在城市污水處理中人工濕地的應用

張 琪

（華東師范大學資源與環境科學學院環境科學系 上海市 200241）

1 濕地

濕地系統指天然或人工、長期或暫時之沼澤地、泥炭地，帶有靜止或流動的淡水、半咸水或咸水的水域地帶,包括低潮水位不超過6m的濱海海域。濕地是一類既不同于水體，又不同于陸地的特殊過渡類型生態系統，為水生、陸生生態系統界面相互延伸擴展的重疊空間區域。

濕地不僅可以提供水源、補充地下水、防止自然災害，清除并轉化毒物和雜質，保留營養物質，還可以固定二氧化碳，調節城市氣候從而保護城市生物和遺傳多樣性。而作為濕地的一種更為直接和有效的類型，人工濕地技術，其由于低廉的投資，良好的出水水質，簡單的操作，強大的抗沖擊負荷的能力，維護方便，較高的氨氮去除率，同時可使污水處理與環境生態建設有機結合，在處理污水的同時創造城市生態景觀等特點逐步被越來越多的國家接受，并廣泛應用。

2 人工濕地處理污水的基本原理

在一定的填料上種植等特選的植物，將污水投放到人工建造的類似于沼澤的濕地上。當以富營養化為主的污水流過一定長寬比及底面有坡度的人工濕地時，經沙石、土壤或一些其他構筑物混合組成的填料床過濾，污染水可以在床體的填料縫隙中曲折流動，或在床體表面流動。而填料上植物根際的多種微生物活動，增加了濕地基質的透水性，與周圍環境的原生動物、微生物等形成各種小環境，通過氧的傳遞，更加增強了凈化廢水的能力。人工濕地的顯著特點之一是其對有機污染物有較強的降解能力，因此更適用于處理生活污水以及城市污水一類。人工濕地可分別處理廢水中的不溶性有機物與可溶性物質。不溶性有機物通過濕地構造中的填料層被沉淀、過濾、截留，進而被微生物利用；而可溶性有機物則可直接通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解、去除。

3 人工濕地在不同環境下的應用及效果

3.1 植物的布局

3.1.1 沉水植物

以蘆葦、香蒲為主，由于其具有發達的根系、營養物質吸收能力強、可向水體輸氧等特點，其在特定的人工濕地中長勢良好。其可郁閉整個水面，可有效吸附、攔截懸浮物[1]。這些沉水植物對污水通過土壤截留-發生物理化學吸收-化學分解-沉淀-微生物的氧化降解等過程，對污水進行高效、廉價的降解和有害物質的吸收。而蘆葦濕地系統針對于油田污水尤其有較高的去除效果。生活與含油污水，經蘆葦濕地處理系統處理后，BOD5去除率為85%，SS去除率為87%，T-P去除率為85%，氨氮去除率為54%，污水中的無機污染物（重金屬）和有機物也很大限度的被濕地蘆葦吸收，出水水質可達到《綜合污水排放標準》要求[2]。

3.1.2 浮水植物

以鳳眼蓮、大薸、水鱉為主以及少量細綠萍。藻類在冰封條件下也能較好地生長，對濕地系統冬季運行起著良好的作用。浮水植物以鳳眼蓮、大薸生長旺盛，鳳眼蓮水下根系根據水質狀況可長達30～70 cm，長勢良好，可郁閉整個水面。但鳳眼蓮、大薸生長季短，一般適應期為4月中下旬至10月中旬，冬季需打撈。

3.1.3 復合性布局

通過篩選和對比，在選擇人工濕地植物布局時應著重考慮當地的氣候、溫度、植物適應性等條件，根據不同的廢水種類和要求進行選擇。而每種植物均應從耐污力、植物生長量、根系、經濟性、管理難易性(包括病蟲害少、抗倒伏和易繁殖)等方面進行詳細的考察，通過對其氮磷積累量、TP、TN凈化率進行分析確定詳細的植物布局。

3.2 處理效果

由于大部分類型的人工濕地都對氮磷有著非常明顯的去除效果，以下將由復合垂直濕地為例從其他三方面進行闡述。

3.2.1 構造示意圖

圖1 構造示意圖

構造示意圖如圖1 ，試驗床體表面為緣園皂皂厚的摻有石灰石的本地土壤袁下部為遠耀員園皂皂的礫石層遙兩組濕地床種植植物分別為美人蕉和風車草袁種植密度為5株每平方米。

3.2.2 處理造紙廢水的應用

一些無機物以及難降解有機物會積累在濕地中而堵塞填料間的空隙,延長系統的實際水力停留時間。天寶造紙廠的人工濕地建成投入使用一年來,運轉良好,尚未出現堵塞狀況。但在上行池表面,已出現一層黑色毯狀的致密污泥層,距離布水口10～30 cm處尤其顯著。但是此現象可以通過暫時性停床休息解決。這樣不僅可以使填料部分恢復滲透性,也可以讓收割后的植株體得到更好的恢復。

3.2.3 對重金屬元素的去除

武漢三角湖位于武漢市傳統工業區，故其水體中含有較多種類的重金屬元素。這些重金屬元素過量時往往具有高毒性，在環境中富集到一定程度后可能會導致公害問題出現。中國科學院水生生物研究所的檢測結果表明三角湖人工濕地進水濃度較低，其去除率依次為：Cd＞As＞Mn＞Pb＞Zn＞Cr＞Cu＞Ba＞Li＞Ni。但依舊可以看出人工濕地對各重金屬元素仍具明顯的去除效果。

4 人工濕地的運行管理與維護

4.1 水位

對于一個設計、運行良好的人工濕地來說，影響其處理性能的主要因素還是水位控制和流量調整。水位的改變不僅會影響人工濕地處理系統的水力停留時間，還會對大氣中的氧向水相擴散造成影響。水位控制的不好極有可能使人工濕地產生不可設想的衰退甚至廢棄。當水位發生重大變化時，要立即對人工濕地處理系統進行詳細的檢查，首先考慮的應是是否發生滲漏、出水管是否堵塞等機械問題。

4.2 病蟲害狀況

人工濕地植物病蟲害發生狀況人工濕地作為一個人工生態系統，如同農田生態系統，有時則會在蘆葦上發現蘆葦、蒲草上發現蚜蟲等一些病蟲害。如果不及時處理很有可能導致植物枯黃矮小，甚至死亡。在觀測中發現病蟲害多發生于夏秋，此時正是植物生長迅速時期，一旦發生病蟲害、對人工濕地的運行效果特別是對植物的產量將會造成較大影響。

4.3 蚊蠅

濕地系統中高大的挺水植物成熟后容易發生彎曲或伏倒在水面上,這種生境非常有利于蚊蠅的孳生。因此可以通過加強濕地植物的管理來控制蚊蠅,在水邊不種植水生植物,或種植低矮的植株并每年進行收割。必要時可以在蚊蠅產卵的季節使用桿菌殺死蚊卵,或使用能夠導致蚊子幼蟲發育衰減的激素來控制蚊蠅。

4.4 氣味的控制

表面流型人工濕地如果進水負荷過高,會形成厭氧的水域，釋放出難聞的氣體。這種情況主要是由于進水的有機負荷過高或氨氮負荷過高造成的,因此降低有機物和氮的負荷可以控制濕地系統散發出難聞的氣味。由于植物能夠將氧氣傳輸到系統中,因此在布局上可以將那些開闊的水域分散在種植較多植物的水域中。

4.5 濕地堵塞

在所有人工濕地中,懸浮物的積累是一些系統正常運行的主要威脅之一。雖然通過過濾和滲流可以吸附截留一大部分懸浮物可被微生物吸收消耗，但一些無機、大范圍的懸浮物處理廠和預處理程度不夠容易導致大型植物床的堵塞。在水平潛流濕地中,床中水流大部分以潛流方式通過由活的、死的根和根莖造成的溝以及土壤孔隙。根和根莖的生長會擾動和弄松土壤。采用階段式進水可有效防止堵塞。

[1]李光遠,北方潛流人工濕地植物布局與管理探討[B],中國水利,2010(5)

[2]陳 坤,蘆葦濕地系統處理油田污水的研究[A],科技傳播，2011（1）

[3]王全金,李麗,李忠衛,復合垂直流人工濕地除氮磷效果研究[A],湖北農業科學，2010（6）