常見人工濕地類型及特點

【摘要】近些年來，隨著我國工業的快速得發展，污水排放與治理逐漸成為人們關注的焦點，人工濕地作為一種新型處理污水的方式，因其獨特的凈化機制，正不斷地得到世界各國的青睞。本文在參考眾多文獻的基礎上，對人工濕地的類型及特點以及我國人工濕地現在所存在的問題等展開了敘述，并對人工濕地的未來研究做出了展望。

【關鍵詞】人工濕地；自由表面流人工濕地；垂直流人工濕地；潛流人工濕地

1、人工濕地的概念

人工濕地也叫構建濕地，它是一種人工建造的、通過在人工管理方式下運行的、與沼澤類似的地面，是我國目前較為流行的一種新型污水處理技術之一，運用人工濕地可作為生活污水和工業廢水的二級和三級處理。人工濕地污水處理技術主要是通過人工將污水有控制的排放到土壤（濾料）—植物—微生物這個復合生態系統中，并以不同的方式來控制污水在各區域的有效停留時間，并使污水沿著一定的方向進行流動，從而在物理、化學、生物三者的協調關系的作用下，通過過濾、沉淀、吸附、離子交換、微生物分解和植物吸收等途徑來對廢水進行處理，使污水得到不同程度的凈化，從而使水質得到改善；而且，在污水處理凈化過程中，污水中的一些營養物質，也可以通過濕地的生化循環作用，從而促進濕地中綠色植物的生長并提高其產量，從而使污水真正達到無害化處理，實現污水的資源合理化利用。

人工濕地污水處理技術的研究始于1953年德國科學家Seidel提出根區法理論之后，至上世紀70年代末期人工濕地已逐漸成為世界上普遍接受的一種新型污水處理工藝。我國開始進行人工濕地方面的研究，起始時間相對來說比較晚，于上個世紀80年代初才開始接觸人工濕地，學習了解該技術，但是我國在這方面的研究發展卻是非常迅速。人工濕地具有因地制宜、污水凈化效果好、出水穩定、水質良好、抗沖擊力強、氮、磷去除效果強、建造和運行費用低和運轉維護管理方便、濕地建造和運行費用低、能夠很好地適應負荷變化所帶來的影響、適于處理非連續性排放的污水同時可使污水處理與環境生態建設有機結合等主要特點。同時，人工濕地于對野生動物的保護以及對局部地區景觀美學的價值提高也有很大益處。因此，大力推廣和發展人工濕地污水處理工藝，對于我國污水的治理以及水環境的保護具有非常重要的意義，因而在我國具有非常廣泛的應用發展前景。

2、人工濕地的類型及特點

從人工濕地的流態構造、組合以及水流的流動方式等因素多方面綜合考慮，可將現在的人工濕地分為4種類型：一是以自然泥土為基質的、水流在濕地表面流動的表面流人工濕地；二是以不同粒級的砂石為基質的，水流在基質中沿縱向垂直流動的垂直潛流人工濕地；三是水流在基質中沿水平方向或與水平方向呈較小角度的水平潛流人工濕地；四是由沉淀池、表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地等綜合起來組合而成的復合型人工濕地。

2.1 自由表面流人工濕地

自由表面流濕地，又叫水面濕地系統，與自然濕地具有極大的相似度，但其污水凈化效果要比自然濕地系統要好很多。表面流濕地中，水流在濕地表面呈現出一種推動式前進，這對于廢水的自然復氧作用有很大的好處，其水面一般位于濕地的基質層之上，且水層深度較淺，一般為0.2m—0.4m，水力最短停留時間為10天。在自由表面流人工濕地中，其中，地表徑流是采用最多的水流形式，即廢水從進水口在濕地填料的表面以下一定深度以較慢的速度流動，在流動的過程中保持著自由水面，并與土壤、水下的植物莖、植物及植物根部的生物膜等進行充分接觸，從而將廢水中絕大部分有機物進行去除，即通過物理、化學以及生物三者的協同作用，從而對污水進行處理凈化，并使凈化后的水從濕地另一端流出。且水面的擴散作用，植物的光合作用是人工濕地中氧氣主要的來源，植物根系雖說也能傳輸部分氧氣，但它們傳輸氧氣能力非常弱。

2.1.1 自由表面流人工濕地的優點

1 設計程序簡單，投資費用少；

2 操作簡便，運行費用低；

3 表面流人工濕地相對而言與天然型濕地比較接近。

2.1.2 自由表面流人工濕地的缺點

1 水力負荷較小，即單位面積濾料每天可以處理的污水量有限，且占地面積比較大，污水處理凈化效果比較差；

2 該類型人工濕地易受氣候影響，且影響程度非常大，在夏季容易孽生蚊蠅，產生比較難聞的氣味，從而導致衛生條件不佳；在北方冬季比較寒冷的地區，濕地表層容易因低溫而結冰，而使濕地運行中斷或大大減弱濕地的處理效果；

3 表面流人工濕地對于填料及植物豐富的根系不能達到充分利用的效果，污水凈化處理效果受植物覆蓋度的影響比較大，和潛流人工濕地相比，在達到正式穩定運行之前需要時間較長的適應期，而且雖然該類型濕地造價低廉，但在實際濕地應用中比較少。

2.2 水平潛流人工濕地

水平潛流人工濕地系統又稱滲濾人工濕地，該類型的水面位于濕地的填料層以下，污水在濕地床的內部從濕地一端經填料床中的填料的過濾作用沿水平方向緩慢流至另一端，通過生長在填料表面的生物膜、植物豐富的根系以及表層土和內部填料的截流等作用，從而對污水起到的處理凈化的效果。其中，濕地系統中氧氣主要是通過植物根系的傳輸作用而來。

2.2.1 潛流人工濕地的優點

1 與水面流人工濕地相比，潛流人工濕地的污染負荷與水力負荷相對來說比較大，具有較好的耐沖擊能力，對SS、CODCr、BOD5及污水中的重金屬等具有較好的處理效果；

2 由于流經濕地水流是從地表以下流動，從而使潛流人工濕地具有較好的保溫性能，能有效解決北方寒冷地區的冬季防凍問題；

3 污水在凈化處理時，受氣溫以及氣候的影響很小，衛生條件相對表面流人工濕地要好很多，且幾乎不會產生難聞氣味以及蚊蠅滋生等現象在實際中應用最廣；

4 濕地出水水質比較穩定，不需時間去適應，且占地面積相對來說比較小；

5 潛流型人工濕地的作用位點多，微生物豐富，溫度波動小，水力負荷較大，占地面積小，處理污水效率高。

2.2.2 潛流人工濕地的缺點

1 投資建造費用相比水面濕地來說要高一些，而且其后期維護以及運行管理的費用也比較高。

2 人工濕地的控制相對來說比較復雜，對氮、磷等有機質的處理效果不如垂直流人工濕地。

2.3 垂直流人工濕地

垂直流人工濕地的水流運動情況綜合了表面流濕地以及潛流濕地二者的特性，在垂直流人工濕地系統中，污水從濕地的表面的填料床中在垂直方向上憂傷到下縱向流入填料床底，使床體一直處于一種不飽和狀態。其中，濕地中的氧氣一方面是大氣的擴散作用，另一方面則是通過植物根系的傳輸。

2.3.1 垂直流人工濕地的優點

1 與水平潛流人工濕地相比，垂直流人工濕地大大增加了污水與空氣接觸面積，有利于氧的傳輸，使水中氧氣充足，提高了污水的凈化處理效果；

2 垂直流人工濕地硝化能力較水平潛流濕地強，對于氨氮含量比較高的污水處理效果相對而言比較好一些；

3 因為垂直潛流型人工濕地是在垂直潛流系統中，污水從表面由上到下豎向流至填料床底，水流在豎向流至填料床底的過程中依次經過不同的介質層，從而達到凈化的效果。所以占地面積相較其它形式的人工濕地來說要小，從而單位面積處理污水的效率較高。

2.3.2 垂直流人工濕地的缺點

1 對于CODCr、BOD5等有機物的處理能力不如潛流人工濕地，凈化能力有待提高；

2 建造要求相對來說高，比較麻煩；

3 濕地操作控制相對來說復雜，程序繁瑣；

4 濕地落干、淹水時間比較長，在夏季容易孳生蚊蠅，造成衛生問題。

2.4 復合人工濕地

復合人工濕地中的水體流態既包括水平流又包括垂直流，是多種流態集一體。復合人工濕地對NH3-N、TP、CODCr、BOD5、TSS[13]、細菌總數和濁度等具有較高的去除率，且出水水質可以達到國家雜用水標準。

3、人工濕地在我國的發展運用

我國開始進行人工濕地方面的研究，相對而言起始時間還是比較晚的，我國從上個世紀80年代初才開始接觸人工濕地，了解人工濕地這個概念，并開始引進以及學習借鑒國外在這方面的先進技術，雖然說我國起始時間較晚，但是我國在這方面的研究發展卻是非常迅速。

在第七個五年計劃期間，我國將人工濕地處理這項新興技術作為了我國科學技術所要攻關的難題，并且從這時期開始，我國關于人工濕地方面的研究才算真正意義上的步入了研究的正軌，并且開始進行比較大得規模性的人工濕地理論以及實踐研究，在此期間，我國在人工濕地方面，關于該技術的核心要點，工程系統參數以及工藝特性方面均取得了令人矚目的成果。

經過多年來的探究，對于人工濕地污水處理工藝及其實際應用方面，我國在已經取得了較大的進展，但人工濕地作為一項新型污水處理工藝，關于其推廣及應用，仍存在很多不足之處，需要我們進行進一步研究：

首先，國外現在關于人工濕地研究主要集中在數據庫開發和數據應用指南，以及對人工濕地進行研究機理的深入探討、對人工濕地的技術進行改良以及不斷擴大人工濕地的應用范圍等方面，而我國在這些方面的研究相對來說比較落后；

其次，人工濕地在南方溫暖地區適應性良好，但在我國北方的寒冷地區，冬天運行相對而言比較困難，運行效果不佳甚至出現不能運行的問題，雖然說潛流人工濕地對這方面的要求比較低，但當溫度過低時仍會對污水的凈化效率起到嚴重影響。所以說，溫度是解決這一關鍵問題一個非常關鍵的影響因素，只有很好地解決此問題，人工濕地才能夠在北方得到大范圍應用并推廣；

最后，除了系統內污染物降解的反應動力學和濕地內部的水流流態這些因素會影響人工濕地系統處理效率外，還有許多其它因素也會影響到污水處理的效率，如水力停留的時間、進水的負荷、氣候特征及濕地系統的設計類型、區域性差異等，而且目前我國而言，并無任何規范來對人工濕地進行定性設計以及統一標準。

綜上所述，盡管人工濕地現在已經成為我國現階段污水處理的重要組成部分之一，對我國現在所面臨的水資源危機問題可以起到一定的緩解作用，但是我國現階段的人工濕地仍面臨許多問題，如缺乏人工濕地的設計技術指導、相應的數據指南及其相關規范的約束等問題，而且關于人工濕地理論及實踐基礎研究等方面的內容尚存在許多不足之處，仍需我們進行深入的研究探討，從而使人工濕地系統在我國得到更加完善的應用。

4、展望

人工濕地作為當今污水凈化的主流之一，必將隨著其不斷探究而呈現出更好的發展態勢，而且相信我國也會盡快開發出屬于我國的人工濕地數據庫，并且不斷擴大人工濕地的試用類型，而且解決人工濕地在北方的應用問題，人工濕地在污水凈化的同時，也可以帶來一定的經濟效益與社會效益，相信在未來階段中，我國在人工濕地的研究中也會更加深入，我國在人工濕地關于該方面的研究也將處于領先階段。

參考文獻：

[1]林濤，蔣玲燕，譚學軍，周琪. 人工濕地處理農業徑流中的阿特拉津研究[J]. 哈爾濱商業大學學報（自然科學版），2008，（03）：324-327+334.

[2]劉亞瓊，劉志強，苗群，翁娜娜. 人工濕地處理污水機理及效率比較[J]. 水科學與工程技術，2007，（06）：40-43.

[3]陳英，黃承才，厲彬燕，邱木清. 人工濕地中8種植物生長及營養吸收的比較研究[J]. 紹興文理學院學報（自然科學），2011，（04）：20-23.

[4]路學軍，潘繼征. 人工濕地方法處理溫泉旅游度假區洗浴廢水的探討[J]. 內蒙古環境科學，2009，（01）：50-55.

[5]郭好江. 組合潛流人工濕地處理含鹽生活污水的研究[D].中國海洋大學，2014.

[6]張麗，韓喬，司馬衛平. 人工濕地污水處理技術綜述[J]. 山西建筑，2007，（28）：204-205.

[7]孫鵬. 人工濕地技術在農村分散式生活污水處理中的應用與探討[D].青島大學，2013.

[8] 于少鵬，王海霞，萬忠娟，孫廣友. 人工濕地污水處理技術及其在我國發展的現狀與前景[J]. 地理科學進展，2004，（01）：22-29.

[9]祝宇慧. 人工濕地植物篩選及其對營養型污水的凈化效果研究[D].浙江大學，2008.

[10]呂濤. 厭氧濾池—人工濕地組合處理軍隊營區生活污水[D].西安建筑科技大學，2011.

[11]許嘉炯，馬軍，韓洪軍，孫曉. 人工濕地技術在給水工程中的應用[J]. 給水排水，2012，（05）：44-48.

[12] 楊文婷，王德建，紀榮平. 厭氧池-兩級復合型潛流人工濕地工藝設計[J]. 環境科技，2010，（03）：1-4.

[13]梁繼東，周啟星，孫鐵珩. 人工濕地污水處理系統研究及性能改進分析[J]. 生態學雜志，2003，（02）：49-55.

[14] 李維垚. 復合人工濕地處理微污染河水試驗研究[D].北京工業大學，2012.