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摘要：人工湿地技术是20世纪70年代兴起的一项污水处理技术，它根据天然湿地净化污水的原理，通过人工模拟的方式来强化其净化污水的能力。人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。处理后出水可回用于绿地浇灌、道路冲洗、冲厕及景观水体补水等方面。小区污水自行处理，无形中也减少了城市大型污水处理厂的处理压力。人工湿地不但可以降低能耗，对水资源进行综合利用，也符合国家建设绿色、环保、循环、低碳生活的政策目标，一举多得。本文结合工程实例，对人工湿地污水处理系统进行了简单的介绍。
关键词：污水；处理；人工湿地
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号：
1、前言
1.1人工湿地的定义
人工湿地污水处理技术到目前为止，已经有三、四十年的发展历史，它是一种根据天然湿地净化污水的原理，通过人工建造和监督控制来强化其净化能力的污水处理技术[1]。但是对于人工湿地，目前仍未有一个统一的定义，如：Verhoevem 等人[2]将人工湿地定义为：一个为了人类的利用和利益，通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植被、动物和水体组成的复合体。夏汉平等[3]则认为，人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地理位置与地形，根据人们的需要人为设计与建造的湿地。
1.2 人工湿地的组成
人工湿地按照系统中种植植物的不同，可以分为：以浮水植物为主的浮水植物系统、以挺水植物为主的挺水植物系统、以沉水植物为主的沉水植物系统三种类型。
各种不同类型的人工湿地系统，都由五个基本部分组成[4]：（1）各种透水性的基质，如土壤、砂、砾石；（2）在饱和水和厌氧基质中生长的植物，如蘆苇；（3）水体（在基质表面下或表面上流动的水）；（4）好氧或厌氧微生物种群；（5）无脊椎或脊椎动物。其中微生物、水生植物以及基质是人工湿地的主要组成部分，也是影响污染物去除效果的重要因素。
1.3 人工湿地的净化机理
人工湿地可通过水体、基质、水生植物、微生物和腐殖化碎屑之间一系列复杂的物理、化学和生化反应，通过沉淀、过滤、吸附、离子交换、植物吸收和微生物分解、转化及吸收途径实现对水中诸如悬浮物、有机物、营养元素、金属离子、病原体和难降解物质等污染物的去除[5]。
在人工湿地中，悬浮物主要是通过沉淀、植物根茎以及基质的截留过滤这作用去除，截留下来的可生物降解的有机物被微生物降解利用；可溶性有机物通过介质、植物吸收和微生物的代谢过程加以去除。在悬浮物和有机物的去除过程中，植物根系不仅可以起到截留过滤的作用，还可以为微生物提供附着点、释放分泌物促进微生物的活性，并且，根区释放的氧被认为是湿地中污染物去除的主要因素。
图1.1 人工湿地中有机物悬浮物去除示意图（聂志丹[6]）
现本文结合实际工程案例，对人工湿地系统处理污水进行阐述。
2、工程实例
2.1工程概况
2011年7月，三门峡市义马新区办事处，石门、付村社区进行农村环境连片综合整治，石门社区建设集中居住区后，大部分村民搬迁至集中生活区，老村只在石南组（社区中心）聚集居住部分村民。付村社区由于距离市区较远，居民居住地较为分散，地形复杂，做污水管网收集污水从技术上考虑难度较大，从经济上考虑代价较高。本着因地制宜的原则，利用这两个社区现有地形条件，在付村社区修建人工湿地一处，主要涉及集水调节池、生物氧化塘、人工湿地等的全部工程。
2.2技术方案
根据付村社区居住区的实际情况，在全村范围内埋设排污管道，把流入该村的地面雨水污水及村民的生活污水进行分流，生活污水统一纳入到排污管网，最后进入污水处理池，经过处理后再排出。雨水通过地面径流及管道系统，最终排入临近河道。
2.2.1生活污水量计算
1、影响居民生活污水量因素
（1）折污系数。污水折污系数指用户产生的污水量与用户的用水量比值。根据《室外排水设计规范》(GB50015-2006)中关于居民生活污水量的预测方法，本工程污水折污系数取值0.9。
（2）截污率。指进入污水系统的污水量与产生的污水量之比值。截污率与污水收集系统的完善程度等因素有关，本工程取0.9。
2、居民生活污水量预测
结合生活用水量情况，综合考虑以上影响污水水量的因素，本工程范围内居民生活污水预测量按照以下公式进行计算：
居民日生活污水量＝居民人数×日居民生活用水量×折污系数×截污率
付村社区居民日生活污水量= 1085人×100（L/人•d）×0.9×0.9＝87.9t/d。
付村社区工程设计处理水量：居民每天排放生活污水量×水量波动系数=87.9×1.1=97 t/d。
2.2.2人工湿地工艺流程
综合各种因素，确定项目污水工艺流程如图2.1：
图4.1人工湿地工艺流程图
项目污水经格栅截留大的悬浮物之后进入集水调节池进行水质水量的调节，以保证整个处理系统的稳定运行，调节池中的污水由泵一次提升后，进入生物氧化塘，在此对有机污染物进行初步降解之后自流进入人工湿地做最后处理，保证出水达标。
从上述工艺流程图可以清楚地看到，本工程只需一次提升（在个别地势较高的地区，可以不用泵，完全依靠重力自流），无需曝气，整个污水处理工程的运转消耗电能极少。在工程运转中，不投加任何药剂，完全靠水生植物及微生物自然降解来净化水质，无二次污染，是理想的污水处理方法。
2.3效益分析
2.3.1经济效益
社区生活污水处理设施建成后，处理后的污水能达标排放，处理后出水浓度COD≤50mg/L，彻底解决污水横流的问题。农村生活污水通过氧化塘、人工湿地污水生态处理而得到有效控制，提高了污水集中处理能力，可以切实改善社区及直辖村庄的水环境质量。处理后的生活污水可作为灌溉水或其他用途使用，如果按70%的回用率，每年可利用水量为2.7万吨，从而节约了大量淡水资源。同时，农村地区环境条件的改善可降低与污染有关疾病的传播，减少由此引起的经济损失。
2.3.2社会效益
污水处理既可提高水资源的重复利用率、缓解水资源供需矛盾、促进农业生产的发展，又可改善农村地区的生态环境条件、缓解城市的人口压力、促进社会的和谐发展，对社会经济的健康持续发展具有积极的作用。
3、结语
人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。如若采用人工湿地系统对小区生活污水进行处理，处理后出水可回用于绿地浇灌、道路冲洗、冲厕及景观水体补水等方面。小区污水自行处理，无形中也减少了城市大型污水处理厂的处理压力。人工湿地不但可以提高城市住宅质量，降低能耗，对水资源进行综合利用，也符合国家建设绿色、环保、循环、低碳生活的政策目标，一举多得。
因此，应用“人工湿地污水处理系统”技术对农村、小城镇污水及居民小区生活污水进行处理，应用前景比较广阔，发展空间较大。
参考文献
[1] 李剑波．强化垂直流—水平流组合人工湿地处理生活污水研究[博士学位论文]．上海：同济大学，2008．
[2] Jos T.A ,Verhoevem, et.al. Wetlands for wastewater treatment: Opportunities and limitations. Ecological Engineering, 1999, 12: 5-12.
[3] 夏汉平．人工湿地地污水机理与效率[J]．生态学杂志，2002，21(4)：51-59．
[4] 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[J]．哈尔滨建筑大学学报，1999，32(6)：88-92．
[5] 李剑波．强化垂直流—水平流组合人工湿地处理生活污水研究[博士学位论文]．上海：同济大学，2008．
[6] 聂志丹．富营养化水体人工湿地净化技术与底部复氧生境改善技术研究[硕士学位论文]．北京：中国环境科学研究院，2007．
[7] 柴世伟，裴晓梅，张亚雷，等．农业面源污染及其控制技术研究[J]．水土保持学报，2006，2O(6)：l92—195.
关键词：污水；处理；人工湿地
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号：
1、前言
1.1人工湿地的定义
人工湿地污水处理技术到目前为止，已经有三、四十年的发展历史，它是一种根据天然湿地净化污水的原理，通过人工建造和监督控制来强化其净化能力的污水处理技术[1]。但是对于人工湿地，目前仍未有一个统一的定义，如：Verhoevem 等人[2]将人工湿地定义为：一个为了人类的利用和利益，通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植被、动物和水体组成的复合体。夏汉平等[3]则认为，人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地理位置与地形，根据人们的需要人为设计与建造的湿地。
1.2 人工湿地的组成
人工湿地按照系统中种植植物的不同，可以分为：以浮水植物为主的浮水植物系统、以挺水植物为主的挺水植物系统、以沉水植物为主的沉水植物系统三种类型。
各种不同类型的人工湿地系统，都由五个基本部分组成[4]：（1）各种透水性的基质，如土壤、砂、砾石；（2）在饱和水和厌氧基质中生长的植物，如蘆苇；（3）水体（在基质表面下或表面上流动的水）；（4）好氧或厌氧微生物种群；（5）无脊椎或脊椎动物。其中微生物、水生植物以及基质是人工湿地的主要组成部分，也是影响污染物去除效果的重要因素。
1.3 人工湿地的净化机理
人工湿地可通过水体、基质、水生植物、微生物和腐殖化碎屑之间一系列复杂的物理、化学和生化反应，通过沉淀、过滤、吸附、离子交换、植物吸收和微生物分解、转化及吸收途径实现对水中诸如悬浮物、有机物、营养元素、金属离子、病原体和难降解物质等污染物的去除[5]。
在人工湿地中，悬浮物主要是通过沉淀、植物根茎以及基质的截留过滤这作用去除，截留下来的可生物降解的有机物被微生物降解利用；可溶性有机物通过介质、植物吸收和微生物的代谢过程加以去除。在悬浮物和有机物的去除过程中，植物根系不仅可以起到截留过滤的作用，还可以为微生物提供附着点、释放分泌物促进微生物的活性，并且，根区释放的氧被认为是湿地中污染物去除的主要因素。
图1.1 人工湿地中有机物悬浮物去除示意图（聂志丹[6]）
现本文结合实际工程案例，对人工湿地系统处理污水进行阐述。
2、工程实例
2.1工程概况
2011年7月，三门峡市义马新区办事处，石门、付村社区进行农村环境连片综合整治，石门社区建设集中居住区后，大部分村民搬迁至集中生活区，老村只在石南组（社区中心）聚集居住部分村民。付村社区由于距离市区较远，居民居住地较为分散，地形复杂，做污水管网收集污水从技术上考虑难度较大，从经济上考虑代价较高。本着因地制宜的原则，利用这两个社区现有地形条件，在付村社区修建人工湿地一处，主要涉及集水调节池、生物氧化塘、人工湿地等的全部工程。
2.2技术方案
根据付村社区居住区的实际情况，在全村范围内埋设排污管道，把流入该村的地面雨水污水及村民的生活污水进行分流，生活污水统一纳入到排污管网，最后进入污水处理池，经过处理后再排出。雨水通过地面径流及管道系统，最终排入临近河道。
2.2.1生活污水量计算
1、影响居民生活污水量因素
（1）折污系数。污水折污系数指用户产生的污水量与用户的用水量比值。根据《室外排水设计规范》(GB50015-2006)中关于居民生活污水量的预测方法，本工程污水折污系数取值0.9。
（2）截污率。指进入污水系统的污水量与产生的污水量之比值。截污率与污水收集系统的完善程度等因素有关，本工程取0.9。
2、居民生活污水量预测
结合生活用水量情况，综合考虑以上影响污水水量的因素，本工程范围内居民生活污水预测量按照以下公式进行计算：
居民日生活污水量＝居民人数×日居民生活用水量×折污系数×截污率
付村社区居民日生活污水量= 1085人×100（L/人•d）×0.9×0.9＝87.9t/d。
付村社区工程设计处理水量：居民每天排放生活污水量×水量波动系数=87.9×1.1=97 t/d。
2.2.2人工湿地工艺流程
综合各种因素，确定项目污水工艺流程如图2.1：
图4.1人工湿地工艺流程图
项目污水经格栅截留大的悬浮物之后进入集水调节池进行水质水量的调节，以保证整个处理系统的稳定运行，调节池中的污水由泵一次提升后，进入生物氧化塘，在此对有机污染物进行初步降解之后自流进入人工湿地做最后处理，保证出水达标。
从上述工艺流程图可以清楚地看到，本工程只需一次提升（在个别地势较高的地区，可以不用泵，完全依靠重力自流），无需曝气，整个污水处理工程的运转消耗电能极少。在工程运转中，不投加任何药剂，完全靠水生植物及微生物自然降解来净化水质，无二次污染，是理想的污水处理方法。
2.3效益分析
2.3.1经济效益
社区生活污水处理设施建成后，处理后的污水能达标排放，处理后出水浓度COD≤50mg/L，彻底解决污水横流的问题。农村生活污水通过氧化塘、人工湿地污水生态处理而得到有效控制，提高了污水集中处理能力，可以切实改善社区及直辖村庄的水环境质量。处理后的生活污水可作为灌溉水或其他用途使用，如果按70%的回用率，每年可利用水量为2.7万吨，从而节约了大量淡水资源。同时，农村地区环境条件的改善可降低与污染有关疾病的传播，减少由此引起的经济损失。
2.3.2社会效益
污水处理既可提高水资源的重复利用率、缓解水资源供需矛盾、促进农业生产的发展，又可改善农村地区的生态环境条件、缓解城市的人口压力、促进社会的和谐发展，对社会经济的健康持续发展具有积极的作用。
3、结语
人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。如若采用人工湿地系统对小区生活污水进行处理，处理后出水可回用于绿地浇灌、道路冲洗、冲厕及景观水体补水等方面。小区污水自行处理，无形中也减少了城市大型污水处理厂的处理压力。人工湿地不但可以提高城市住宅质量，降低能耗，对水资源进行综合利用，也符合国家建设绿色、环保、循环、低碳生活的政策目标，一举多得。
因此，应用“人工湿地污水处理系统”技术对农村、小城镇污水及居民小区生活污水进行处理，应用前景比较广阔，发展空间较大。
参考文献
[1] 李剑波．强化垂直流—水平流组合人工湿地处理生活污水研究[博士学位论文]．上海：同济大学，2008．
[2] Jos T.A ,Verhoevem, et.al. Wetlands for wastewater treatment: Opportunities and limitations. Ecological Engineering, 1999, 12: 5-12.
[3] 夏汉平．人工湿地地污水机理与效率[J]．生态学杂志，2002，21(4)：51-59．
[4] 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[J]．哈尔滨建筑大学学报，1999，32(6)：88-92．
[5] 李剑波．强化垂直流—水平流组合人工湿地处理生活污水研究[博士学位论文]．上海：同济大学，2008．
[6] 聂志丹．富营养化水体人工湿地净化技术与底部复氧生境改善技术研究[硕士学位论文]．北京：中国环境科学研究院，2007．
[7] 柴世伟，裴晓梅，张亚雷，等．农业面源污染及其控制技术研究[J]．水土保持学报，2006，2O(6)：l92—195.