表面流人工湿地的应用现状及发展前景

张 欣

(山西省林业和草原科学研究院，山西 太原 030012)

人工湿地是根据人类利用需要，通过模拟自然湿地的结构与功能，在适宜的地理位置，人为设计和建造的湿地。人工湿地具有近自然、成本低、便于运行管理、净化效果稳定等优点，近年来在国内外污水处理工程中被广泛应用。人工湿地污水处理系统分为表面流人工湿地、潜流人工湿地、垂直流人工湿地3 种类型，笔者对表面流人工湿地的组成、优缺点和应用现状进行分析，可为其未来的发展提供参考。

1 表面流人工湿地的组成

1.1 水生植物

水生植物是人工湿地的重要组成部分，是湿地生态系统中的生产者。植物生长需要吸收氮、磷等营养物质，因此，在其生长过程中，根系的吸收作用可净化水体中的污染物质。另一方面，植物可以通过根系向基质输送氧气，营建好氧环境，有利于微生物降解功能的发挥。此外，植物根系还可吸附重金属离子，固着基质。表面流人工湿地中常用的水生植物包括挺水植物、浮水植物和沉水植物3种。

1.1.1 挺水植物

挺水植物指根、根茎生长在水的底泥之中，茎、叶挺出水面的植物。表面流人工湿地中常用的挺水植物有芦苇、香蒲、水菖蒲、荷花、千屈菜等。

1.1.2 浮水植物

浮水植物又称漂浮植物，指植株悬浮于水面上的植物。表面流人工湿地中常用的浮水植物有睡莲、浮萍、眼子菜等。

1.1.3 沉水植物

沉水植物指植物体全部位于水层下的大型水生植物。表面流人工湿地中常用的沉水植物有苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等。

1.2 基质

基质是提供水生植物生长、蓄纳污水和净化转化污染物的场所。常用的人工湿地基质包括砾石、砂子、土壤、有机质等。实际应用中，应根据待处理污水的类型，地理因素和经济因素，基质的质地、pH、电导率等选择适宜的基质。为避免地下水污染或渗透到人工湿地中，应在基质下方铺设下垫面。

1.3 水体

受污染的水体是表面流人工湿地系统净化的对象，但其也为湿地系统中的水生植物和微生物提供了生存环境和营养物质。表面流人工湿地中应有简单且易于调节流量的控制装置，以便于适应系统的变化。应布置适量的进水口，以确保水流分配，表面流人工湿地的入水装置较简单，利用水管、通道或者带阀门的管道将水引入湿地。水位由出水装置控制，如，堰、泄洪道、可调节管等。

1.4 微生物

微生物及其代谢活动对表面流人工湿地具有调节作用。人工湿地运行过程中存在多种微生物，如，细菌、酵母菌、真菌等。微生物具有净化污水的作用，还能改变基质的氧化还原条件，参与湿地的养分循环和碳循环。在表面流人工湿地的运行过程中，要注意控制影响微生物活性的污染物浓度，如，重金属、杀虫剂等。

2 表面流人工湿地的优缺点

表面流人工湿地是最接近自然湿地的人工湿地类型，湿地表面经常保持均匀的薄水层，其水位较浅(一般为0.1 m～0.6 m)，污水依靠自然坡度(处理单元具有0.4%～0.5%的坡度)以水平流的方式流经各个处理单元。

2.1 优点

表面流人工湿地中，污水以较慢速度流经湿地表面，在水面与空气之间可发生快速的气体交换。湿地中的O2来源于水面扩散与根系传输，具有投资少、操作简单、运行费用低等优点。

2.2 缺点

表面流人工湿地占地面积较大，水力负荷小，净化能力有限，且受气候影响较大。北方地区冬季寒冷，表面流人工湿地会结冰，影响其运行效果和使用寿命，夏季易孳生蚊子、苍蝇，有恶臭气味。

3 表面流人工湿地的应用现状

3.1 在处理工业废水中的应用

表面流人工湿地能够处理多种类型的工业废水。张华等2015年的研究结果表明，利用表面流人工湿地处理吉林糖醛厂废水、西安皂河有机废水和江苏新沂河近工业废水，当COD进水浓度在2.79 mg/L～6 600.00 mg/L之间时，去除率达40.6%～94.2%；当BOD5进水浓度在26.0 mg/L～225.6 mg/L之间时，去除率达44.83%～94.31%。此外，表面流人工湿地对石油、农药、杀虫剂等也有一定的去除效果，其去除机理一般是通过物理、化学和生物因素的综合作用。如，对重金属的去除主要是依靠基质吸附与水生植物的吸收积累，对藻类的去除主要是通过机械过滤。

3.2 在处理生活污水中的应用

有研究表明，表面流人工湿地的特点决定了其主要适用于防治农业面源污染和天然水体富营养化等。生活污水中氮、磷含量较高，表面流人工湿地对其去除效果较差，因此，多采用多级串联的表面流人工湿地系统处理生活污水。万玉文等在广西桂林市临桂县临桂镇回龙村的研究结果表明，表面流人工湿地系统对TN、NH4+-N和TP的平均去除率分别达到了76.3%、70.8%和60.5%，可有效缓减生活污水排放对外界水体的危害。

3.3 在城市景观水体中的应用

近年来，人工水体景观在城市园林建设中的应用越来越多。但由于结构不合理等原因，其水体容易富营养化，氮、磷浓度较高，水体发臭情况严重。利用表面流人工湿地技术处理公园景观水体，可达到净化水质和增强景观效果的作用。魏东等研究发现，多级表面流人工湿地系统能有效净化公园景观水体，其对COD、TN、TP的去除率分别为43.64%、25.00%和28.80%，能明显降低水体的浊度。

4 表面流人工湿地的发展前景

1)在农村非点源污染治理中应用前景广阔。表面流人工湿地具有成本低、操作简便、节能高效等优点，适合处理水量不大、分布较分散、水质变化较小的农村地区污水，可有效解决这些地区缺少污水处理设施的问题。

2)需要提高人工湿地系统应对气候变化的能力。表面流人工湿地的运行效果和净化效率受气候条件影响较大。尤其在北方寒冷地区和生态环境较差的地区，采取有效措施，发挥人工湿地在不同气候条件下的特有功能十分重要。

3)需要完善人工湿地系统建设标准。气候特征、水力条件、区域差异和系统设计类型等都会影响表面流人工湿地的污水净化效果，但目前并没有统一的标准，使大量研究结果缺乏可比性。因此，要尽快建立和完善科学的人工湿地系统建设标准。