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【摘 要】 人工湿地污水处理系统在污水处理方面有着无法比拟的优势，它是利用自然生态系统自有功能实现污水净化的，具有节能、环保、效率高等特点，在未来的城市污染治理，保护生态环境方面应用前景广泛，本文将对人工湿地的定义、特点、分类、构造以及人工湿地污水处理技术的应用前景进行介绍了。
【关键词】 人工湿地;污水处理;生态环境
1 人工湿地及其相关定义
在天然湿地的基础上，保留天然湿地系统复杂高效的净化污水的功能特点，通过人工手段的干预和控制，弱化其负荷低、受气候影响大的缺点，创造了人工湿地系统（artificial wetland system）。人工湿地处理工艺是将污水有控制的投放到经过人工处理并种植有芦苇香蒲等维管束耐水植物的土壤，使土壤经常处于水饱和状态，污水沿一定方向流动，在流动的过程中，在耐水植物和土壤的联合作用下，污水得到净化的一种土地处理工艺。人工湿地必须有通过铺砌以防污水渗出的系统。
2 人工湿地的特点
人工湿地有着其他常规污水处理法不可比拟的优点：
2.1水力负荷较高。
2.2在设计合理、运行管理科学的条件下，处理水效果穩定、有效，出水BOD5、SS等明显优于生物处理出水，可以达到三级处理的出水效果;脱磷能力也很强，且脱磷寿命很长，同时具有相当的硝化脱氮能力。此外，它对废水中的重金属和难降解有机物也有较高的净化能力。
2.3受气温影响较小，冬季也能连续运行。
2.4基建投资费用低，一般为生物处理费用的1/3～1/4，甚至能达到1/5。
2.5能耗省，运行费用低，仅为传统二级污水处理厂的1/10～1/6。
2.6管理运行简便，无需复杂的自控系统。
2.7机械、电气设备少，人工费亦少。
2.8可以开发利用人工湿地植物的经济价值，增加收入，补偿运行费用。
2.9更适合处理小流量废水或是间歇排放的废水，因为其水力负荷高，抗冲击能力强。
2.10不仅适合生活污水的处理，还能处理工业废水、农业废水。
2.11有一定的经济效益，比如水产、建材、造纸原料、绿化、野生动物栖息地等。
2.12可以结合当地的自然条件，使得人工湿地系统与周围环境在和谐统一的前提下，达到增加景致、美化环境的效果。人工湿地污水处理系统在处理污水的同时，更能形成绿色景点，提高居民的生活质量，带动旅游业的发展，有优化生态的环境保护作用和发展旅游业的经济价值。当然，人工湿地系统也存在着一定的缺点：a.受气候条件的影响大;b.有机负荷较低，占地面积较大;c.易出现淤积堵塞和饱和的现象;d.由于缺乏对生物和工艺动力学的精确研究，目前尚没有准确的运行设计参数。
3 人工湿地的分类
从工程设计的角度出发，按照系统布水方式的不同和水在系统中流动方式不同划分为表面流人工湿地和潜流人工湿地。不同类型的人工湿地对特征污染物的去除效果不同，具有各自的优缺点。
3.1表面流人工湿地。表面流人工湿地，污水从湿地表面流过。在流动的过程中废水得到净化，水深一般0.1～0.6米，水流呈推流式前进。污水从入口以一定速度缓慢流过湿地表面，部分污水或蒸发或渗入地下，出水由溢流堰流出。近水面部分为好氧层，较深部分及底部通常为厌氧层。在这种人工湿地中，主要种植挺水植物。表面流人工湿地中氧的来源主要靠水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用，但传输能力十分有限。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点，但占地面积较大，水力负荷率较小，易受季节影响，去污能力有限。
3.2潜流人工湿地。潜流人工湿地水面位于湿地填料以下。根据湿地中水流的形态，可以分为垂直流、水平流和复合流三种人工湿地。
3.2.1垂直潜流人工湿地。垂直潜流人工湿地污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，其水流方向与根系层呈垂直状态，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。垂直潜流人工湿地可用于处理氨氮较高的污水。其缺点是对有机物的处理能力不如水平潜流人工湿地系统，落干/淹水时间较长，控制相对复杂，夏季有孳生蚊蝇的现象。
3.2.2水平潜流人工湿地。水平潜流人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名。它由一个或多个填料床组成，床体填充基质，床底设有防渗，防止污染地下水。由于该系统中好氧生化反应所需氧气主要来自大气复氧，数量不够，脱氮效率不高。但水平潜流人工湿地的水力负荷大，对BDD5、CODCr、SS、重金属等污染指标的去除效果好，而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，能有效解决北方寒冷地区的冬季防冻问题。
3.2.3复合潜流人工湿地。复合潜流人工湿地的水体流态既有水平流又有垂直流。采用复合潜流人工湿地系统处理城镇居民生活污水的研究表明，它对NH3-N、TP、CODCR、BOD5、TSS、细菌总数和浊度的去除率高达80%以上，出水水质达到国家杂用水标准。
4 人工湿地的构造
人工湿地系统主体结构由下到上可以分为四层：防渗膜、填料、土壤以及植物。在湿地填料和土壤中含有大量好氧、兼氧以及厌氧微生物。
4.1防渗膜。为了防止湿地系统因为渗漏污染地下水，一般要在原土层的基础上采取防渗措施。当材料的渗透率低于10-6cm/s时可做防渗材料。目前大多采用高密度聚乙烯树脂薄膜塑料（HDPE）或聚氯乙烯（PVC）作为防渗材料。由于防渗膜较轻薄柔软，一般在铺设防渗膜之前会对原土层进行夯实，然后可以修建混凝土池体，包括防止边壁塌方的挡墙和防止地下水上涌的池底。之后将防渗膜铺在池体内壁，若防渗膜较薄可铺设两层，然后在上面铺细砂和填料。对于净化微污染河水的人工湿地，可用粘土、膨润土等天然材料铺设防渗层，不必建造混凝土池体。 4.2填料。填料去除污染物的作用有：①利用吸附等特殊物理特性，显著地提高了对污水中污染物的去除效果;②填料是微生物的载体，提供了微生物生长的空间;③填料为植物根系提供稳定的根际微生物环境，维持微生物和植物的正常生长。可以充当填料的材质有砾石、沸石、石灰石、膨润土、沙、煤渣、粉煤灰、碎砖、碎瓦片、草炭、页岩及轻质聚合材料等。人工湿地所采用的填料空隙率在0.3～0.45之间，粒径范围在0～30mm之间。
4.3植物。湿地植物包括挺水植物、沉水植物、浮水植物。挺水植物根系發达、生物量大、生长率高，在人工湿地中起到固定床体表面、提供良好过滤条件、防止淤泥堵塞等作用，在人工湿地中得到了广泛的使用。
5 人工湿地的应用前景
采用人工湿地污水处理工艺，要因地制宜，尽量选择有一定自然坡度的洼地，或者经济价值不高的荒地;可以采用受气候影响较小的潜流型人工湿地;选择位于土地资源丰富的城市郊外大型学校园区、住宅小区、别墅区、旅游饭店、大型体育场馆、高尔夫球场和公园等。如果运行得当，会有经济和环境两个方面的收益，人工湿地处理工艺有广阔的应用前景。
6 结束语
目前人工湿地是较为生态的污水治理方式，也是当今较热的研究课题。但在景观领域的相关研究及实践中，存在很多问题，如对净化工艺流程缺乏深入的了解、只重艺术而忽视技术;缺乏对各净化工艺流程内在机制差别的分辨，导致工艺使用混乱，难以针对性地应用;缺乏对净化工艺流程层次性的认识，设计深度不足等等，都导致人工湿地达不到净水目标。为此，需要从景观设计角度对人工湿地进行不同于环境工程领域、生态学领域的重新界定。熟悉人工湿地污水净化的工艺模式、类型模式、组合工艺模式、组份工艺模式，就可以针对城镇污水治理、富营养化水治理及河道水治理等不同类型人工湿地进行选择性应用，改变实践项目中净化效果不良的状况。因此，人工湿地污水净化工艺模式的研究，将为景观设计提供人工湿地工艺的选型基础，为景观工程实践提供必要的技术支撑。
参考文献：
[1]朱彤，许振成.人工湿地污水处理系统应用研究[J].环境科学研究，2001（5）.
[2]梁继东，周启星，孙铁珩.人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析[J].生态学杂志，2003（2）.
[3]刘真，章北平.人工湿地污水处理系统的分析与优化[J].华中科技大学学报，2003（4）.
[4]赵桂瑜，杨永兴，杨长明.人工湿地污水处理系统工艺设计研究[J].四川环境，2005（6）.
【关键词】 人工湿地;污水处理;生态环境
1 人工湿地及其相关定义
在天然湿地的基础上，保留天然湿地系统复杂高效的净化污水的功能特点，通过人工手段的干预和控制，弱化其负荷低、受气候影响大的缺点，创造了人工湿地系统（artificial wetland system）。人工湿地处理工艺是将污水有控制的投放到经过人工处理并种植有芦苇香蒲等维管束耐水植物的土壤，使土壤经常处于水饱和状态，污水沿一定方向流动，在流动的过程中，在耐水植物和土壤的联合作用下，污水得到净化的一种土地处理工艺。人工湿地必须有通过铺砌以防污水渗出的系统。
2 人工湿地的特点
人工湿地有着其他常规污水处理法不可比拟的优点：
2.1水力负荷较高。
2.2在设计合理、运行管理科学的条件下，处理水效果穩定、有效，出水BOD5、SS等明显优于生物处理出水，可以达到三级处理的出水效果;脱磷能力也很强，且脱磷寿命很长，同时具有相当的硝化脱氮能力。此外，它对废水中的重金属和难降解有机物也有较高的净化能力。
2.3受气温影响较小，冬季也能连续运行。
2.4基建投资费用低，一般为生物处理费用的1/3～1/4，甚至能达到1/5。
2.5能耗省，运行费用低，仅为传统二级污水处理厂的1/10～1/6。
2.6管理运行简便，无需复杂的自控系统。
2.7机械、电气设备少，人工费亦少。
2.8可以开发利用人工湿地植物的经济价值，增加收入，补偿运行费用。
2.9更适合处理小流量废水或是间歇排放的废水，因为其水力负荷高，抗冲击能力强。
2.10不仅适合生活污水的处理，还能处理工业废水、农业废水。
2.11有一定的经济效益，比如水产、建材、造纸原料、绿化、野生动物栖息地等。
2.12可以结合当地的自然条件，使得人工湿地系统与周围环境在和谐统一的前提下，达到增加景致、美化环境的效果。人工湿地污水处理系统在处理污水的同时，更能形成绿色景点，提高居民的生活质量，带动旅游业的发展，有优化生态的环境保护作用和发展旅游业的经济价值。当然，人工湿地系统也存在着一定的缺点：a.受气候条件的影响大;b.有机负荷较低，占地面积较大;c.易出现淤积堵塞和饱和的现象;d.由于缺乏对生物和工艺动力学的精确研究，目前尚没有准确的运行设计参数。
3 人工湿地的分类
从工程设计的角度出发，按照系统布水方式的不同和水在系统中流动方式不同划分为表面流人工湿地和潜流人工湿地。不同类型的人工湿地对特征污染物的去除效果不同，具有各自的优缺点。
3.1表面流人工湿地。表面流人工湿地，污水从湿地表面流过。在流动的过程中废水得到净化，水深一般0.1～0.6米，水流呈推流式前进。污水从入口以一定速度缓慢流过湿地表面，部分污水或蒸发或渗入地下，出水由溢流堰流出。近水面部分为好氧层，较深部分及底部通常为厌氧层。在这种人工湿地中，主要种植挺水植物。表面流人工湿地中氧的来源主要靠水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用，但传输能力十分有限。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点，但占地面积较大，水力负荷率较小，易受季节影响，去污能力有限。
3.2潜流人工湿地。潜流人工湿地水面位于湿地填料以下。根据湿地中水流的形态，可以分为垂直流、水平流和复合流三种人工湿地。
3.2.1垂直潜流人工湿地。垂直潜流人工湿地污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，其水流方向与根系层呈垂直状态，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。垂直潜流人工湿地可用于处理氨氮较高的污水。其缺点是对有机物的处理能力不如水平潜流人工湿地系统，落干/淹水时间较长，控制相对复杂，夏季有孳生蚊蝇的现象。
3.2.2水平潜流人工湿地。水平潜流人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名。它由一个或多个填料床组成，床体填充基质，床底设有防渗，防止污染地下水。由于该系统中好氧生化反应所需氧气主要来自大气复氧，数量不够，脱氮效率不高。但水平潜流人工湿地的水力负荷大，对BDD5、CODCr、SS、重金属等污染指标的去除效果好，而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，能有效解决北方寒冷地区的冬季防冻问题。
3.2.3复合潜流人工湿地。复合潜流人工湿地的水体流态既有水平流又有垂直流。采用复合潜流人工湿地系统处理城镇居民生活污水的研究表明，它对NH3-N、TP、CODCR、BOD5、TSS、细菌总数和浊度的去除率高达80%以上，出水水质达到国家杂用水标准。
4 人工湿地的构造
人工湿地系统主体结构由下到上可以分为四层：防渗膜、填料、土壤以及植物。在湿地填料和土壤中含有大量好氧、兼氧以及厌氧微生物。
4.1防渗膜。为了防止湿地系统因为渗漏污染地下水，一般要在原土层的基础上采取防渗措施。当材料的渗透率低于10-6cm/s时可做防渗材料。目前大多采用高密度聚乙烯树脂薄膜塑料（HDPE）或聚氯乙烯（PVC）作为防渗材料。由于防渗膜较轻薄柔软，一般在铺设防渗膜之前会对原土层进行夯实，然后可以修建混凝土池体，包括防止边壁塌方的挡墙和防止地下水上涌的池底。之后将防渗膜铺在池体内壁，若防渗膜较薄可铺设两层，然后在上面铺细砂和填料。对于净化微污染河水的人工湿地，可用粘土、膨润土等天然材料铺设防渗层，不必建造混凝土池体。 4.2填料。填料去除污染物的作用有：①利用吸附等特殊物理特性，显著地提高了对污水中污染物的去除效果;②填料是微生物的载体，提供了微生物生长的空间;③填料为植物根系提供稳定的根际微生物环境，维持微生物和植物的正常生长。可以充当填料的材质有砾石、沸石、石灰石、膨润土、沙、煤渣、粉煤灰、碎砖、碎瓦片、草炭、页岩及轻质聚合材料等。人工湿地所采用的填料空隙率在0.3～0.45之间，粒径范围在0～30mm之间。
4.3植物。湿地植物包括挺水植物、沉水植物、浮水植物。挺水植物根系發达、生物量大、生长率高，在人工湿地中起到固定床体表面、提供良好过滤条件、防止淤泥堵塞等作用，在人工湿地中得到了广泛的使用。
5 人工湿地的应用前景
采用人工湿地污水处理工艺，要因地制宜，尽量选择有一定自然坡度的洼地，或者经济价值不高的荒地;可以采用受气候影响较小的潜流型人工湿地;选择位于土地资源丰富的城市郊外大型学校园区、住宅小区、别墅区、旅游饭店、大型体育场馆、高尔夫球场和公园等。如果运行得当，会有经济和环境两个方面的收益，人工湿地处理工艺有广阔的应用前景。
6 结束语
目前人工湿地是较为生态的污水治理方式，也是当今较热的研究课题。但在景观领域的相关研究及实践中，存在很多问题，如对净化工艺流程缺乏深入的了解、只重艺术而忽视技术;缺乏对各净化工艺流程内在机制差别的分辨，导致工艺使用混乱，难以针对性地应用;缺乏对净化工艺流程层次性的认识，设计深度不足等等，都导致人工湿地达不到净水目标。为此，需要从景观设计角度对人工湿地进行不同于环境工程领域、生态学领域的重新界定。熟悉人工湿地污水净化的工艺模式、类型模式、组合工艺模式、组份工艺模式，就可以针对城镇污水治理、富营养化水治理及河道水治理等不同类型人工湿地进行选择性应用，改变实践项目中净化效果不良的状况。因此，人工湿地污水净化工艺模式的研究，将为景观设计提供人工湿地工艺的选型基础，为景观工程实践提供必要的技术支撑。
参考文献：
[1]朱彤，许振成.人工湿地污水处理系统应用研究[J].环境科学研究，2001（5）.
[2]梁继东，周启星，孙铁珩.人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析[J].生态学杂志，2003（2）.
[3]刘真，章北平.人工湿地污水处理系统的分析与优化[J].华中科技大学学报，2003（4）.
[4]赵桂瑜，杨永兴，杨长明.人工湿地污水处理系统工艺设计研究[J].四川环境，2005（6）.