【摘要】①利用低能耗的人工濕地系統(tǒng)處理廢水在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。②人工濕地系統(tǒng)的構(gòu)造、類型及凈化機(jī)理，以樂陵躍馬河人工濕地為例，著重介紹了人工濕地系統(tǒng)的工藝流程。
【關(guān)鍵詞】人工濕地 廢水處理 潛流濕地 表流濕地
1、引言
隨著人口劇增、工業(yè)化及城市化進(jìn)程加速，水污染問題日趨嚴(yán)重， 保護(hù)水環(huán)境的任務(wù)變得越來越艱巨。在各種污水處理方法中，生態(tài)處理技術(shù)由于投資少、操作簡單、處理效果好、抗沖擊力強(qiáng)，同時可使污水處理與創(chuàng)建生態(tài)景觀有機(jī)結(jié)合起來，具有良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。該技術(shù)已逐步被越來越多的國家所接受，并廣泛予以應(yīng)用。人工濕地是借鑒自然濕地系統(tǒng)原理，由人工建造和監(jiān)督控制的濕地系統(tǒng)，利用生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等作用來實現(xiàn)對污水的高效凈化。
2、人工濕地的定義
人工濕地是指“人工筑成水池或溝槽，底面鋪設(shè)防滲漏隔水層，充填一定深度的基質(zhì)層，種植水生植物。利用基質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用使污水得到凈化”的一種工程構(gòu)造體。
3、人工濕地構(gòu)造
人工濕地幾何構(gòu)造一般是在一定長寬比及底面坡降的洼地中，按一定的坡度填充選定級配的填料(如石子)，通過在填料表層土壤中種植處理性能好、成活率高、生長周期長、美觀及經(jīng)濟(jì)價值高的水生植物，構(gòu)成一個濕地生態(tài)系統(tǒng)。對于不同的人工濕地類型，具體的構(gòu)造有差別，但主體仍是由主系統(tǒng)(人工濕地)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)(串聯(lián)或并聯(lián)的人工濕地)、輔助系統(tǒng)(預(yù)處理池、濾池、上水溝、貯存塘等)和集排水系統(tǒng)組成。濕地植物是整個濕地系統(tǒng)的重要組成部分，具有增加微生物附著(植物的根莖葉)，增加或穩(wěn)定土壤透水性的作用。濕地植物常常由挺水植物(如蘆葦、菖蒲、水蔥)、漂浮植物(如鳳眼蓮、綠萍)、浮葉植物(如水浮蓮、睡蓮、蓮藕、荇菜)和沉水植物(如金魚藻、菹草)構(gòu)成一個由低級到高級的植物生態(tài)系統(tǒng)，其穩(wěn)定、合理的結(jié)構(gòu)使整個系統(tǒng)即能有效抵抗水質(zhì)、水量變化造成的沖擊，又利于其分層多級地凈化污水。
4、人工濕地類型
按照進(jìn)出水布水的方式的不同，一般將人工濕地分為表流人工濕地（FWS）和潛流人工濕地（SFS）。
(1)表流人工濕地（FWS）
表流人工濕地基本特征主要是污水在土的上層流動，水面與空氣直接接觸。部分物質(zhì)被阻擋截留，大部分的有機(jī)物是由生物的生物膜降解去除。研究表明，這種類型的人工濕地比較適合處理污染物濃度不太高的污水。表流人工濕地對各類污染物的去除率都較好，效果比較穩(wěn)定。此外，污水中的營養(yǎng)元素以及被分解的有機(jī)污染物為植物和微生物的生長提供了營養(yǎng)物質(zhì)，增加了物種的豐富度。表流人工濕地的設(shè)計簡單，所需投資少，運(yùn)行過程的成本低；但負(fù)荷低，去污能力也有限。受自然氣候條件的影響大，占地面積大，污水直接暴露地表會產(chǎn)生臭味。
(2)潛流人工濕地（SFS）
潛流人工濕地的進(jìn)水方式是由上而下進(jìn)水，污水均勻進(jìn)入填料床底部，在濕地內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過后水經(jīng)過出水管排出。所以潛流濕地系統(tǒng)可以充分利用到植物根系以及富集在基質(zhì)表面的生物膜。根據(jù)水流向的不同，潛流人工濕地又能分為兩種：水平潛流和垂直潛流。垂直潛流人工濕地系統(tǒng)的水在填料床間基本呈從上到下的垂直流動方式，水流流過填料后均勻分布在出水端底部，而后排被出系統(tǒng)。對COD、TN的去除率較水平人工濕地高，抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，投資成本少、運(yùn)行費(fèi)用低。但是相對于水平潛流人工濕地，垂直潛流人工濕地去除有機(jī)物的能力較差，而且垂直潛流人工濕地設(shè)備要求高，運(yùn)行流程復(fù)雜。總的來說，潛流人工濕地受氣候影響比較小，建造的成本較高，基質(zhì)也很容易堵塞，從而造成表面上水流停滯，對系統(tǒng)的長期運(yùn)行并不利。?
5、人工濕地系統(tǒng)處理廢水機(jī)理
人工濕地系統(tǒng)由濕地單元與各種高、低生物和所處的開放式環(huán)境共同構(gòu)成了較完整、復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，是一種獨(dú)特的土壤、植物、微生物生態(tài)系統(tǒng)。在污水凈化過程中，系統(tǒng)充分利用自然凈化作用，結(jié)合物理、化學(xué)及生物作用，利用三者的協(xié)同關(guān)系，使廢水中的污染物得到較徹底的去除。
（1）生物作用
人工濕地系統(tǒng)處理污水主要依靠床體中的微生物膜。廢水通過人工濕地時，從配水系統(tǒng)進(jìn)入填料層。填料表層即土壤層是由氣生根、水生根和枯枝落葉等形成的根氈層，該層與植物莖葉為在填料表面和植物根系中生長的大量微生物提供附著生長表面，使其在上面形成微生物膜。植物根系具有輸氧功能，在根毛周圍、離根毛較遠(yuǎn)區(qū)及遠(yuǎn)離根毛區(qū)依次形成好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)。微生物在不同的區(qū)域，以廢水中的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)為養(yǎng)料，進(jìn)行好氧或厭氧代謝，從而去除水中污染物，其中好氧代謝為主要降解過程。
此外，植物吸收廢水中的某些物質(zhì)參于生物生產(chǎn)，進(jìn)行生物富積，從而去除廢水中的污染物質(zhì)。
（2）物理、化學(xué)作用
廢水流經(jīng)人工濕地時，廢水中的懸浮固體被填料及植物根系過濾截留，被截留固體在濕地的床區(qū)表面風(fēng)干、礦化，所含有機(jī)物質(zhì)在這一步被降解。
廢水中的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)除了被上述生化作用降解外，在周圍環(huán)境中，還通過微生物膜的物理化學(xué)吸附、化學(xué)沉淀或氧化還原作用去除，如磷、硫的去除。
5、實例分析
樂陵市躍馬河干渠人工濕地擴(kuò)建項目，日處理量10000m3/d，采用表流+潛流工藝，占地面積約30畝。本工程主要目的是解決躍馬河干渠水質(zhì)污染問題，污水經(jīng)樂陵市污水處理廠處理后進(jìn)入躍馬河干渠北側(cè)、云紅大街以東建設(shè)的本項目人工濕地區(qū)，處理達(dá)標(biāo)后排入躍馬河干渠。
工藝流程如下：
污水廠排水經(jīng)輸送管線依次進(jìn)入潛流人工濕地、表流人工濕地，處理后進(jìn)入河道。
潛流濕地采用水平潛流濕地，共分14個格，單個尺寸為20x20m，深度為1.5m，潛流濕地水力停留時間為29小時。
布水方式采用上進(jìn)下出和下進(jìn)上出兩種布水方式，防止出現(xiàn)意外情況時可切換使用。
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??????????????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ???????????????????????????????????????????????????? 潛流濕地植物為千屈菜、香蒲、黃花鳶尾、茭白交替種植
表流濕地占地約20畝，長寬比為9:1，水深為0.5-0.8m。建有景觀亭、花磚路、長椅、踏步石及假山，供行人觀賞、休息。
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6、結(jié)束語
人工濕地系統(tǒng)去除污染物質(zhì)是系統(tǒng)內(nèi)植物、微生物及其它生物與周圍環(huán)境構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)綜合作用的結(jié)果。作為一種污水處理實用新技術(shù)，具有“三低一高”(投資低，維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低、能耗低，污染物質(zhì)去除率高)，出水水質(zhì)好、抗沖擊力強(qiáng)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，有顯著的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，適合廣大農(nóng)村，中小城市的污水處理，應(yīng)用前景極其廣闊。