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摘要：本文提出了一种新型复合垂直流人工湿地设计模型，并介绍这种湿地各构筑物功能与作用，同时，还利用这种新型复合人工湿地对小清河污染水进行处理，从理论上提出工艺流程，希望从实际水处理应用中发现和解决更多问题。
关键词：新型复合垂直流人工湿地；小清河；构筑物
中图分类号：S342文献标识码： A
水资源是人类生存和社会发展重要资源，是一种多用途、不可替代可再生自然资源。山东省是我国北方地区资源性缺水最严重省份之一，实现污水资源化的直接措施是解决山东省城市水资源化危机的重要途径，也是协调城市水资源与水环境的根本出路，具有明显的经济、社会和环境效益。
1 小清河概述
小清河是山东鲁中地区重要排水河道，也是山东省惟一一条穿越省会城市大型河道，担负着承泄济南市区洪水的艰巨任务，全长237km，流域面积1.0336万km2，流域水系复杂，一级支流46条。近年来，小清河水质急剧下降，污染十分严重,每年枯水期达4个月以上，又无清水之源,沿岸地下水系也受到污染侵袭，两岸土质逐年退化，农作物大面积、大幅度减产，人民群众身体健康受到损害，因而对小清河污染治理迫在眉睫。
2 复合垂直流人工湿地概况
复合垂直流人工湿地是“九五”期间由中科院与德国科隆大学等共同承担欧盟国际合作项目中首先提出的，构成除了具有一般湿地四个基本要素（水体、基质、湿生植物和微生物）外，还根据结构不同自身有一些特殊要素，对湿地自然生态系统物理、化学和生物作用的优化组合，通过土壤过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水高效净化[1]。
3新型复合垂直流人工湿地概况
3.1工艺流程介绍
3.2 处理构筑物的功能与作用
预处理系统，格栅可截留较大悬浮物或飘浮物；沉沙池可去除比重较大无机颗粒（如泥沙，煤渣等，相对密度约2.65），降低污水中SS、BOD5等浓度，以减轻后续构筑物处理负荷、改善污泥处理构筑物处理条件，从而提高湿地处理效率；调节池可使出水均匀。
人工湿地主要是对污染水深度处理达到出水要求，主要利用湿地中植物和介质吸附对污染成分去除作用。小清河污水进入人工湿地先通过硝化作用将氨氮转化为硝态氮，此后在水流行进路线上硝化作用减弱，反硝化占主导地位，最终氮素转化成气态形式释放。硝化和反硝化强度变化沿水流方向呈显著负相关。硝化和反硝化微生物量与硝化和反硝化呈显著正相关，其中，硝化与其微生物量变化更为一致。磷也通过介质吸收和植物的吸收而去除。
3.3流程中材料的选择
本系统，21、22、23，分别选用8～16mm豆石、4～8mm豆石，1～4mm砂石，厚度均为60cm。因粒径较大砂石主要作用是截留，这个过程目的是去除大分子颗粒物和悬浮物，同时有一定吸附作用。
32、32中，分别选用4～8mm萤石和粉煤灰陶粒混合物（5：1）和1～4mm的萤石和粉煤灰陶粒的混合物（10：1），厚度60cm。因为萤石对氮吸附能力较强，而粉煤灰对磷吸附能力较强，价格较便宜，考虑到人工湿地系统低成本、多效益性，所以采用它們混合物，目的是去除污水中氮和磷。至于31中比例上较大是考虑到粉煤灰碱性较大，可以较大吸附磷，而32中比例较小，是考虑要在表面种植植物，比例太大，偏碱性的粉煤灰不利于植物生长，植物选用芦苇。这一阶段去除作用有三类：植物吸收作用、混和填料吸附、填料表面生长微生物污水中部分污染物降解。
41，42中，选用砂土（也可掺杂少量黄褐土或下蜀黄土，因其磷吸附能力比较强，但要保证一定空隙度），厚度60cm；表面种植植物，选用美人蕉、苔草。在这一阶段去除作用主要有植物吸收、砂土吸附、填料表面生长微生物的降解。
5中，通过浮水植物（如凤眼莲、睡莲等），可对污水中污染物继续吸收，再次达到净化目的。
针对人工湿地中各处理构筑物性能，考虑污水在构筑物中流动能量有所损失，设计进水水位比出水水位高，因内部构筑物所选用填料粒径较小，所以内部构筑物水位差比外围大一些，实际研究中内部构筑物长宽比要比外围小一些，也是考虑内部填料粒径比较小对水头损失影响比较大问题。
3.4人工湿地植物的选择及作用
人工湿地中选择一种或几种植物作为优势种栽种，有利于植物快速生长。本研究在湿地种植芦苇、美人蕉、苔草。夏季美人蕉、芦苇根系向下生长到底部，黑麦草、苔草根系主要分布在0～20cm深处，为微生物提供栖息场所，并通过皮空和通气组织把氧气传递到根区，使根茎周围充氧以促进污染物分解和转化[2]。通气组织是目前大根系水生植物对硝化作用研究一个重要概念，它是存在于所有植物体内并具有在植物体内传递气体大量空间的结构，起到将氧从大气传递到根系区和将CO2从根系区传递到大气的疏通管道作用。
植物组织对氮、磷的吸收是微弱的，因为植物在生长季节获取的营养物只占污水污染物总量百分之几，但大量研究表明，虽然植物吸收营养物较少，但可影响其他方面去除效果。植物根系提供了放氧表面利用生物和化学转化，根系放氧和为微生物栖息提供空间是湿地植物的主要功能，通过根系生长、死亡和代谢来维持床体较好的水力传导性，腐烂根叶为反硝化提供了必要碳源。
3.5处理效果分析
本实验检测水样取自小清河辛丰庄河段，为得到稳定数据，采用一次取水样，经调配多次使用。本次实验停留时间控制在36h，水力负荷为9.5cm/d，BOD5负荷为12g/ (m2·d)。
表中数据分别从系统进水和出水共采样多次，以测试系统对污染物去除率和其他项目检验，以求得到污染物去除率均值。系统刚运行时间观测数据不稳定，植物和生物达需经过一定生长期后，才能达到设计条件。
小清河污染水中各个指标的平均去除率
从试验数据可得出：污染指标中，COD和BOD5去处率分别在80％和85％以上，温度较高季节，处理率可达90％以上；TP去处率达90％以上；TN去处率达80％以上。但对COD去处率相对其他污染物不很稳定，有时去除率较低。
4结果分析及研究存在的问题
（1）湿地构筑物考虑为增加处理水中含氧量而设计，因此，湿地中硝化反应应进行比较完全；湿地为细菌反硝化创造有利条件，但是，细菌反硝化受温度影响，在10～30℃范围内，高温有利于反硝化，在12月温度低，反硝化作用较弱，出水NO3--N含量较高．
（2）实验中磷去除率较高，是由于选用填料中含有粉煤灰，增加了对污水中磷吸收。对于污染物含量不同污水，可针对其选不同填料，增加含量高成分的吸收，这也是一种保证出水效果较好的方法。
（3）试验中填料排列由大到小，这样可使污水污染物相继去除，而且，可减轻后续构筑物处理负荷，也保证处理效果。针对填料污染水吸附特性，为使人工湿地长期保持较高处理效果，提出对人工湿地维护问题。
人工湿地系统是一种资源化、生态化的污水处理技术，是一个仍在不断发展和完善的方法，要使它把绿化和污水处理结合起来，出水的各项指标均达到国家生活杂用水水质标准，还有很多问题需做进一步的研究。
参考文献
[1] HE RONQ ZHOU Q, ZHANG JUN. Treating domestic sewage by the free-water surface constructed wetlands [J]. Ecology and Environment,2004,13(2):180～181.
[2] 岳春雷, 常杰, 葛滢, 等. 利用复合垂直流人工湿地处理生活污水[J]. 中国给水排水, 2003,19(7):84～85.
[3] 尹军，崔玉波.人工湿地污水处理技术[M]. 北京:化学工业出版社, 2006:171~172.
关键词：新型复合垂直流人工湿地；小清河；构筑物
中图分类号：S342文献标识码： A
水资源是人类生存和社会发展重要资源，是一种多用途、不可替代可再生自然资源。山东省是我国北方地区资源性缺水最严重省份之一，实现污水资源化的直接措施是解决山东省城市水资源化危机的重要途径，也是协调城市水资源与水环境的根本出路，具有明显的经济、社会和环境效益。
1 小清河概述
小清河是山东鲁中地区重要排水河道，也是山东省惟一一条穿越省会城市大型河道，担负着承泄济南市区洪水的艰巨任务，全长237km，流域面积1.0336万km2，流域水系复杂，一级支流46条。近年来，小清河水质急剧下降，污染十分严重,每年枯水期达4个月以上，又无清水之源,沿岸地下水系也受到污染侵袭，两岸土质逐年退化，农作物大面积、大幅度减产，人民群众身体健康受到损害，因而对小清河污染治理迫在眉睫。
2 复合垂直流人工湿地概况
复合垂直流人工湿地是“九五”期间由中科院与德国科隆大学等共同承担欧盟国际合作项目中首先提出的，构成除了具有一般湿地四个基本要素（水体、基质、湿生植物和微生物）外，还根据结构不同自身有一些特殊要素，对湿地自然生态系统物理、化学和生物作用的优化组合，通过土壤过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水高效净化[1]。
3新型复合垂直流人工湿地概况
3.1工艺流程介绍
3.2 处理构筑物的功能与作用
预处理系统，格栅可截留较大悬浮物或飘浮物；沉沙池可去除比重较大无机颗粒（如泥沙，煤渣等，相对密度约2.65），降低污水中SS、BOD5等浓度，以减轻后续构筑物处理负荷、改善污泥处理构筑物处理条件，从而提高湿地处理效率；调节池可使出水均匀。
人工湿地主要是对污染水深度处理达到出水要求，主要利用湿地中植物和介质吸附对污染成分去除作用。小清河污水进入人工湿地先通过硝化作用将氨氮转化为硝态氮，此后在水流行进路线上硝化作用减弱，反硝化占主导地位，最终氮素转化成气态形式释放。硝化和反硝化强度变化沿水流方向呈显著负相关。硝化和反硝化微生物量与硝化和反硝化呈显著正相关，其中，硝化与其微生物量变化更为一致。磷也通过介质吸收和植物的吸收而去除。
3.3流程中材料的选择
本系统，21、22、23，分别选用8～16mm豆石、4～8mm豆石，1～4mm砂石，厚度均为60cm。因粒径较大砂石主要作用是截留，这个过程目的是去除大分子颗粒物和悬浮物，同时有一定吸附作用。
32、32中，分别选用4～8mm萤石和粉煤灰陶粒混合物（5：1）和1～4mm的萤石和粉煤灰陶粒的混合物（10：1），厚度60cm。因为萤石对氮吸附能力较强，而粉煤灰对磷吸附能力较强，价格较便宜，考虑到人工湿地系统低成本、多效益性，所以采用它們混合物，目的是去除污水中氮和磷。至于31中比例上较大是考虑到粉煤灰碱性较大，可以较大吸附磷，而32中比例较小，是考虑要在表面种植植物，比例太大，偏碱性的粉煤灰不利于植物生长，植物选用芦苇。这一阶段去除作用有三类：植物吸收作用、混和填料吸附、填料表面生长微生物污水中部分污染物降解。
41，42中，选用砂土（也可掺杂少量黄褐土或下蜀黄土，因其磷吸附能力比较强，但要保证一定空隙度），厚度60cm；表面种植植物，选用美人蕉、苔草。在这一阶段去除作用主要有植物吸收、砂土吸附、填料表面生长微生物的降解。
5中，通过浮水植物（如凤眼莲、睡莲等），可对污水中污染物继续吸收，再次达到净化目的。
针对人工湿地中各处理构筑物性能，考虑污水在构筑物中流动能量有所损失，设计进水水位比出水水位高，因内部构筑物所选用填料粒径较小，所以内部构筑物水位差比外围大一些，实际研究中内部构筑物长宽比要比外围小一些，也是考虑内部填料粒径比较小对水头损失影响比较大问题。
3.4人工湿地植物的选择及作用
人工湿地中选择一种或几种植物作为优势种栽种，有利于植物快速生长。本研究在湿地种植芦苇、美人蕉、苔草。夏季美人蕉、芦苇根系向下生长到底部，黑麦草、苔草根系主要分布在0～20cm深处，为微生物提供栖息场所，并通过皮空和通气组织把氧气传递到根区，使根茎周围充氧以促进污染物分解和转化[2]。通气组织是目前大根系水生植物对硝化作用研究一个重要概念，它是存在于所有植物体内并具有在植物体内传递气体大量空间的结构，起到将氧从大气传递到根系区和将CO2从根系区传递到大气的疏通管道作用。
植物组织对氮、磷的吸收是微弱的，因为植物在生长季节获取的营养物只占污水污染物总量百分之几，但大量研究表明，虽然植物吸收营养物较少，但可影响其他方面去除效果。植物根系提供了放氧表面利用生物和化学转化，根系放氧和为微生物栖息提供空间是湿地植物的主要功能，通过根系生长、死亡和代谢来维持床体较好的水力传导性，腐烂根叶为反硝化提供了必要碳源。
3.5处理效果分析
本实验检测水样取自小清河辛丰庄河段，为得到稳定数据，采用一次取水样，经调配多次使用。本次实验停留时间控制在36h，水力负荷为9.5cm/d，BOD5负荷为12g/ (m2·d)。
表中数据分别从系统进水和出水共采样多次，以测试系统对污染物去除率和其他项目检验，以求得到污染物去除率均值。系统刚运行时间观测数据不稳定，植物和生物达需经过一定生长期后，才能达到设计条件。
小清河污染水中各个指标的平均去除率
从试验数据可得出：污染指标中，COD和BOD5去处率分别在80％和85％以上，温度较高季节，处理率可达90％以上；TP去处率达90％以上；TN去处率达80％以上。但对COD去处率相对其他污染物不很稳定，有时去除率较低。
4结果分析及研究存在的问题
（1）湿地构筑物考虑为增加处理水中含氧量而设计，因此，湿地中硝化反应应进行比较完全；湿地为细菌反硝化创造有利条件，但是，细菌反硝化受温度影响，在10～30℃范围内，高温有利于反硝化，在12月温度低，反硝化作用较弱，出水NO3--N含量较高．
（2）实验中磷去除率较高，是由于选用填料中含有粉煤灰，增加了对污水中磷吸收。对于污染物含量不同污水，可针对其选不同填料，增加含量高成分的吸收，这也是一种保证出水效果较好的方法。
（3）试验中填料排列由大到小，这样可使污水污染物相继去除，而且，可减轻后续构筑物处理负荷，也保证处理效果。针对填料污染水吸附特性，为使人工湿地长期保持较高处理效果，提出对人工湿地维护问题。
人工湿地系统是一种资源化、生态化的污水处理技术，是一个仍在不断发展和完善的方法，要使它把绿化和污水处理结合起来，出水的各项指标均达到国家生活杂用水水质标准，还有很多问题需做进一步的研究。
参考文献
[1] HE RONQ ZHOU Q, ZHANG JUN. Treating domestic sewage by the free-water surface constructed wetlands [J]. Ecology and Environment,2004,13(2):180～181.
[2] 岳春雷, 常杰, 葛滢, 等. 利用复合垂直流人工湿地处理生活污水[J]. 中国给水排水, 2003,19(7):84～85.
[3] 尹军，崔玉波.人工湿地污水处理技术[M]. 北京:化学工业出版社, 2006:171~172.