潛流人工濕地在污水深度處理方面的應用研究

侯芳

摘要：介紹了研究人工濕地的工程概況及相關參數，對幾種指標去除率及運行中存在的不足進行了分析，探討了潛流人工濕地在北方污水深度處理的可行性。

關鍵詞：潛流人工濕地；污水深度處理；去除率；研究

中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0177—03

1引言

隨著人們環境意識的不斷提高，越來越多的技術被應用于環保產業。濕地因其對地球自然水體的凈化和處理等諸多有益功能被喻為“地球之腎”。人工濕地亦因其獨有的優越性被應用到污水深度處理工藝中，并引起愈來愈多地關注。

人工濕地指用人工構成水池或溝槽，底面鋪設防滲漏隔水層，充填一定深度的基層質，種植水生植物，利用基質、植物、微生物的物理、化學、生物的三重協同作用使污水得到凈化。與傳統污水處理方法相比，人工濕地污水處理系統具有建設投資低、后續運行成本相對便宜、技術含量低且易于操作、實施和維護與自然景觀協調相融等諸多優點。

本研究主要通過義縣污水廠潛流人工濕地的建設及運行，總結其技術及管理經驗，分析了其中存在的不足，為潛流人工濕地在北方地區推廣提供可靠依據。

2人工濕地的凈化原理

人工濕地對廢水的處理體現了物理、化學和生物3種綜合作用。濕地系統成熟后，大量微生物的生長將在填料表面和植物根系形成生物膜。當廢水流經生物膜時，填料和植物根系阻擋截留大量懸浮物，通過生物膜的吸收、同化及異化作用有機污染物被去除。濕地系統中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍環境中依次呈現好氧、缺氧和厭氧狀態，保證了廢水中氮、磷不僅能被植物和微生物作為營養成分直接吸收，而且還可以通過硝化和反硝化作用及微生物對磷的過量積累而將其從廢水中去除，最后通過濕地床填料的定期更換或栽種植物的收割而將污染物最終從系統中去除[1]。

3現有人工濕地系統單元設計及工藝流程

3.1單元尺寸及填料等方面的設計參數

濕地總占地面積45畝，分為6個并聯單元（每個單位寬38m，長106～136m），每個單元均為水平潛流，水力負荷為0.5m3/m2·d。

濕地由防滲膜、濕地植物、集配水系統及倒膜管構成。填料深度1.20m，自上而下各層填料的分布依次為：草炭灰20cm，豆粒石50mm厚，主填料850mm厚，防滲層100mm厚。主填料層從進水端開始依次為碎石、沸石、碎石，防滲采用700g/m2HDPE膜作為防滲方式。濕地表層種植蘆葦，種植密度為9棵/m2。

3.2濕地工藝流程

一級處理的二沉池出水后，經管線輸送至人工濕地前端入進水渠，通過配水進入6個水平潛流濕地單元。出水入集水渠后經管道連接的伸縮管，控制每個單元運行水位，通過管道連接每個出水井，從出水井的總出水口排放至大凌河。

一級處理和人工濕地的結合，不僅可以通過濕地入水進行初級處理保證濕地系統的安全有效運行，更重要的一點在于通過調節一級處理的處理濃度，保證整個處理系統在各季節的運行效果[2]。在春夏秋三季，充分利用濕地的凈水功能進行污水深度處理，冬季則強化一級處理進行補充。此舉可確保在保障污水處理效果的前提下，大大降低運行成本。

3.3潛流人工濕地對幾種主要指標去除效率的研究

本研究以2013年12個月份監測數據為依據：每月取周監測均值，每周監測一次，每次分別在濕地入口和出口處取日混合水樣。

3.3.1季節對去除率的影響

濕地4種指標（化學需氧量、懸浮物、氨氮、總磷）全年去除率變化趨勢見圖1。

該濕地種植植物主要為蘆葦，蘆葦展葉期5月初，繁盛期6～10月，10月底落葉。從圖1可直觀看出，6～10月是4種指標污染物去除效果最好的月份；10月以后濕地植物葉落，4種指標污染物去除率開始呈下降趨勢，氨氮和總磷尤為明顯。故夏秋去除效果優于冬春。

3.3.2去除率對出水水質的影響

人工濕地全年進水測值范圍：化學需氧量21.1～46mg/L，懸浮物20～29mg/L，氨氮3.9～11.2mg/L，總磷1.58～1.78mg/L。濕地4種指標全年去除率見表1。

從表1看出：化學需氧量最高去除率為71%，懸浮物最高去除率為76%，氨氮最高去除率為64%，總磷最高去除率為69%。取濕地最低去除率與最高進水測值可以得知4種指標出水測值最大值：化學需氧量2576mg/L，懸浮物1885mg/L，氮氮538mg/L，總磷085mg/L，均符合設計處理（《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002一級B）的要求。但一旦進水測值超過一定范圍，出水水質就會超標，所以應隨時監控進水水質并進行調控，確保出水水質達標。

3.3.34種指標去除率高低的分析

懸浮物>化學需氧量>總磷>氨氮，從4種指標去除率分析可以看出，懸浮物和與化學需氧量的去除效果明顯高于總磷和氨氮。

4潛流人工濕地運行中存在的問題及對策

4.1替代傳統污水處理的局限性

影響人工濕地應用的一大限制因素就是水質。尤其在夏季，濕地很難維持設計要求的水文狀況和污染物、營養物濃度。隨著季節轉換，污水的濃度、有機負荷、營養物負荷和氣候都會發生變化，進入汛期后雨量過大可能會淹沒濕地，導致濕地不能正常運行，還可能使其變成地表水和地下水的污染源。這就要求人工濕地在運行中必須確保水位調控設施有效可控，可采取設溢流堰、可調管道或閘門等方式進行調控。

4.2脫氮除磷問題

總磷和氨氮的去除主要依附于濕地植物。潛流人工濕地的有機氮在微生物作用下發生氨化反應，生成的銨鹽可以直接被植物攝取并合成植物蛋白等物質供給植物生長；磷的去除主要通過植物、介質吸附、化學沉淀、和微生物同化作用去除。有研究表明，濕地植物對氮的吸收量為003～03g/m2·d、對磷的吸收量為1.8～18.0g/m2·年，并且通過收割植物來最終完成氮磷的去除。因此潛流人工濕地系統不能有效去除氮磷。

提高脫氮率的主要措施是提高氧氣的供給以提高硝化能力，本研究添加了沸石作為氮吸附介質進行介質優化以提高脫氮率；提高除磷效果也可通過添加爐渣、廢鐵屑等工業廢物作為磷吸附介質進行提高[3]。

4.3堵塞

堵塞一般發生在基質上層0～15cm處，導致堵塞的主要因素有有機負荷過高、系統內產生的生物量不斷增加，種植植物過多和維護不及時也是造成堵塞的原因。清瘀是最簡單易行的辦法。

4.4溫度問題

冬季氣溫偏低會影響人工濕地運行，導致污染物去除率降低。研究表明，采取保溫措施后，各種深度的濕地單元凍土深度都在0.2m以內[4]。薄膜保溫法操作簡單成本低廉，非常適合北方污水廠濕地保溫[5]。

5結語

該濕地自2010年9月開始試運行至今，效果良好，操作可行，實現了經濟、社會、環境三方效益共贏。不僅為企業節約了投資和運行成本，還營造了優美的生態環境。濕地運行四年來，凌河岸局部小氣候與生態環境得到顯著改善：不僅動植物種類增多，還吸引了大量鳥類棲息，成為義縣中小學環境保護科普基地。

本研究是在特定設計參數下進行，故分析存在一定局限性，影響因素等方面的諸多研究還有待加強。

參考文獻：

[1] 李榮林.人工濕地污水處理技術[J].山西化工，2007，27（1）.

[2] 朱雪生.利用人工濕地處理池塘養殖廢水效果分析[J].漁業現代化，2009，36（4）.

[3] 周艷麗.水平潛流人工濕地脫氮除磷研究進展[J].水資源保護，2011，27（2）.

[4] 陳曉東.北方人工濕地污水處理技術應用研究與示范工程[J].環境保護科學，2007（2）.

[5] 朱礪之，黃娟，傅大放，等.人工濕地生態系統中的微生物作用及PCR-DGGE技術的應用[J].安全與環境工程，2012（2）.endprint

摘要：介紹了研究人工濕地的工程概況及相關參數，對幾種指標去除率及運行中存在的不足進行了分析，探討了潛流人工濕地在北方污水深度處理的可行性。

關鍵詞：潛流人工濕地；污水深度處理；去除率；研究

中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0177—03

1引言

隨著人們環境意識的不斷提高，越來越多的技術被應用于環保產業。濕地因其對地球自然水體的凈化和處理等諸多有益功能被喻為“地球之腎”。人工濕地亦因其獨有的優越性被應用到污水深度處理工藝中，并引起愈來愈多地關注。

人工濕地指用人工構成水池或溝槽，底面鋪設防滲漏隔水層，充填一定深度的基層質，種植水生植物，利用基質、植物、微生物的物理、化學、生物的三重協同作用使污水得到凈化。與傳統污水處理方法相比，人工濕地污水處理系統具有建設投資低、后續運行成本相對便宜、技術含量低且易于操作、實施和維護與自然景觀協調相融等諸多優點。

本研究主要通過義縣污水廠潛流人工濕地的建設及運行，總結其技術及管理經驗，分析了其中存在的不足，為潛流人工濕地在北方地區推廣提供可靠依據。

2人工濕地的凈化原理

人工濕地對廢水的處理體現了物理、化學和生物3種綜合作用。濕地系統成熟后，大量微生物的生長將在填料表面和植物根系形成生物膜。當廢水流經生物膜時，填料和植物根系阻擋截留大量懸浮物，通過生物膜的吸收、同化及異化作用有機污染物被去除。濕地系統中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍環境中依次呈現好氧、缺氧和厭氧狀態，保證了廢水中氮、磷不僅能被植物和微生物作為營養成分直接吸收，而且還可以通過硝化和反硝化作用及微生物對磷的過量積累而將其從廢水中去除，最后通過濕地床填料的定期更換或栽種植物的收割而將污染物最終從系統中去除[1]。

3現有人工濕地系統單元設計及工藝流程

3.1單元尺寸及填料等方面的設計參數

濕地總占地面積45畝，分為6個并聯單元（每個單位寬38m，長106～136m），每個單元均為水平潛流，水力負荷為0.5m3/m2·d。

濕地由防滲膜、濕地植物、集配水系統及倒膜管構成。填料深度1.20m，自上而下各層填料的分布依次為：草炭灰20cm，豆粒石50mm厚，主填料850mm厚，防滲層100mm厚。主填料層從進水端開始依次為碎石、沸石、碎石，防滲采用700g/m2HDPE膜作為防滲方式。濕地表層種植蘆葦，種植密度為9棵/m2。

3.2濕地工藝流程

一級處理的二沉池出水后，經管線輸送至人工濕地前端入進水渠，通過配水進入6個水平潛流濕地單元。出水入集水渠后經管道連接的伸縮管，控制每個單元運行水位，通過管道連接每個出水井，從出水井的總出水口排放至大凌河。

一級處理和人工濕地的結合，不僅可以通過濕地入水進行初級處理保證濕地系統的安全有效運行，更重要的一點在于通過調節一級處理的處理濃度，保證整個處理系統在各季節的運行效果[2]。在春夏秋三季，充分利用濕地的凈水功能進行污水深度處理，冬季則強化一級處理進行補充。此舉可確保在保障污水處理效果的前提下，大大降低運行成本。

3.3潛流人工濕地對幾種主要指標去除效率的研究

本研究以2013年12個月份監測數據為依據：每月取周監測均值，每周監測一次，每次分別在濕地入口和出口處取日混合水樣。

3.3.1季節對去除率的影響

濕地4種指標（化學需氧量、懸浮物、氨氮、總磷）全年去除率變化趨勢見圖1。

該濕地種植植物主要為蘆葦，蘆葦展葉期5月初，繁盛期6～10月，10月底落葉。從圖1可直觀看出，6～10月是4種指標污染物去除效果最好的月份；10月以后濕地植物葉落，4種指標污染物去除率開始呈下降趨勢，氨氮和總磷尤為明顯。故夏秋去除效果優于冬春。

3.3.2去除率對出水水質的影響

人工濕地全年進水測值范圍：化學需氧量21.1～46mg/L，懸浮物20～29mg/L，氨氮3.9～11.2mg/L，總磷1.58～1.78mg/L。濕地4種指標全年去除率見表1。

從表1看出：化學需氧量最高去除率為71%，懸浮物最高去除率為76%，氨氮最高去除率為64%，總磷最高去除率為69%。取濕地最低去除率與最高進水測值可以得知4種指標出水測值最大值：化學需氧量2576mg/L，懸浮物1885mg/L，氮氮538mg/L，總磷085mg/L，均符合設計處理（《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002一級B）的要求。但一旦進水測值超過一定范圍，出水水質就會超標，所以應隨時監控進水水質并進行調控，確保出水水質達標。

3.3.34種指標去除率高低的分析

懸浮物>化學需氧量>總磷>氨氮，從4種指標去除率分析可以看出，懸浮物和與化學需氧量的去除效果明顯高于總磷和氨氮。

4潛流人工濕地運行中存在的問題及對策

4.1替代傳統污水處理的局限性

影響人工濕地應用的一大限制因素就是水質。尤其在夏季，濕地很難維持設計要求的水文狀況和污染物、營養物濃度。隨著季節轉換，污水的濃度、有機負荷、營養物負荷和氣候都會發生變化，進入汛期后雨量過大可能會淹沒濕地，導致濕地不能正常運行，還可能使其變成地表水和地下水的污染源。這就要求人工濕地在運行中必須確保水位調控設施有效可控，可采取設溢流堰、可調管道或閘門等方式進行調控。

4.2脫氮除磷問題

總磷和氨氮的去除主要依附于濕地植物。潛流人工濕地的有機氮在微生物作用下發生氨化反應，生成的銨鹽可以直接被植物攝取并合成植物蛋白等物質供給植物生長；磷的去除主要通過植物、介質吸附、化學沉淀、和微生物同化作用去除。有研究表明，濕地植物對氮的吸收量為003～03g/m2·d、對磷的吸收量為1.8～18.0g/m2·年，并且通過收割植物來最終完成氮磷的去除。因此潛流人工濕地系統不能有效去除氮磷。

提高脫氮率的主要措施是提高氧氣的供給以提高硝化能力，本研究添加了沸石作為氮吸附介質進行介質優化以提高脫氮率；提高除磷效果也可通過添加爐渣、廢鐵屑等工業廢物作為磷吸附介質進行提高[3]。

4.3堵塞

堵塞一般發生在基質上層0～15cm處，導致堵塞的主要因素有有機負荷過高、系統內產生的生物量不斷增加，種植植物過多和維護不及時也是造成堵塞的原因。清瘀是最簡單易行的辦法。

4.4溫度問題

冬季氣溫偏低會影響人工濕地運行，導致污染物去除率降低。研究表明，采取保溫措施后，各種深度的濕地單元凍土深度都在0.2m以內[4]。薄膜保溫法操作簡單成本低廉，非常適合北方污水廠濕地保溫[5]。

5結語

該濕地自2010年9月開始試運行至今，效果良好，操作可行，實現了經濟、社會、環境三方效益共贏。不僅為企業節約了投資和運行成本，還營造了優美的生態環境。濕地運行四年來，凌河岸局部小氣候與生態環境得到顯著改善：不僅動植物種類增多，還吸引了大量鳥類棲息，成為義縣中小學環境保護科普基地。

本研究是在特定設計參數下進行，故分析存在一定局限性，影響因素等方面的諸多研究還有待加強。

參考文獻：

[1] 李榮林.人工濕地污水處理技術[J].山西化工，2007，27（1）.

[2] 朱雪生.利用人工濕地處理池塘養殖廢水效果分析[J].漁業現代化，2009，36（4）.

[3] 周艷麗.水平潛流人工濕地脫氮除磷研究進展[J].水資源保護，2011，27（2）.

[4] 陳曉東.北方人工濕地污水處理技術應用研究與示范工程[J].環境保護科學，2007（2）.

[5] 朱礪之，黃娟，傅大放，等.人工濕地生態系統中的微生物作用及PCR-DGGE技術的應用[J].安全與環境工程，2012（2）.endprint

摘要：介紹了研究人工濕地的工程概況及相關參數，對幾種指標去除率及運行中存在的不足進行了分析，探討了潛流人工濕地在北方污水深度處理的可行性。

關鍵詞：潛流人工濕地；污水深度處理；去除率；研究

中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0177—03

1引言

隨著人們環境意識的不斷提高，越來越多的技術被應用于環保產業。濕地因其對地球自然水體的凈化和處理等諸多有益功能被喻為“地球之腎”。人工濕地亦因其獨有的優越性被應用到污水深度處理工藝中，并引起愈來愈多地關注。

人工濕地指用人工構成水池或溝槽，底面鋪設防滲漏隔水層，充填一定深度的基層質，種植水生植物，利用基質、植物、微生物的物理、化學、生物的三重協同作用使污水得到凈化。與傳統污水處理方法相比，人工濕地污水處理系統具有建設投資低、后續運行成本相對便宜、技術含量低且易于操作、實施和維護與自然景觀協調相融等諸多優點。

本研究主要通過義縣污水廠潛流人工濕地的建設及運行，總結其技術及管理經驗，分析了其中存在的不足，為潛流人工濕地在北方地區推廣提供可靠依據。

2人工濕地的凈化原理

人工濕地對廢水的處理體現了物理、化學和生物3種綜合作用。濕地系統成熟后，大量微生物的生長將在填料表面和植物根系形成生物膜。當廢水流經生物膜時，填料和植物根系阻擋截留大量懸浮物，通過生物膜的吸收、同化及異化作用有機污染物被去除。濕地系統中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍環境中依次呈現好氧、缺氧和厭氧狀態，保證了廢水中氮、磷不僅能被植物和微生物作為營養成分直接吸收，而且還可以通過硝化和反硝化作用及微生物對磷的過量積累而將其從廢水中去除，最后通過濕地床填料的定期更換或栽種植物的收割而將污染物最終從系統中去除[1]。

3現有人工濕地系統單元設計及工藝流程

3.1單元尺寸及填料等方面的設計參數

濕地總占地面積45畝，分為6個并聯單元（每個單位寬38m，長106～136m），每個單元均為水平潛流，水力負荷為0.5m3/m2·d。

濕地由防滲膜、濕地植物、集配水系統及倒膜管構成。填料深度1.20m，自上而下各層填料的分布依次為：草炭灰20cm，豆粒石50mm厚，主填料850mm厚，防滲層100mm厚。主填料層從進水端開始依次為碎石、沸石、碎石，防滲采用700g/m2HDPE膜作為防滲方式。濕地表層種植蘆葦，種植密度為9棵/m2。

3.2濕地工藝流程

一級處理的二沉池出水后，經管線輸送至人工濕地前端入進水渠，通過配水進入6個水平潛流濕地單元。出水入集水渠后經管道連接的伸縮管，控制每個單元運行水位，通過管道連接每個出水井，從出水井的總出水口排放至大凌河。

一級處理和人工濕地的結合，不僅可以通過濕地入水進行初級處理保證濕地系統的安全有效運行，更重要的一點在于通過調節一級處理的處理濃度，保證整個處理系統在各季節的運行效果[2]。在春夏秋三季，充分利用濕地的凈水功能進行污水深度處理，冬季則強化一級處理進行補充。此舉可確保在保障污水處理效果的前提下，大大降低運行成本。

3.3潛流人工濕地對幾種主要指標去除效率的研究

本研究以2013年12個月份監測數據為依據：每月取周監測均值，每周監測一次，每次分別在濕地入口和出口處取日混合水樣。

3.3.1季節對去除率的影響

濕地4種指標（化學需氧量、懸浮物、氨氮、總磷）全年去除率變化趨勢見圖1。

該濕地種植植物主要為蘆葦，蘆葦展葉期5月初，繁盛期6～10月，10月底落葉。從圖1可直觀看出，6～10月是4種指標污染物去除效果最好的月份；10月以后濕地植物葉落，4種指標污染物去除率開始呈下降趨勢，氨氮和總磷尤為明顯。故夏秋去除效果優于冬春。

3.3.2去除率對出水水質的影響

人工濕地全年進水測值范圍：化學需氧量21.1～46mg/L，懸浮物20～29mg/L，氨氮3.9～11.2mg/L，總磷1.58～1.78mg/L。濕地4種指標全年去除率見表1。

從表1看出：化學需氧量最高去除率為71%，懸浮物最高去除率為76%，氨氮最高去除率為64%，總磷最高去除率為69%。取濕地最低去除率與最高進水測值可以得知4種指標出水測值最大值：化學需氧量2576mg/L，懸浮物1885mg/L，氮氮538mg/L，總磷085mg/L，均符合設計處理（《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002一級B）的要求。但一旦進水測值超過一定范圍，出水水質就會超標，所以應隨時監控進水水質并進行調控，確保出水水質達標。

3.3.34種指標去除率高低的分析

懸浮物>化學需氧量>總磷>氨氮，從4種指標去除率分析可以看出，懸浮物和與化學需氧量的去除效果明顯高于總磷和氨氮。

4潛流人工濕地運行中存在的問題及對策

4.1替代傳統污水處理的局限性

影響人工濕地應用的一大限制因素就是水質。尤其在夏季，濕地很難維持設計要求的水文狀況和污染物、營養物濃度。隨著季節轉換，污水的濃度、有機負荷、營養物負荷和氣候都會發生變化，進入汛期后雨量過大可能會淹沒濕地，導致濕地不能正常運行，還可能使其變成地表水和地下水的污染源。這就要求人工濕地在運行中必須確保水位調控設施有效可控，可采取設溢流堰、可調管道或閘門等方式進行調控。

4.2脫氮除磷問題

總磷和氨氮的去除主要依附于濕地植物。潛流人工濕地的有機氮在微生物作用下發生氨化反應，生成的銨鹽可以直接被植物攝取并合成植物蛋白等物質供給植物生長；磷的去除主要通過植物、介質吸附、化學沉淀、和微生物同化作用去除。有研究表明，濕地植物對氮的吸收量為003～03g/m2·d、對磷的吸收量為1.8～18.0g/m2·年，并且通過收割植物來最終完成氮磷的去除。因此潛流人工濕地系統不能有效去除氮磷。

提高脫氮率的主要措施是提高氧氣的供給以提高硝化能力，本研究添加了沸石作為氮吸附介質進行介質優化以提高脫氮率；提高除磷效果也可通過添加爐渣、廢鐵屑等工業廢物作為磷吸附介質進行提高[3]。

4.3堵塞

堵塞一般發生在基質上層0～15cm處，導致堵塞的主要因素有有機負荷過高、系統內產生的生物量不斷增加，種植植物過多和維護不及時也是造成堵塞的原因。清瘀是最簡單易行的辦法。

4.4溫度問題

冬季氣溫偏低會影響人工濕地運行，導致污染物去除率降低。研究表明，采取保溫措施后，各種深度的濕地單元凍土深度都在0.2m以內[4]。薄膜保溫法操作簡單成本低廉，非常適合北方污水廠濕地保溫[5]。

5結語

該濕地自2010年9月開始試運行至今，效果良好，操作可行，實現了經濟、社會、環境三方效益共贏。不僅為企業節約了投資和運行成本，還營造了優美的生態環境。濕地運行四年來，凌河岸局部小氣候與生態環境得到顯著改善：不僅動植物種類增多，還吸引了大量鳥類棲息，成為義縣中小學環境保護科普基地。

本研究是在特定設計參數下進行，故分析存在一定局限性，影響因素等方面的諸多研究還有待加強。

參考文獻：

[1] 李榮林.人工濕地污水處理技術[J].山西化工，2007，27（1）.

[2] 朱雪生.利用人工濕地處理池塘養殖廢水效果分析[J].漁業現代化，2009，36（4）.

[3] 周艷麗.水平潛流人工濕地脫氮除磷研究進展[J].水資源保護，2011，27（2）.

[4] 陳曉東.北方人工濕地污水處理技術應用研究與示范工程[J].環境保護科學，2007（2）.

[5] 朱礪之，黃娟，傅大放，等.人工濕地生態系統中的微生物作用及PCR-DGGE技術的應用[J].安全與環境工程，2012（2）.endprint