法.可有效去除有機(jī)物，對(duì)N,P去除率低.066.788.036.040.14.一級(jí)處理排海法.082.296.014.025.8.蘆葦濕地法.可有效去除有機(jī)物，對(duì)N,P去除效果較好，占地面積大.021.164.008.015.80.由表3可以看出,蘆葦濕地處理工藝具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低和便于管理等特點(diǎn),而膠南市風(fēng)河下游北岸的大片鹽堿荒灘恰好可滿足該工藝占地面積大這一要求,因此蘆葦濕地處理工藝成為最終選擇建成的膠南污水處理廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模為61043/,總投資為3000萬元,占地面積為7672,全部為鹽堿荒灘工藝流程見圖2(5)圖2污水處理廠工藝流程所采用的人工濕地為地表流蘆葦濕地，該濕地系統(tǒng)的濕地有效占地為4433hm2，水力負(fù)荷為135cm/d，由99小塊蘆葦濕地田組成，每小塊長(zhǎng)為140m，寬為32m，并聯(lián)運(yùn)行人工濕地的運(yùn)行效果，該廠污水處理量為(0714)10/,進(jìn)水中的為10002000/、5為450700/、為7001500/污水經(jīng)過預(yù)處理后去除率達(dá)70%以上,去除率達(dá)25%以上,5去除率達(dá)20%以上,這大大減小了濕地田的負(fù)荷濕地田進(jìn)、出水指標(biāo)見表4(5)表4預(yù)處理后蘆葦濕地田進(jìn)、出水指標(biāo)/表4表明,該廠的運(yùn)行情況良好,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)此外,濕地內(nèi)鷗鷺、燕鵲棲息葦田,行人游客駐足觀光,其生態(tài)效益可見一斑43.內(nèi)蒙赤峰市寧城污水處理廠寧城污水處理廠是赤峰市建委及寧城縣建設(shè)局承擔(dān)的國(guó)家建設(shè)部下達(dá)的“八五”科技研究重點(diǎn)課題“人工濕地污水處理技術(shù)在我國(guó)北方地區(qū)的研究和應(yīng)用”的項(xiàng)目,該項(xiàng)目曾于1997年6月通過國(guó)家建設(shè)部科技司主持的技術(shù)鑒定,并于1998年6月將該項(xiàng)成果予以推廣其工藝流程為原污水通過格柵,通過集水井、沉淀池,進(jìn)入一級(jí)碎石床后,再進(jìn)入二級(jí)碎石床,從二級(jí)碎石床流出處理水,排入天然河道在一級(jí)碎石床栽植蘆葦，在二級(jí)碎石床栽植香蒲采用此工藝處理每噸污水需土建費(fèi)用42700元,維護(hù)費(fèi)用006元,占地面積36m2人工濕地污水處理技術(shù)的應(yīng)用,有效地改善了東小河的生態(tài)環(huán)境,東小河下游的居民從此遠(yuǎn)離了惡臭和蚊蠅改變了東小河的環(huán)境,提高了居民的生活質(zhì)量5、結(jié)束語人工濕地污水處理系統(tǒng)是一個(gè)綜合的生態(tài)系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn):建造和運(yùn)行費(fèi)用便宜;易于維護(hù),技術(shù)含量低;可進(jìn)行有效可靠的廢水處理;可緩沖對(duì)水力和污染負(fù)荷的沖擊;可提供和間接提供效益,如水產(chǎn)、畜產(chǎn)、造紙?jiān)?、建材、綠化、野生動(dòng)物棲息、娛樂和教育但也有不足:占地面積大;易受病蟲害影響；生物和水力復(fù)雜性加大了對(duì)其處理機(jī)制、工藝動(dòng)力學(xué)和影響因素的認(rèn)識(shí)理解，設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)不精確，因此常由于設(shè)計(jì)不當(dāng)使出水達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或不能達(dá)標(biāo)排放，有的人工濕地反而成了污染源另外，據(jù)已有數(shù)據(jù),當(dāng)上下表面植物密度增大時(shí),.人工濕地系統(tǒng)處理效率提高,在達(dá)到其最優(yōu)效率時(shí),需個(gè)生長(zhǎng)周期，所以需建成幾年后才達(dá)到完全穩(wěn)定的運(yùn)行因此，目前人工濕地技術(shù)最大問題在于缺乏長(zhǎng)期運(yùn)行系統(tǒng)的詳細(xì)資料總得來說,.人工濕地污水處理系統(tǒng)是一種較好的廢水處理方式，特別是它充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力,防止環(huán)境的再污染,獲得污水處理與資源化的最佳效益，因此具有較高的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益,比較適合于處理水量不大、水質(zhì)變化不很大、管理水平不很高的城鎮(zhèn)污水,如我國(guó)農(nóng)村中、小城鎮(zhèn)的污水處理人工濕地作為一種處理污水的新技術(shù)有待于進(jìn)一步改良，有必要更細(xì)致地研究不同地區(qū)特征和運(yùn)行數(shù)據(jù)以便在將來的建設(shè)中提供更合理的參數(shù)參考文獻(xiàn):(1)白曉慧，王寶貞,等人工濕地污水處理技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展，哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第32卷第6期:89-90(2)沈耀良,等新型廢水處理技術(shù)人工濕地J污染防治技術(shù),1996，9(1-2):1-8(3)Hans.Brix.Use.of.constructed.wetland.in.water.pollution.control:.historical.development,.present.status,.and.future.perspectives.J.Wat.Sci.Tech,.