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人工湿地在污水处理中的应用

文档作者：秦立强王婷婷文档来源：德州市环境保护科学研究所		点击数：	更新时间： 2024年03月04日
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人工湿地在污水处理中的应用
秦立强王婷婷
(德州市环境保护科学研究所山东德州253034)
摘要综述各类人工湿地的类型，包括自由水面流人工湿地、潜流人工湿地和混合动力人工湿地对城市污水处理的效
果，并对人工湿地的成本和土地需求进行严格的评估。
关键词人工湿地废水处理系统
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2014)05一058—02
无法获得足够的清洁水已经成为影响人类健康最普遍
的问题，并且在未来几十年用水问题可能进一步恶化⋯。随着
用水需求不断增加而水资源不足．表现在许多发展中国家不
同来源的水(如地下水)已经过度开发。这种短期策略很可能
对环境产生不利影响．如地面沉降．盐水入侵和生态系统恶
化。此外．许多发展中国家的城市在兴建及管理污水处理设
施方面也普遍比较落后。生态技术．如人工湿地污水处理是
对环境的保护和恢复以及创新的解决方案[2]。人工湿地
(CWS)包括多个工程化废水处理系统的处理模块，包括生
物、化学和类似于在自然处理过程中发生的物理过程。人工
湿地已成功地用于减轻废水对环境的污染．如去除各种各样
的有机污染物，悬浮物、病原体、金属离子和营养素以及制药
和个人护理产品[3]。由于较高的去除效，成本较低，操作简
单。潜力巨大和养分再利用，人工湿地已日益成为用于废水
处理的技术。本研究对人工湿地当前应用状态进行全面论
述．重点讨论的是不同类型的人工湿地在宏观层面的表现和
成本与土地空间要求对人工湿地的影响。
1集中式与分散式污水处理系统
集中式污水处理系统已被认为是水污染控制的最佳解
决方案，已盛行于许多工业化国家。水处理的基本理念是将
污水排出城市以减少公众健康的风险。在很大程度上。这种
集中式污水处理方法可以非常有效地解决卫生问题【4]。但
是。集中式污水处理的方法需要高资金成本．在处理中过度
依赖水处理技术．这对于人口密度低的地区不是很适用。的
确．提供大量的清洁水和处理大量废水意味着大量的投资是
必需的。因此，构建集中式处理系统．对于低收入小型农村社
区或郊区的人们是一种负担。在我国可持续的污水处理系统
应侧重于用最少的投资和不太复杂的操作要求满足当地的
需要。
发展中国家应侧重于满足当地最少的投资和简单的操
作需求。分散式污水处理系统应用现场和集群系统的组合已
成为一个解决供水和卫生问题的可行方法。该方法由于其更
灵活，生态更可持续．较少的资源密集等优点，可被应用于社
区，农村，以及工业，商业和住宅等【5]。
2人工湿地的特点
在过去的几十年里．人工湿地成为人们公认的废水处理
方法。这是由于它们具有较高的污染物去除效率．操作维修
方便，能耗低等优点。在发展中国家，人工湿地已用于处理生
活污水，并越来越多的应用于处理其他类型的废水．如工业
废水，农业废水，湖河水，污泥流出物。采油废水，糖厂废水，
医院污水，实验室废水，垃圾填埋场渗滤液和农业径流。大部
分发展中国家有温暖的热带和亚热带气候．温暖的气候有利
于人工湿地植物的生长和微生物活性的提高．很大程度地提
高污染物处理效率[6】。
3不同类型的人工湿地
人工湿地处理系统一般分为3类：自由水面人工湿地。
潜流人工湿地和混合型人工湿地。其中潜流人工湿地可根据
流型进一步划分为垂直潜流和水平地下流系统。
(1)自由水面人工湿地系统。系统是在水的表面上，通过
在水中的植物和相关的生物膜相复杂的相互作用产生的处
理工艺。像天然沧海桑田．自由水面人工湿地系统表现出的
生物学特性可以去除各种成分．使水质量提高。由于水层表
面附近是有氧的而更深的水域通常是厌氧的．自由水面人工
湿地系统通常用于处理0．4m以上部分的水域．水力负荷率
在0．7。5．0cm·d。范围内【71。
自由水面人工湿地能通过微生物有效地去除有机物．通
过过滤和沉淀去除悬浮固体。自由水面人工湿地可以使总悬
浮固体．化学需氧量．生化需氧量和病原体的去除率达到
70％以上【8]。氮的去除效率通常是40％～50％．这主要受很多
因素的限制，包括原水浓度。氮的化学形式，水温。季节，有机
碳可用性以及溶解氧的浓度[9]。磷的去除率大约维持在40％
～90％．在自由水面人工湿地系统中除磷受限于水体和土壤
之间接触面积较小[10]。
(2)潜流人工湿地系统。系统是利用可渗透介质设计的，
介质通常为砂，砾石或碎石。人们之前应用水平地下流系统
比垂直潜流要多一些，但是近日垂直潜流越来越流行。水平
地下流系统废水流入水平地下穿过粒状媒介．接触到好氧．
缺氧和地下厌氧的网络系统。在垂直潜流人工湿地系统中．
废水通过介质垂直被送人整个表面区域。潜流人工湿地系统
深度一般为小于0．6斗m，水力负荷率在2～20cm．d一·范围内。
水平地下流和垂直潜流系统生物需氧量的去除率分别是
75．10％和89．29％。化学需氧量的去除率分别为66．02％和
64．41％。生活污水通常不含有高浓度的难降解有机物．因此
大部分的有机物是不稳定并容易降解的。一般来说．在处理
作者简介：秦立强(1988一)，男，山东泰安人，本科学历，主要从事环境影响评价工作。
2014．No．5．勺万方数据
污水性能上．垂直潜流系统要比水平地下流系统要好一些。格合适．人工湿地相对于其它污水处理系统要经济实用。据
水平地下流人工湿地可以为反硝化提供良好的条件，但报道，1个水平地下流系统的面积约为5m‰g／L BOD，d，
是硝化过程不容易发生。而垂直潜流系统则可以去除NH， 而1个垂直潜流人工湿地需要更少的土地，大约是1～3m2，60
N，但脱氮效果不明显。垂直潜流系统和水平地下流人工湿m巩BOD，dm]。有学者研究了一种新型混合动力人工湿地
地的NH广N去除率分别是70．9％和23．8％；N0，一N的去除率系统。它是将垂直潜流和水平地下流人工湿地系统组合在一
分别是67．76％和44．08％引。人工湿地除磷机制是废水与过起来处理城市废水．其混合动力系统需要土地面积为0．70～
滤基材接触时被植物和微生物吸收，碎裂，浸出和矿化，垂直0．93m‰g／L BOD5d，小于单一的水平地下流系统和垂直潜
潜流系统和水平地下流人工湿地的总磷去除率分别为流人工湿地所需土地[10】。
59．61％和65．96％，因此潜流人工湿地系统具有较大的磷去5 结论
除潜力[9]。人工湿地是一种适合并可靠的废水处理技术．在我国处
(3)混合动力系统。由于不能同时提供好氧和厌氧的条理各类污水处理方法上最具有成本效益．本论述的重点是不
件，单一形式的人工湿地不能达到总氮的高去除效率。利用同类型的人工湿地处理各种污染物的性能。相比于单一的系
自身的优点将各种类型的人工湿地组合成一个系统可以达统．混合动力系统的优势是组合各种类型的人工湿地。实现
到较好的污染物处理效果。混合动力系统是由垂直潜流系统更高的处理效果。偈S、COD和NH4一N的去除率分别是是
和水平地下流人工湿地系统以分阶段的方式组合而成。垂直85．65％、93．82％和80．11％。相比于混合动力系统。垂直潜流
潜流系统可以去除有机物和悬浮固体，并提供硝化过程，而系统和水平地下流系统对TP的去除率较高．分别为59．6l％
水平地下流人工湿地系统则可以完成反硝化过程和进一步和65．96％．相比于其它类型的人工湿地垂直潜流系统的
去除有机物和悬浮固体。混合动力系统的7rsS、BOD，、COD、BOD，去除率最明显为89．29％。
NH4一N和’rP的去除率比较高，分别为93．82％、84．06％、参考文献
85．65％、80．11％和54．75％‘13-151。1 宋志文。毕学军，曹军．人工湿地及其在我国小城市污水处理中的
4 成本和空间需求应用．生态学杂志，2003，22(3)
(1)成本需求。在废水处理中传统的污水处理和增强污2扬朝飞冲国湿地现状及其保护对策冲国环境科学，1995，(6)
泥活性是有效的．但这只能适用于人口稠密的城市。与此相3白晓慧，王宝贞，余敏，等．人工湿地污水处理技术及其发展应用·哈
反，人工湿地可以应用于小社区，以降低其处理成本。虽然人
尔滨建筑大学学报，1999，32(6)
工湿地系统在建设成本上优势并不明显．但其处理和运行维
4 Gik”P，Tchoh”0910u8 G·11l。”18 of咖eⅡi‘8蛐d dec8“‘出”d
护成本要哪些常规污水处理厂低得多：在中国，人工湿地，絮：羔嚣菜菱：菩嚣美繁：裂篡’焉：
的建设成本是164～460美元，m3，这只占建污水处理厂费用
(1)
的1，3～l，2。此外，人工湿地系统的处理和运行维护成本是6 zh∞g DQ，T∞sK，Gemberg RM，et a1．Nutrient removal in tmpical
0．0082～0．039美元／m3，而污水处理厂的相应费用是0．1151～ subsu血ce now con咖lcted wetl¨ds under batch∞d continuous
0．2465美元，m邶71。在我国山东，一个池塘和湿地系统的运行now conditi蚰s．EnvironMaIlage，2012，96
费用大概是82美元，m3．这大约是常规系统活性污泥工艺成7 Kadlec，RH．compaIison of舶e water ndh嘶zontal subsu如ce treat-
本的50％。北京龙道河人工湿地的处理能力是200m3，d～．其ment wed¨ds．Ecol Eng，2009，35(2)
建造费大约是0．02美元，m3，处理费用大约是O．03美元／m3． 8 Kadlec，RH·P0nd aIld wetlaIld treatment·water sci‰hnol·2003，48
这只占传统的污水处理厂费用的1，5[18]．
9 VyIIl删，J·R。”7al耐““‘”8“‘8 1“7“o“8‘yp。ol。o”咖02ed”8‘一
(2)空间需求。人工湿地处理系统通常比常规废水处理
land8·Sci Total E“”i”“·2007，380
系统需要更多的空间。在人口密集的地区，土地价格往往过10==篡兰盖嘉芦enk如础训e8
高，地价过高是制约人工湿地发展的主要因素。如果土地价
‘
(上接第57页)
(1)落实政府保护主体作用。生态红线制度必须与主体
功能区制度结合起来，单靠环保部门是很难落实的。建议采
取政府负责，部门协同的管理方式，认真落实相关管理制度，
并形成长效机制。
(2)严格查处违法行为。在国家或者省出台有前置威慑
力、事后追责力罚则后，强化监督管理，严格查处违法行为，
真正做到“划得了、管得住”，充分发挥应有的作用。
“11．_l，“”¨·．一“¨¨"。岫¨一¨¨··’。¨h-·一‘‘Ⅶ_·一’。Ⅶ··一¨¨l_。“¨¨··’。1．．_l·’“_11．．-。’‘Ⅶ··一l-1．1_一“¨¨l_·“。‰．一。¨¨··一．|I_|-_“Ⅶ·-一¨¨"。¨¨·_·。¨¨-·一Ⅶ···。．11．_·，4’⋯H一一_II-一¨¨¨一¨·-一¨●I-一‰·—Ⅶ¨一¨h·，4
新太阳能电池
美国德州仪器公司和SCE公司宣布．它们开发出1种新
的太阳电池，每一单元是直径不到1毫米的小珠，它们密密麻
麻规则地分布在柔软的铝箔上．就像许多蚕卵紧贴在纸上一
样。在大约50cm2的面积上便分布有1，700个这样的单元。

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