人工湿地设计

摘要：

人工湿地技术是一项建造和运行费用低、水质净化效果较好的污水资源化生态工程技术，其水力学因素对于系统处理效果的影响较大，而国内对于人工湿地系统内部机理，以及池型设计对湿地处理效果的研究较少。目前湿地的构建设计往往主要借助传统经验公式和实际工程经验，影响了人工湿地净化功能的有效发挥。为此本文通过对国内外一些人工湿地的调查对比分析，总结了湿地池型对实际运行效果的影响因素，以及池型优化改进建议。

我国是世界上最贫水的13个国家之一，同时随着我国经济高速增长，城市化水平不断提高，水污染问题日趋严重。天津市是我国北方水资源极度匾乏的城市，水危机已成为制约天津市社会经济发展的重要因素。人工湿地作为一种新型水处理技术，可作为深度处理工艺，为水资源的回收改造作出了巨大贡献。人工湿地的占地面积一直是其经济成本的主要因素，尤其在大中城市土地资源日益紧张，所以对人工湿地池型优化设计是我们研究的重要问题。

本文针对天津滨海新区生态特征水体污染状态，在海河流域典型城市水环境整治技术研究成果和示范工程实现的效益效果上，总结分解国内外人工湿地较好处理效果的各种池型的优点，提出适合天津滨海新区生态及水质处理方法和

池型优化设计建议。综合工程实例实际效果着重从湿地植物对池型的影响、湿地布水方式对池型的影响、湿地填料对池型的影响、湿地冬季越冬对池型的影响、进出水流量水质和停留时间对池型的影响以及人工湿地的堵塞问题等方面分析了池型优化的设计方法。

关键字：经济成本 对比分析 池型优化 实际效果

人工湿地的定义及国内外发展情况：

人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物组成的生态系统。生活在土壤中的微生物（细菌和真菌）在有机物的去除中起主要作用，湿地植物的根系将氧气带入周围的土壤，但远离根部的环境处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加强了人工湿地去除复杂污染物的难处理污染物的能力。大部分有机物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。

人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，类似自然沼泽地，但由人工建造和监督控制，是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统。它是一种集物理、化学、生化反应于一体的废水处理技术；是一个独特的土壤、植物、微生物综合生态系统。

我国1987年（“七五”）建立了第一个人工湿地系统后,

在人工湿地净化机理、系统控制、设计及运行参数等方面均取得可喜的进展。近10年来，人工湿地技术在我国被广泛应用于农业面源污染控制及生活污水、垃圾场渗滤液、采油废水、啤酒废水、制浆造纸废水等的处理。20世纪末建成的成都活水公园更展示了人工湿地污水处理新工艺用“绿叶鲜花装饰大地，把清水活鱼送还自然”的魅力。

随着研究逐渐深入，人工湿地还被用于改善饮用水源水质如利用人工湿地改善北京官厅水库水质，出水基本满足地面水Ⅲ类标准。目前，人工湿地还被广泛用于新兴领域，如利用人工湿地生态系统去除水体中的藻类效果显著，这说明人工湿地系统在污水深度处理或者在减少水体富营养化、抑制藻类疯长等方面都有其独特的作用。

国外，人工湿地广泛用于处理各种类型污水，如城市生活污水、酸性矿山废水、农业污水等，还被用于淡水回用水深度处理、净化富营养化水、自然保护、处理硝酸盐污染的地下含水层。

目前,在美国有600多处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水，在丹麦、德国、英国各国至少有200处人工湿地(主要为地下潜流湿地) 系统在运行。新西兰也有80多处人工湿地系统被投入使用。

北美2/3的湿地是自由表面流湿地，其中一半是自然湿地，其余为人工自由表面流湿地。北美的湿地主要对人口较

多的地区进行高级处理。在欧洲应用较多的则是地下潜流系统，尤其在一些东欧国家应用较广泛。该系统中种植有芦苇、菖蒲、香蒲等湿地植物，为了保证潜流，绝大多数系统还采用砾石作为填料。此类系统趋向于对近1000人口当量的乡村级社区进行二级处理，但它在澳大利亚和南非则被用于处理各类废水。

人工湿地的优缺点：

1.优点：

投资费用低，建设、运行成本低；处理过程能耗低；污水处理效果稳定可靠；污水处理系统的组合具有多样性和针对性等优点；良好的景观效应；可持续的经济效益；运行管理简单。

2.缺点：

受气候条件限制较大；设计，运行参数不精确；占地面积相对较大；容易产生淤积、饱和现象；对恶劣气候条件抵御能力弱；净化能力受作物生长成熟程度的影响大；此外，可能需要控制蚊蝇孳生。

人工湿地的分类：

1.国内外学者对人工湿地系统的分类多种多样。不同类型的人工湿地对特征污染物的去处效果不同，具有各自的优缺点。根据植物的存在状态，人工湿地主要分为三种类型：浮水植物系统、沉水植物系统、挺水植物系统。不同类型人工湿地结合使用以及和传统污水处理方法联合使用可以获得更好的出水水质。

（1）浮水植物系统 此系统中水生植物漂浮于水面；根系呈淹没状态。浮水植物目前主要用于N和P的去除和提高稳定塘的效率。

（2）沉水植物系统 此系统水生植物完全淹没于水中。系统中水的浊度不能太高，否则会影响植物的光合作用。该系统还处于试验阶段，主要用于初级处理与二级处理后的精处理。

（3）挺水植物系统 以挺水植物为主，植物根系发达，可通过根系向基质送氧，使基质中形成多个好氧、兼性厌氧、厌氧小区，利于多种微生物繁殖，便于污染物的多途径降解；目前人工湿地主要指挺水植物系统。

2.从工程实用的角度出发，按照系统布水方式的不同或水流方式差异一般分为自由表面流人工湿地（surface flow wetland,FWS）和潜流型人工湿地（subsurface flow wetland,SFS），潜流型人工湿地又包括水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和潮汐潜流人工湿地。