【摘要】①利用低能耗的人工湿地系统处理废水在国内外得到了广泛应用。②人工湿地系统的构造、类型及净化机理，以乐陵跃马河人工湿地为例，着重介绍了人工湿地系统的工艺流程。

【关键词】人工湿地 废水处理 潜流湿地 表流湿地

1、引言

随着人口剧增、工业化及城市化进程加速，水污染问题日趋严重， 保护水环境的任务变得越来越艰巨。在各种污水处理方法中，生态处理技术由于投资少、操作简单、处理效果好、抗冲击力强，同时可使污水处理与创建生态景观有机结合起来，具有良好的环境效益、经济效益及社会效益。该技术已逐步被越来越多的国家所接受，并广泛予以应用。人工湿地是借鉴自然湿地系统原理，由人工建造和监督控制的湿地系统，利用生态系统的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等作用来实现对污水的高效净化。

2、人工湿地的定义

人工湿地是指“人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质层，种植水生植物。利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用使污水得到净化”的一种工程构造体。

3、人工湿地构造

人工湿地几何构造一般是在一定长宽比及底面坡降的洼地中，按一定的坡度填充选定级配的填料(如石子)，通过在填料表层土壤中种植处理性能好、成活率高、生长周期长、美观及经济价值高的水生植物，构成一个湿地生态系统。对于不同的人工湿地类型，具体的构造有差别，但主体仍是由主系统(人工湿地)、调节系统(串联或并联的人工湿地)、辅助系统(预处理池、滤池、上水沟、贮存塘等)和集排水系统组成。湿地植物是整个湿地系统的重要组成部分，具有增加微生物附着(植物的根茎叶)，增加或稳定土壤透水性的作用。湿地植物常常由挺水植物(如芦苇、菖蒲、水葱)、漂浮植物(如凤眼莲、绿萍)、浮叶植物(如水浮莲、睡莲、莲藕、荇菜)和沉水植物(如金鱼藻、菹草)构成一个由低级到高级的植物生态系统，其稳定、合理的结构使整个系统即能有效抵抗水质、水量变化造成的冲击，又利于其分层多级地净化污水。

4、人工湿地类型

按照进出水布水的方式的不同，一般将人工湿地分为表流人工湿地（FWS）和潜流人工湿地（SFS）。

(1)表流人工湿地（FWS）

表流人工湿地基本特征主要是污水在土的上层流动，水面与空气直接接触。部分物质被阻挡截留，大部分的有机物是由生物的生物膜降解去除。研究表明，这种类型的人工湿地比较适合处理污染物浓度不太高的污水。表流人工湿地对各类污染物的去除率都较好，效果比较稳定。此外，污水中的营养元素以及被分解的有机污染物为植物和微生物的生长提供了营养物质，增加了物种的丰富度。表流人工湿地的设计简单，所需投资少，运行过程的成本低；但负荷低，去污能力也有限。受自然气候条件的影响大，占地面积大，污水直接暴露地表会产生臭味。

(2)潜流人工湿地（SFS）

潜流人工湿地的进水方式是由上而下进水，污水均匀进入填料床底部，在湿地内部进行反应，反应过后水经过出水管排出。所以潜流湿地系统可以充分利用到植物根系以及富集在基质表面的生物膜。根据水流向的不同，潜流人工湿地又能分为两种：水平潜流和垂直潜流。垂直潜流人工湿地系统的水在填料床间基本呈从上到下的垂直流动方式，水流流过填料后均匀分布在出水端底部，而后排被出系统。对COD、TN的去除率较水平人工湿地高，抗负荷冲击能力强，投资成本少、运行费用低。但是相对于水平潜流人工湿地，垂直潜流人工湿地去除有机物的能力较差，而且垂直潜流人工湿地设备要求高，运行流程复杂。总的来说，潜流人工湿地受气候影响比较小，建造的成本较高，基质也很容易堵塞，从而造成表面上水流停滞，对系统的长期运行并不利。 

5、人工湿地系统处理废水机理

人工湿地系统由湿地单元与各种高、低生物和所处的开放式环境共同构成了较完整、复杂的生态系统，是一种独特的土壤、植物、微生物生态系统。在污水净化过程中，系统充分利用自然净化作用，结合物理、化学及生物作用，利用三者的协同关系，使废水中的污染物得到较彻底的去除。

（1）生物作用

人工湿地系统处理污水主要依靠床体中的微生物膜。废水通过人工湿地时，从配水系统进入填料层。填料表层即土壤层是由气生根、水生根和枯枝落叶等形成的根毡层，该层与植物茎叶为在填料表面和植物根系中生长的大量微生物提供附着生长表面，使其在上面形成微生物膜。植物根系具有输氧功能，在根毛周围、离根毛较远区及远离根毛区依次形成好氧区、缺氧区和厌氧区。微生物在不同的区域，以废水中的有机物质和无机物质为养料，进行好氧或厌氧代谢，从而去除水中污染物，其中好氧代谢为主要降解过程。

此外，植物吸收废水中的某些物质参于生物生产，进行生物富积，从而去除废水中的污染物质。

（2）物理、化学作用

废水流经人工湿地时，废水中的悬浮固体被填料及植物根系过滤截留，被截留固体在湿地的床区表面风干、矿化，所含有机物质在这一步被降解。

废水中的有机物质和无机物质除了被上述生化作用降解外，在周围环境中，还通过微生物膜的物理化学吸附、化学沉淀或氧化还原作用去除，如磷、硫的去除。

5、实例分析

乐陵市跃马河干渠人工湿地扩建项目，日处理量10000m3/d，采用表流+潜流工艺，占地面积约30亩。本工程主要目的是解决跃马河干渠水质污染问题，污水经乐陵市污水处理厂处理后进入跃马河干渠北侧、云红大街以东建设的本项目人工湿地区，处理达标后排入跃马河干渠。

工艺流程如下：

污水厂排水经输送管线依次进入潜流人工湿地、表流人工湿地，处理后进入河道。

潜流湿地采用水平潜流湿地，共分14个格，单个尺寸为20x20m，深度为1.5m，潜流湿地水力停留时间为29小时。

布水方式采用上进下出和下进上出两种布水方式，防止出现意外情况时可切换使用。

                                                                                         潜流湿地植物为千屈菜、香蒲、黄花鸢尾、茭白交替种植

表流湿地占地约20亩，长宽比为9:1，水深为0.5-0.8m。建有景观亭、花砖路、长椅、踏步石及假山，供行人观赏、休息。

                                                                        表流湿地植物主要为再力花、水葫芦、睡莲、香蒲、扶芳藤、芦苇、莲花等

6、结束语

人工湿地系统去除污染物质是系统内植物、微生物及其它生物与周围环境构成的生态系统综合作用的结果。作为一种污水处理实用新技术，具有“三低一高”(投资低，维护和运行费用低、能耗低，污染物质去除率高)，出水水质好、抗冲击力强、操作简单等优点，有显著的生态效益、经济效益和社会效益，适合广大农村，中小城市的污水处理，应用前景极其广阔。