潜流人工湿地在污水深度处理方面的应用研究

侯芳

摘要：介绍了研究人工湿地的工程概况及相关参数，对几种指标去除率及运行中存在的不足进行了分析，探讨了潜流人工湿地在北方污水深度处理的可行性。

关键词：潜流人工湿地；污水深度处理；去除率；研究

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1674—9944（2014）09—0177—03

1引言

随着人们环境意识的不断提高，越来越多的技术被应用于环保产业。湿地因其对地球自然水体的净化和处理等诸多有益功能被喻为“地球之肾”。人工湿地亦因其独有的优越性被应用到污水深度处理工艺中，并引起愈来愈多地关注。

人工湿地指用人工构成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基层质，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物的三重协同作用使污水得到净化。与传统污水处理方法相比，人工湿地污水处理系统具有建设投资低、后续运行成本相对便宜、技术含量低且易于操作、实施和维护与自然景观协调相融等诸多优点。

本研究主要通过义县污水厂潜流人工湿地的建设及运行，总结其技术及管理经验，分析了其中存在的不足，为潜流人工湿地在北方地区推广提供可靠依据。

2人工湿地的净化原理

人工湿地对废水的处理体现了物理、化学和生物3种综合作用。湿地系统成熟后，大量微生物的生长将在填料表面和植物根系形成生物膜。当废水流经生物膜时，填料和植物根系阻挡截留大量悬浮物，通过生物膜的吸收、同化及异化作用有机污染物被去除。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围环境中依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中氮、磷不仅能被植物和微生物作为营养成分直接吸收，而且还可以通过硝化和反硝化作用及微生物对磷的过量积累而将其从废水中去除，最后通过湿地床填料的定期更换或栽种植物的收割而将污染物最终从系统中去除[1]。

3现有人工湿地系统单元设计及工艺流程

3.1单元尺寸及填料等方面的设计参数

湿地总占地面积45亩，分为6个并联单元（每个单位宽38m，长106～136m），每个单元均为水平潜流，水力负荷为0.5m3/m2·d。

湿地由防渗膜、湿地植物、集配水系统及倒膜管构成。填料深度1.20m，自上而下各层填料的分布依次为：草炭灰20cm，豆粒石50mm厚，主填料850mm厚，防渗层100mm厚。主填料层从进水端开始依次为碎石、沸石、碎石，防渗采用700g/m2HDPE膜作为防渗方式。湿地表层种植芦苇，种植密度为9棵/m2。

3.2湿地工艺流程

一级处理的二沉池出水后，经管线输送至人工湿地前端入进水渠，通过配水进入6个水平潜流湿地单元。出水入集水渠后经管道连接的伸缩管，控制每个单元运行水位，通过管道连接每个出水井，从出水井的总出水口排放至大凌河。

一级处理和人工湿地的结合，不仅可以通过湿地入水进行初级处理保证湿地系统的安全有效运行，更重要的一点在于通过调节一级处理的处理浓度，保证整个处理系统在各季节的运行效果[2]。在春夏秋三季，充分利用湿地的净水功能进行污水深度处理，冬季则强化一级处理进行补充。此举可确保在保障污水处理效果的前提下，大大降低运行成本。

3.3潜流人工湿地对几种主要指标去除效率的研究

本研究以2013年12个月份监测数据为依据：每月取周监测均值，每周监测一次，每次分别在湿地入口和出口处取日混合水样。

3.3.1季节对去除率的影响

湿地4种指标（化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷）全年去除率变化趋势见图1。

该湿地种植植物主要为芦苇，芦苇展叶期5月初，繁盛期6～10月，10月底落叶。从图1可直观看出，6～10月是4种指标污染物去除效果最好的月份；10月以后湿地植物叶落，4种指标污染物去除率开始呈下降趋势，氨氮和总磷尤为明显。故夏秋去除效果优于冬春。

3.3.2去除率对出水水质的影响

人工湿地全年进水测值范围：化学需氧量21.1～46mg/L，悬浮物20～29mg/L，氨氮3.9～11.2mg/L，总磷1.58～1.78mg/L。湿地4种指标全年去除率见表1。

从表1看出：化学需氧量最高去除率为71%，悬浮物最高去除率为76%，氨氮最高去除率为64%，总磷最高去除率为69%。取湿地最低去除率与最高进水测值可以得知4种指标出水测值最大值：化学需氧量2576mg/L，悬浮物1885mg/L，氮氮538mg/L，总磷085mg/L，均符合设计处理（《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级B）的要求。但一旦进水测值超过一定范围，出水水质就会超标，所以应随时监控进水水质并进行调控，确保出水水质达标。

3.3.34种指标去除率高低的分析

悬浮物>化学需氧量>总磷>氨氮，从4种指标去除率分析可以看出，悬浮物和与化学需氧量的去除效果明显高于总磷和氨氮。

4潜流人工湿地运行中存在的问题及对策

4.1替代传统污水处理的局限性

影响人工湿地应用的一大限制因素就是水质。尤其在夏季，湿地很难维持设计要求的水文状况和污染物、营养物浓度。随着季节转换，污水的浓度、有机负荷、营养物负荷和气候都会发生变化，进入汛期后雨量过大可能会淹没湿地，导致湿地不能正常运行，还可能使其变成地表水和地下水的污染源。这就要求人工湿地在运行中必须确保水位调控设施有效可控，可采取设溢流堰、可调管道或闸门等方式进行调控。

4.2脱氮除磷问题

总磷和氨氮的去除主要依附于湿地植物。潜流人工湿地的有机氮在微生物作用下发生氨化反应，生成的铵盐可以直接被植物摄取并合成植物蛋白等物质供给植物生长；磷的去除主要通过植物、介质吸附、化学沉淀、和微生物同化作用去除。有研究表明，湿地植物对氮的吸收量为003～03g/m2·d、对磷的吸收量为1.8～18.0g/m2·年，并且通过收割植物来最终完成氮磷的去除。因此潜流人工湿地系统不能有效去除氮磷。

提高脱氮率的主要措施是提高氧气的供给以提高硝化能力，本研究添加了沸石作为氮吸附介质进行介质优化以提高脱氮率；提高除磷效果也可通过添加炉渣、废铁屑等工业废物作为磷吸附介质进行提高[3]。

4.3堵塞

堵塞一般发生在基质上层0～15cm处，导致堵塞的主要因素有有机负荷过高、系统内产生的生物量不断增加，种植植物过多和维护不及时也是造成堵塞的原因。清瘀是最简单易行的办法。

4.4温度问题

冬季气温偏低会影响人工湿地运行，导致污染物去除率降低。研究表明，采取保温措施后，各种深度的湿地单元冻土深度都在0.2m以内[4]。薄膜保温法操作简单成本低廉，非常适合北方污水厂湿地保温[5]。

5结语

该湿地自2010年9月开始试运行至今，效果良好，操作可行，实现了经济、社会、环境三方效益共赢。不仅为企业节约了投资和运行成本，还营造了优美的生态环境。湿地运行四年来，凌河岸局部小气候与生态环境得到显著改善：不仅动植物种类增多，还吸引了大量鸟类栖息，成为义县中小学环境保护科普基地。

本研究是在特定设计参数下进行，故分析存在一定局限性，影响因素等方面的诸多研究还有待加强。

参考文献：

[1] 李荣林.人工湿地污水处理技术[J].山西化工，2007，27（1）.

[2] 朱雪生.利用人工湿地处理池塘养殖废水效果分析[J].渔业现代化，2009，36（4）.

[3] 周艳丽.水平潜流人工湿地脱氮除磷研究进展[J].水资源保护，2011，27（2）.

[4] 陈晓东.北方人工湿地污水处理技术应用研究与示范工程[J].环境保护科学，2007（2）.

[5] 朱砺之，黄娟，傅大放，等.人工湿地生态系统中的微生物作用及PCR-DGGE技术的应用[J].安全与环境工程，2012（2）.endprint

摘要：介绍了研究人工湿地的工程概况及相关参数，对几种指标去除率及运行中存在的不足进行了分析，探讨了潜流人工湿地在北方污水深度处理的可行性。

关键词：潜流人工湿地；污水深度处理；去除率；研究

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1674—9944（2014）09—0177—03

1引言

随着人们环境意识的不断提高，越来越多的技术被应用于环保产业。湿地因其对地球自然水体的净化和处理等诸多有益功能被喻为“地球之肾”。人工湿地亦因其独有的优越性被应用到污水深度处理工艺中，并引起愈来愈多地关注。

人工湿地指用人工构成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基层质，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物的三重协同作用使污水得到净化。与传统污水处理方法相比，人工湿地污水处理系统具有建设投资低、后续运行成本相对便宜、技术含量低且易于操作、实施和维护与自然景观协调相融等诸多优点。

本研究主要通过义县污水厂潜流人工湿地的建设及运行，总结其技术及管理经验，分析了其中存在的不足，为潜流人工湿地在北方地区推广提供可靠依据。

2人工湿地的净化原理

人工湿地对废水的处理体现了物理、化学和生物3种综合作用。湿地系统成熟后，大量微生物的生长将在填料表面和植物根系形成生物膜。当废水流经生物膜时，填料和植物根系阻挡截留大量悬浮物，通过生物膜的吸收、同化及异化作用有机污染物被去除。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围环境中依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中氮、磷不仅能被植物和微生物作为营养成分直接吸收，而且还可以通过硝化和反硝化作用及微生物对磷的过量积累而将其从废水中去除，最后通过湿地床填料的定期更换或栽种植物的收割而将污染物最终从系统中去除[1]。

3现有人工湿地系统单元设计及工艺流程

3.1单元尺寸及填料等方面的设计参数

湿地总占地面积45亩，分为6个并联单元（每个单位宽38m，长106～136m），每个单元均为水平潜流，水力负荷为0.5m3/m2·d。

湿地由防渗膜、湿地植物、集配水系统及倒膜管构成。填料深度1.20m，自上而下各层填料的分布依次为：草炭灰20cm，豆粒石50mm厚，主填料850mm厚，防渗层100mm厚。主填料层从进水端开始依次为碎石、沸石、碎石，防渗采用700g/m2HDPE膜作为防渗方式。湿地表层种植芦苇，种植密度为9棵/m2。

3.2湿地工艺流程

一级处理的二沉池出水后，经管线输送至人工湿地前端入进水渠，通过配水进入6个水平潜流湿地单元。出水入集水渠后经管道连接的伸缩管，控制每个单元运行水位，通过管道连接每个出水井，从出水井的总出水口排放至大凌河。

一级处理和人工湿地的结合，不仅可以通过湿地入水进行初级处理保证湿地系统的安全有效运行，更重要的一点在于通过调节一级处理的处理浓度，保证整个处理系统在各季节的运行效果[2]。在春夏秋三季，充分利用湿地的净水功能进行污水深度处理，冬季则强化一级处理进行补充。此举可确保在保障污水处理效果的前提下，大大降低运行成本。

3.3潜流人工湿地对几种主要指标去除效率的研究

本研究以2013年12个月份监测数据为依据：每月取周监测均值，每周监测一次，每次分别在湿地入口和出口处取日混合水样。

3.3.1季节对去除率的影响

湿地4种指标（化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷）全年去除率变化趋势见图1。

该湿地种植植物主要为芦苇，芦苇展叶期5月初，繁盛期6～10月，10月底落叶。从图1可直观看出，6～10月是4种指标污染物去除效果最好的月份；10月以后湿地植物叶落，4种指标污染物去除率开始呈下降趋势，氨氮和总磷尤为明显。故夏秋去除效果优于冬春。

3.3.2去除率对出水水质的影响

人工湿地全年进水测值范围：化学需氧量21.1～46mg/L，悬浮物20～29mg/L，氨氮3.9～11.2mg/L，总磷1.58～1.78mg/L。湿地4种指标全年去除率见表1。

从表1看出：化学需氧量最高去除率为71%，悬浮物最高去除率为76%，氨氮最高去除率为64%，总磷最高去除率为69%。取湿地最低去除率与最高进水测值可以得知4种指标出水测值最大值：化学需氧量2576mg/L，悬浮物1885mg/L，氮氮538mg/L，总磷085mg/L，均符合设计处理（《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级B）的要求。但一旦进水测值超过一定范围，出水水质就会超标，所以应随时监控进水水质并进行调控，确保出水水质达标。

3.3.34种指标去除率高低的分析

悬浮物>化学需氧量>总磷>氨氮，从4种指标去除率分析可以看出，悬浮物和与化学需氧量的去除效果明显高于总磷和氨氮。

4潜流人工湿地运行中存在的问题及对策

4.1替代传统污水处理的局限性

影响人工湿地应用的一大限制因素就是水质。尤其在夏季，湿地很难维持设计要求的水文状况和污染物、营养物浓度。随着季节转换，污水的浓度、有机负荷、营养物负荷和气候都会发生变化，进入汛期后雨量过大可能会淹没湿地，导致湿地不能正常运行，还可能使其变成地表水和地下水的污染源。这就要求人工湿地在运行中必须确保水位调控设施有效可控，可采取设溢流堰、可调管道或闸门等方式进行调控。

4.2脱氮除磷问题

总磷和氨氮的去除主要依附于湿地植物。潜流人工湿地的有机氮在微生物作用下发生氨化反应，生成的铵盐可以直接被植物摄取并合成植物蛋白等物质供给植物生长；磷的去除主要通过植物、介质吸附、化学沉淀、和微生物同化作用去除。有研究表明，湿地植物对氮的吸收量为003～03g/m2·d、对磷的吸收量为1.8～18.0g/m2·年，并且通过收割植物来最终完成氮磷的去除。因此潜流人工湿地系统不能有效去除氮磷。

提高脱氮率的主要措施是提高氧气的供给以提高硝化能力，本研究添加了沸石作为氮吸附介质进行介质优化以提高脱氮率；提高除磷效果也可通过添加炉渣、废铁屑等工业废物作为磷吸附介质进行提高[3]。

4.3堵塞

堵塞一般发生在基质上层0～15cm处，导致堵塞的主要因素有有机负荷过高、系统内产生的生物量不断增加，种植植物过多和维护不及时也是造成堵塞的原因。清瘀是最简单易行的办法。

4.4温度问题

冬季气温偏低会影响人工湿地运行，导致污染物去除率降低。研究表明，采取保温措施后，各种深度的湿地单元冻土深度都在0.2m以内[4]。薄膜保温法操作简单成本低廉，非常适合北方污水厂湿地保温[5]。

5结语

该湿地自2010年9月开始试运行至今，效果良好，操作可行，实现了经济、社会、环境三方效益共赢。不仅为企业节约了投资和运行成本，还营造了优美的生态环境。湿地运行四年来，凌河岸局部小气候与生态环境得到显著改善：不仅动植物种类增多，还吸引了大量鸟类栖息，成为义县中小学环境保护科普基地。

本研究是在特定设计参数下进行，故分析存在一定局限性，影响因素等方面的诸多研究还有待加强。

参考文献：

[1] 李荣林.人工湿地污水处理技术[J].山西化工，2007，27（1）.

[2] 朱雪生.利用人工湿地处理池塘养殖废水效果分析[J].渔业现代化，2009，36（4）.

[3] 周艳丽.水平潜流人工湿地脱氮除磷研究进展[J].水资源保护，2011，27（2）.

[4] 陈晓东.北方人工湿地污水处理技术应用研究与示范工程[J].环境保护科学，2007（2）.

[5] 朱砺之，黄娟，傅大放，等.人工湿地生态系统中的微生物作用及PCR-DGGE技术的应用[J].安全与环境工程，2012（2）.endprint

摘要：介绍了研究人工湿地的工程概况及相关参数，对几种指标去除率及运行中存在的不足进行了分析，探讨了潜流人工湿地在北方污水深度处理的可行性。

关键词：潜流人工湿地；污水深度处理；去除率；研究

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1674—9944（2014）09—0177—03

1引言

随着人们环境意识的不断提高，越来越多的技术被应用于环保产业。湿地因其对地球自然水体的净化和处理等诸多有益功能被喻为“地球之肾”。人工湿地亦因其独有的优越性被应用到污水深度处理工艺中，并引起愈来愈多地关注。

人工湿地指用人工构成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基层质，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物的三重协同作用使污水得到净化。与传统污水处理方法相比，人工湿地污水处理系统具有建设投资低、后续运行成本相对便宜、技术含量低且易于操作、实施和维护与自然景观协调相融等诸多优点。

本研究主要通过义县污水厂潜流人工湿地的建设及运行，总结其技术及管理经验，分析了其中存在的不足，为潜流人工湿地在北方地区推广提供可靠依据。

2人工湿地的净化原理

人工湿地对废水的处理体现了物理、化学和生物3种综合作用。湿地系统成熟后，大量微生物的生长将在填料表面和植物根系形成生物膜。当废水流经生物膜时，填料和植物根系阻挡截留大量悬浮物，通过生物膜的吸收、同化及异化作用有机污染物被去除。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围环境中依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中氮、磷不仅能被植物和微生物作为营养成分直接吸收，而且还可以通过硝化和反硝化作用及微生物对磷的过量积累而将其从废水中去除，最后通过湿地床填料的定期更换或栽种植物的收割而将污染物最终从系统中去除[1]。

3现有人工湿地系统单元设计及工艺流程

3.1单元尺寸及填料等方面的设计参数

湿地总占地面积45亩，分为6个并联单元（每个单位宽38m，长106～136m），每个单元均为水平潜流，水力负荷为0.5m3/m2·d。

湿地由防渗膜、湿地植物、集配水系统及倒膜管构成。填料深度1.20m，自上而下各层填料的分布依次为：草炭灰20cm，豆粒石50mm厚，主填料850mm厚，防渗层100mm厚。主填料层从进水端开始依次为碎石、沸石、碎石，防渗采用700g/m2HDPE膜作为防渗方式。湿地表层种植芦苇，种植密度为9棵/m2。

3.2湿地工艺流程

一级处理的二沉池出水后，经管线输送至人工湿地前端入进水渠，通过配水进入6个水平潜流湿地单元。出水入集水渠后经管道连接的伸缩管，控制每个单元运行水位，通过管道连接每个出水井，从出水井的总出水口排放至大凌河。

一级处理和人工湿地的结合，不仅可以通过湿地入水进行初级处理保证湿地系统的安全有效运行，更重要的一点在于通过调节一级处理的处理浓度，保证整个处理系统在各季节的运行效果[2]。在春夏秋三季，充分利用湿地的净水功能进行污水深度处理，冬季则强化一级处理进行补充。此举可确保在保障污水处理效果的前提下，大大降低运行成本。

3.3潜流人工湿地对几种主要指标去除效率的研究

本研究以2013年12个月份监测数据为依据：每月取周监测均值，每周监测一次，每次分别在湿地入口和出口处取日混合水样。

3.3.1季节对去除率的影响

湿地4种指标（化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷）全年去除率变化趋势见图1。

该湿地种植植物主要为芦苇，芦苇展叶期5月初，繁盛期6～10月，10月底落叶。从图1可直观看出，6～10月是4种指标污染物去除效果最好的月份；10月以后湿地植物叶落，4种指标污染物去除率开始呈下降趋势，氨氮和总磷尤为明显。故夏秋去除效果优于冬春。

3.3.2去除率对出水水质的影响

人工湿地全年进水测值范围：化学需氧量21.1～46mg/L，悬浮物20～29mg/L，氨氮3.9～11.2mg/L，总磷1.58～1.78mg/L。湿地4种指标全年去除率见表1。

从表1看出：化学需氧量最高去除率为71%，悬浮物最高去除率为76%，氨氮最高去除率为64%，总磷最高去除率为69%。取湿地最低去除率与最高进水测值可以得知4种指标出水测值最大值：化学需氧量2576mg/L，悬浮物1885mg/L，氮氮538mg/L，总磷085mg/L，均符合设计处理（《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级B）的要求。但一旦进水测值超过一定范围，出水水质就会超标，所以应随时监控进水水质并进行调控，确保出水水质达标。

3.3.34种指标去除率高低的分析

悬浮物>化学需氧量>总磷>氨氮，从4种指标去除率分析可以看出，悬浮物和与化学需氧量的去除效果明显高于总磷和氨氮。

4潜流人工湿地运行中存在的问题及对策

4.1替代传统污水处理的局限性

影响人工湿地应用的一大限制因素就是水质。尤其在夏季，湿地很难维持设计要求的水文状况和污染物、营养物浓度。随着季节转换，污水的浓度、有机负荷、营养物负荷和气候都会发生变化，进入汛期后雨量过大可能会淹没湿地，导致湿地不能正常运行，还可能使其变成地表水和地下水的污染源。这就要求人工湿地在运行中必须确保水位调控设施有效可控，可采取设溢流堰、可调管道或闸门等方式进行调控。

4.2脱氮除磷问题

总磷和氨氮的去除主要依附于湿地植物。潜流人工湿地的有机氮在微生物作用下发生氨化反应，生成的铵盐可以直接被植物摄取并合成植物蛋白等物质供给植物生长；磷的去除主要通过植物、介质吸附、化学沉淀、和微生物同化作用去除。有研究表明，湿地植物对氮的吸收量为003～03g/m2·d、对磷的吸收量为1.8～18.0g/m2·年，并且通过收割植物来最终完成氮磷的去除。因此潜流人工湿地系统不能有效去除氮磷。

提高脱氮率的主要措施是提高氧气的供给以提高硝化能力，本研究添加了沸石作为氮吸附介质进行介质优化以提高脱氮率；提高除磷效果也可通过添加炉渣、废铁屑等工业废物作为磷吸附介质进行提高[3]。

4.3堵塞

堵塞一般发生在基质上层0～15cm处，导致堵塞的主要因素有有机负荷过高、系统内产生的生物量不断增加，种植植物过多和维护不及时也是造成堵塞的原因。清瘀是最简单易行的办法。

4.4温度问题

冬季气温偏低会影响人工湿地运行，导致污染物去除率降低。研究表明，采取保温措施后，各种深度的湿地单元冻土深度都在0.2m以内[4]。薄膜保温法操作简单成本低廉，非常适合北方污水厂湿地保温[5]。

5结语

该湿地自2010年9月开始试运行至今，效果良好，操作可行，实现了经济、社会、环境三方效益共赢。不仅为企业节约了投资和运行成本，还营造了优美的生态环境。湿地运行四年来，凌河岸局部小气候与生态环境得到显著改善：不仅动植物种类增多，还吸引了大量鸟类栖息，成为义县中小学环境保护科普基地。

本研究是在特定设计参数下进行，故分析存在一定局限性，影响因素等方面的诸多研究还有待加强。

参考文献：

[1] 李荣林.人工湿地污水处理技术[J].山西化工，2007，27（1）.

[2] 朱雪生.利用人工湿地处理池塘养殖废水效果分析[J].渔业现代化，2009，36（4）.

[3] 周艳丽.水平潜流人工湿地脱氮除磷研究进展[J].水资源保护，2011，27（2）.

[4] 陈晓东.北方人工湿地污水处理技术应用研究与示范工程[J].环境保护科学，2007（2）.

[5] 朱砺之，黄娟，傅大放，等.人工湿地生态系统中的微生物作用及PCR-DGGE技术的应用[J].安全与环境工程，2012（2）.endprint