人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類(lèi)似的地面，將污水、污泥有控制的投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動(dòng)的過(guò)程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對污水、污泥進(jìn)行處理的一種技術(shù)。其作用機理包括吸附、滯留、過(guò)濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養分吸收及各類(lèi)動(dòng)物的作用。
凈化污水：
用人工筑成水池或溝槽，底面鋪設防滲漏隔水層，
填充一定深度的土壤或填料層，種植蘆葦一類(lèi)的維管束植物或根系發(fā)達的水生植物，污水由濕地的一端通過(guò)布水管渠進(jìn)入，以推流方式與布滿(mǎn)生物膜的介質(zhì)表面和溶解氧進(jìn)行充分的植物根區接觸而獲得凈化。人工濕地分為表面徑流人工濕地和人工潛流濕地。
人工濕地與傳統污水處理廠(chǎng)相比具有投資少、運行成本低等明顯優(yōu)勢，在農村地區，由于人口密度相對較小，人工濕地同傳統污水處理廠(chǎng)相比，一般投資可節省1/3—1/2。在處理過(guò)程中，人工濕地基本上采用重力自流的方式，處理過(guò)程中基本無(wú)能耗，運行費用低，污水處理廠(chǎng)處理每噸廢水的價(jià)格在1元左右，而人工濕地平均不到2毛。
因此，在人口密度較低的農村地區，建設人工濕地比傳統污水處理廠(chǎng)更加經(jīng)濟。
人工濕地在農村地區的使用效果也優(yōu)于傳統污水處理廠(chǎng)，首先人工濕地使用純生物技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)凈化，而污水處理廠(chǎng)則使用化學(xué)方法，因此污水處理廠(chǎng)在處理過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量富含有害化學(xué)成分的淤泥、廢渣影響環(huán)境，而人工濕地則不存在二次污染。其次人工濕地以水生植物水生花卉為主要處理植物，在處理污水的同時(shí)還具有良好的景觀(guān)效果，有利于改造農村環(huán)境。另外，人工濕地還擁有可持續的經(jīng)濟效益，在人工濕地上可選種一些具備凈化效果和一定經(jīng)濟價(jià)值較高的水生植物，在污水處理的同時(shí)產(chǎn)生經(jīng)濟效益。
人工濕地的運行管理也比污水處理廠(chǎng)簡(jiǎn)單、便捷，因為人工濕地完全采取生物方法自行運轉因此基本不需專(zhuān)人負責，只需定期清理格柵池、隔油池、每年收割一次水生植物即可。人工濕地中起主要處理作用的還是微生物，不是土壤的過(guò)濾作用，所以濕地設計中應包括防止濕地填料堵塞問(wèn)題、植物死亡問(wèn)題和過(guò)冬問(wèn)題。人工濕地服務(wù)年限一般按照10-15年計算，也就是說(shuō)設計比較完善的濕地系統15年以后才需要清理填料床，達到服務(wù)年限的人工濕地系統在清理填料床后，即可重新投入使用。另外，人工濕地的建設周期短，建設一座傳統污水處理廠(chǎng)和完成相關(guān)管道的鋪設往往需要一年以上，而人工濕地的平均建設周期在3個(gè)月以?xún)?，因此建設人工濕地見(jiàn)效更快。
結論：在人口密度較低、污染排放較少的農村地區，“人工濕地”生活污水處理設施有很多優(yōu)點(diǎn)，該處理設施充分利用農戶(hù)住房周邊的地形特點(diǎn)，因地制宜、實(shí)施簡(jiǎn)單，可造在住宅旁的空地上，也可利用水塘以及公園的景觀(guān)池改造；規?？纱罂尚?，可以二三十戶(hù)家庭共用一塊，也可以一戶(hù)人家造一塊；投資少，維護方便，且占地面積小，配合種植水生植物，還可達到美化景觀(guān)的效果。
凈化空氣：
SS的去除主要靠物理沉淀、過(guò)濾作用，BOD的去除主要靠微生物吸附和代謝作用，代謝產(chǎn)物均為無(wú)害的穩定物質(zhì)，因此可以使處理后水中殘余的BOD濃度很低。污水中COD去除的原理與BOD基本相同。
N、P去除人工濕地主要利用生物脫氮及植物吸收方法。
作用機理：對污染物的去除與影響物理沉淀可沉淀固體在濕地中重力沉降去除、過(guò)濾，通過(guò)顆粒間相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固體被阻截而去除；化學(xué)微生物代謝：利用懸浮的底泥和寄生于植物上的細菌的代謝作用將懸浮物、膠體、可溶性固體分解成無(wú)機物；通過(guò)生物硝化-反硝化作用去除氮；部分微量元素被微生物、植物利用氧化并經(jīng)阻截或結合而被去除。自然死亡：細菌和病毒處于不適宜環(huán)境中會(huì )引起自然衰敗及死亡，植物植物代謝利用植物對有機物的吸收而去除，植物根系分泌物對大腸桿菌和病原體有滅活作用植物吸收相當數量的氮和磷能被植物吸收而去除，多年生沼澤生植物，每年收割一次，可將氮、磷吸收、合成后分移出人工濕地系統。
污水進(jìn)入濕地系統，污水中的固體顆粒與基質(zhì)顆粒之間會(huì )發(fā)生作用，水流中的固體顆粒直接碰到基質(zhì)顆粒表面被攔截。水中顆粒遷移到基質(zhì)顆粒表面時(shí)，在范德華力和靜電力作用下以及某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力作用下，被粘附與基質(zhì)顆粒上，也可能因為存在絮凝顆粒的架橋作用而被吸附。
此外，由于濕地床體長(cháng)時(shí)間處于浸水狀態(tài)，床體很多區域內基質(zhì)形成土壤膠體，土壤膠體本身具有極大的吸附性能，也能夠截留和吸附進(jìn)水中的懸浮顆粒。
物理過(guò)濾和吸附作用是濕地系統對污水中的污染物進(jìn)行攔截從而達到凈化污水的目的的重要途徑之一。
植物是人工濕地的重要組成部分。人工濕地根據主要植物優(yōu)勢種的不同，被分為浮水植物人工濕地，浮葉植物人工濕地，挺水植物人工濕地，沉水植物人工濕地等不同類(lèi)型。濕地中的植物對于濕地凈化污水的作用能起到極重要的影響。
首先，濕地植物和所有進(jìn)行光合自養的有機體一樣，具有分解和轉化有機物和其他物質(zhì)的能力。植物通過(guò)吸收同化作用，能直接從污水中吸收可利用的營(yíng)養物質(zhì)，如水體中的氮和磷等。水中的銨鹽、硝酸鹽以及磷酸鹽都能通過(guò)這種作用被植物體吸收，最后通過(guò)被收割而離開(kāi)水體。
其次，植物的根系能吸附和富集重金屬和有毒有害物質(zhì)。植物的根莖葉都有吸收富集重金屬的作用，其中根部的吸收能力最強。在不同的植物種類(lèi)中，沉水植物的吸附能力較強。根系密集發(fā)達交織在一起的植物亦能對固體顆粒起到攔截吸附作用。
再次，植物為微生物的吸附生長(cháng)提供了更大的表面積。植物的根系是微生物重要的棲息、附著(zhù)和繁殖的場(chǎng)所。相關(guān)文獻表明，植物根際的微生物數量比非根際微生物數量多得多，而微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。
人工濕地處理系統特點(diǎn)：
人工濕地處理系統具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡(jiǎn)單、投資省、運行費用低等特點(diǎn)，非常適合中、小城鎮的污水處理。
人工濕地處理系統可以分為以下幾種類(lèi)型：（1）自由水面人工濕地處理系統；（2）人工潛流濕地處理系統。（3）垂直水流型人工濕地處理系統。
優(yōu)缺點(diǎn)
人工濕地污水處理系統是一個(gè)綜合的生態(tài)系統，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
?、俳ㄔ旌瓦\行費用便宜
?、谝子诰S護，技術(shù)含量低
?、劭蛇M(jìn)行有效可靠的廢水處理
?、芸删彌_對水力和污染負荷的沖擊
?、菘商峁┖烷g接提供效益，如水產(chǎn)、畜產(chǎn)、造紙原料、建材、綠化、野生動(dòng)物棲息、娛樂(lè )和教育。
但也有不足
?、僬嫉孛娣e大
?、谝资懿∠x(chóng)害影響
?、凵锖退碗s性加大了對其處理機制、工藝動(dòng)力學(xué)和影響因素的認識理解，設計運行參數不精確，因此常由于設計不當使出水達不到設計要求或不能達標排放，有的人工濕地反而成了污染源。
另外，據已有數據，當上下表面植物密度增大時(shí)，人工濕地系統處理效率提高，在達到其最優(yōu)效率時(shí)，需2~3個(gè)生長(cháng)周期，所以需建成幾年后才達到完全穩定的運行。因此，目前人工濕地技術(shù)最大問(wèn)題在于缺乏長(cháng)期運行系統的詳細資料。
總的來(lái)說(shuō)，人工濕地污水處理系統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污水，如我國農村中、小城鎮的污水處理。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，有必要更細致地研究不同地區特征和運行數據以便在將來(lái)的建設中提供更合理的參數。
摘要：人工濕地作為一種新型的污水處理系統，具有眾多的優(yōu)點(diǎn)。分析了人工濕地的特點(diǎn)、組成、分類(lèi)及運行機理，總結了人工濕地系統在我國污水處理中應用的發(fā)展歷史及優(yōu)勢，結合有關(guān)工程實(shí)例，得出國內應用濕地污水處理存在的問(wèn)題，最后對人工濕地污水處理系統在我國的應用及前景做了展望。
1人工濕地污水處理系統概述
1.1人工濕地系統的組成
人工濕地主要由三部分組成：植物、微生物、填料。植物如蘆葦、風(fēng)車(chē)草等水生植物，可以直接吸收污水中的有機物作為其生長(cháng)的營(yíng)養物質(zhì)，也可以吸附、富集一些有毒的重金屬，可以將空氣中的氧氣輸送到根區，為床體中好氧和厭氧微生物提供良好的環(huán)境。微生物在濕地對污水中污染物的生物降解過(guò)程中起到了重要的作用，有機物被生物膜吸附后通過(guò)微生物的呼吸作用去除。填料如土壤、砂子、礫石等，是微生物生長(cháng)的空間和場(chǎng)所，是濕地水生植物的載體。
1.2人工濕地系統的分類(lèi)
1.2.1表層流人工濕地表層流人工濕地在外貌和功能上都與自然濕地最為相似，廢水在土壤的上層水平流動(dòng)，固態(tài)懸浮物被填料及根系阻擋截留，通過(guò)濕地而沉淀，同時(shí)微生物也附著(zhù)在填料或植物的根莖葉上，發(fā)揮生物降解作用。
1.2.2潛流人工濕地廢水從濕地表面縱向流入填料床的底部，床體處于不飽和狀態(tài)，氧可通過(guò)大氣擴散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地系統，但生物作用主要是厭氧反應。
1.2.3立式流濕地水流動(dòng)情況綜合了表層流式和潛流式的特點(diǎn)，但其建造要求高，易滋長(cháng)蚊蠅，尚不多見(jiàn)。
1.3人工濕地污水處理系統的特點(diǎn)
濕地系統的投資和運行費用平均僅為傳統二級污水廠(chǎng)的1/10～1/2，費用低?；旧隙寄苓_到規定的污水排放標準。
據現有資料分析，濕地處理系統不僅可處理以耗氧有機物和氮、磷等營(yíng)養物質(zhì)為主的生活污水，尤其是對重金屬和酸性的有機及無(wú)機礦物質(zhì)污染有良好的去除效果。且對負荷變化的適應能力強，能全年運轉，管理維護方便，但北方地區冬季易結冰。
2我國人工濕地污水處理系統現狀
2.1應用現狀
近年來(lái)，我國在人工濕地的技術(shù)開(kāi)發(fā)方面取得了一定的進(jìn)展。1988～1990年，在北京昌平進(jìn)行了表層流人工濕地處理系統的研究，處理量為500t/d的生活污水和工業(yè)廢水，占地2hm2，水力負荷為4.7cm/d，COD去除效率為81.2%，BOD去除效率為85.8%。1990年7月，國家環(huán)保局華南科學(xué)研究所在深圳市郊設計、建成了白泥坑人工濕地污水處理試驗工程，整個(gè)系統采用潛流式植物碎石體和兼性穩定塘相組合的設計，COD去除效率為71%，BOD去除效率為90%。深圳市河流綜合治理重點(diǎn)工程之一的沙田人工濕地污水處理廠(chǎng)，于2000年12月開(kāi)始建設，2001年7月建成投產(chǎn)，處理規模為5000m3/d，占地2萬(wàn)m2，COD去除效率76%，BOD去除效率78%。目前，山東省也在積極開(kāi)展人工濕地系統的設計、規劃工作。
人工濕地除處理生活污水外，還廣泛應用于處理農業(yè)面源污染、垃圾場(chǎng)滲濾液、富營(yíng)養化水體、采油廢水、采礦廢水等。隨著(zhù)研究的逐漸深入，人工濕地還被用于改善飲用水源的水質(zhì)，如利用人工濕地改善北京官廳水庫水質(zhì)，出水基本滿(mǎn)足地面水Ⅲ類(lèi)標準。
2.2人工濕地處理污水在國內的優(yōu)勢
2.2.1面源污染的控制
長(cháng)期以來(lái)，村鎮與社區的污水處理沒(méi)有受到應有的重視。據統計，95%以上的生活污水及糞便廢水被直接排入地下或江河湖泊，加重了水污染控制的難度。因此，可將適當負荷的人工濕地污水處理系統應用于面源污染控制。
2.2.2城市污水處理的經(jīng)濟型模式
目前，國內外普遍采用二級生化處理工藝來(lái)集中處理量大面廣的生活污水，往往需要龐大的充氧曝氣設施，大規模的收集管網(wǎng)，較高的運行費用和管理水平。同時(shí)，去除氮、磷污染物的能力較差，易造成受納水體的富營(yíng)養化。應用人工濕地進(jìn)行小型分散化的污水就地處理模式，不需要大量的污水收集管網(wǎng)，而且其建造費用可由開(kāi)發(fā)商、居民和政府共同承擔，在某種意義上緩解了水污染日益增多與政府資金短缺之間的矛盾。
2.2.3飲用水源和景觀(guān)用水的保護
人工濕地系統較能充分地利用自然中的濕地植物以及基質(zhì)的自然凈化能力，并在污水凈化工程中促進(jìn)植物的生長(cháng)，增加綠化面積，并為野生動(dòng)物提供棲息地，有利于生態(tài)環(huán)境的建設。利用人工濕地處理系統處理城市公園、綠地景觀(guān)水的同時(shí)，也美化了環(huán)境，為市民、游人創(chuàng )造了良好的生態(tài)環(huán)境，取得了顯著(zhù)的社會(huì )、環(huán)境和經(jīng)濟效益。
2.2.4人工濕地的資源化利用
人工濕地處理分散型生活污水的一個(gè)重要優(yōu)勢，便是經(jīng)過(guò)人工濕地系統處理凈化的污水可做中水回用，以解決目前普遍面臨的水資源危機。在農村地區，可以利用凈化后的污水用于當地農業(yè)灌溉、水產(chǎn)養殖等；在城鎮社區，生活污水集中于人工濕地系統處理后，可直接用于社區的花木澆灌等，兼具了綠化和美化小區環(huán)境的作用。
2.2.5其他
此外，在人工濕地系統推廣種植用于生產(chǎn)生物質(zhì)能源的植物，具有很大的經(jīng)濟潛力。目前，多數能源植物的研究尚處于實(shí)驗和示范階段，而我國在能源植物作為濕地植物種植方面所開(kāi)展的工作幾乎空白。
2.3國內應用濕地污水處理存在的問(wèn)題
2.3.1工藝存在的問(wèn)題
我國在人工濕地系統應用中普遍存在的問(wèn)題有：
?、儆俜e阻塞。造成這種情況的原因，往往是污水沒(méi)有經(jīng)過(guò)預處理直接排入濕地，或是在人工濕地運行的初期，植物根系不發(fā)達導致去除懸浮物能力較差，有些情況下，甚至是由于進(jìn)水水力負荷太大或是洪水暴雨對人工濕地床體的沖擊而造成堵塞。
?、谄陆底兓?。由于水流的不斷流動(dòng)、沖刷，造成處理單元的坡降發(fā)生改變，致使配水不均，增加了單位面積處理單元的水力負荷，同時(shí)也使得有機負荷的區域分配不均，降低了處理效果。
?、鬯鷦?dòng)植物對處理系統的影響。
?、軐χ?chē)寥烙袧B透的影響。
2.3.2土地資源可利用性的制約
一般來(lái)說(shuō)，人工濕地處理負荷較低，因此占地面積較大。以深圳沙田污水廠(chǎng)為例，處理1m3污水需要濕地的面積為1.88m2如果考慮前期處理，總用地為4m2/m3。如果以每人每天平均用水300L計算，則平均處理一個(gè)人每天所產(chǎn)生的污水便需要1.2m2的面積。由深圳白泥坑人工濕地污水處理試驗工程可知，處理1m3污水需要濕地的面積為2.7m2左右，相較于傳統生化二級處理，單位污水處理用地明顯較大，特別是我國大部分地區土地資源都較為緊張的情況下，人工濕地污水處理系統的應用更受影響。
2.3.3氣候條件的制約
我國南方地區洪水及雨季對人工濕地的運行影響很大，往往改變了實(shí)地處理單元中的坡降甚至淹沒(méi)濕地，嚴重影響了系統。而在北方地區，氣溫則是影響構建濕地運行的最重要因素，系統的處理效率最低或者甚至為零。
2.3.4缺乏相關(guān)的數據和統一規范
由于我國人工濕地污水處理技術(shù)起步較晚，且目前投入運行試驗的人工濕地污水處理系統較少，所以關(guān)于人工濕地的設計、建造、運行、維護等過(guò)程的相關(guān)數據和資料，目前還沒(méi)有系統的統計和整理，長(cháng)期運行系統的數據也缺乏可靠積累。
3展望
人工濕地是一種很有發(fā)展前景的污水處理系統，今后應該從以下幾個(gè)方面尋求新的突破。
3.1建立人工濕地數據庫
由于各地的氣候條件，濕地規模，負荷率，幾何布置，植物種類(lèi)構成，及廢水的類(lèi)型構成等變化很大，因而對人工濕地很難有統一的設計和運行參數。因此，建立必要的數據庫，有助于濕地系統的設計和管理維護。
3.2進(jìn)一步探索人工濕地機理
由于其所涉及機理的復雜性和領(lǐng)域的廣泛性，雖然有些機理研究已經(jīng)得到初步的認可，但是仍有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。比如，目前仍未完整地建立起各種污染物的去除反應動(dòng)力學(xué)模型，現有的模型基本為一些經(jīng)驗模型而無(wú)法得到廣泛的應用。
3.3改良人工濕地技術(shù)
目前，世界各國都投入了大量精力以改良人工濕地技術(shù)，將一些傳統污水處理技術(shù)引入人工濕地。除了對現有的人工濕地系統進(jìn)行研究以改良和優(yōu)化工程設計參數外，對系統的長(cháng)期運行能力和管理問(wèn)題也正在得到深入研究。例如，選擇適當的操作方式，以防止填料的堵塞；選擇新型的填料，以確保長(cháng)期的除磷效果；選擇新型的水生植物，以提高濕地系統的綜合效益等。
3.4加強濕地植物生物質(zhì)能的利用研究
濕地植物具有很大的生物質(zhì)能價(jià)值，開(kāi)發(fā)合適的經(jīng)濟的生物質(zhì)能的利用技術(shù)，最大化人工濕地系統資源利用，在發(fā)揮其生態(tài)效益的同時(shí)，可增加一定的經(jīng)濟效益。
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