人工湿地分布以及优劣势状态调研毕业论文
1 满堂河人工湿地的组成、净化机理及工艺流程
近年来，人工湿地污水处理技术已经广泛应用于处理工业废水和生活污水。随着湿地技术的进一步开发与完善，沈阳市满堂河污水处理中心于2003年9月竣工并试运行，是东北地区第一座采用人工湿地技术进行污水生态处理的示范工程，也是沈阳市污水处理的重点工程之一。人工湿地污水处理系统的优点：
1）建造和运行费用低廉； 2）易于维护，技术含量低；
3）废水处理效果优越，并具有一定的可靠性； 4）可缓冲对水力和污染负荷的冲击；
5）可提供和间接提供生态、农业和经济效益。
1.1 满堂河人工湿地的组成与结构
满堂河人工湿地在功能上分为构筑湿地和景观湿地。其中构筑湿地属于潜流型湿地，填料床内基质为粘土、砾石等，共分为七层分布于湿地植物根系和水管中。亚粘土层和砂土层用于提供湿地植物生长所必须的营养物质，并能通过密实的物理结构过滤污水中的污泥等有机污染物。布水管中的污水通过高进低出的水压作用，并经过上述湿地植物根系的吸收以及填料的过滤，到达集水管后，统一流入表流人工湿地进行进一步的过滤，然后再由出水口汇入满堂河下流的河道中完成污水净化过程。具体分布见下图：
图1-1 满堂河潜流型构筑湿地剖面图
Fig.1-1 Profile of ManTangRiver Subsurface flow Artificial wetlands
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常弘： 冬季满堂河小流域人工湿地对污染物消减研究
上图清晰的表明了潜流型构筑湿地上种植作物为芦苇时的布置，包括七层土壤结构构成的床体和布、集水管道。
景观湿地是由一系列相互配置的植物群落组成的，主要通过植物根系及土壤完成对污水的进一步净化。满堂河小流域的人工湿地中的景观湿地的构成不仅达到了一定的园林效果，还为周围的鸟类提供了环境良好的栖息地。在草本植物的基础上进行了乔灌木混交，并种植有果树、景观花卉，达到了经济效益与生态效益的均衡发展。
1.2 人工湿地的净化机理
人工湿地生态系统由相互联系的三类要素组成：人工基质、水生植物和微生物。人工基质为微生物的生长提供稳定的依附表面，为水生植物提供载体和营养物质；水生植物除直接吸收利用污水中的营养物质及吸附、富集一些有毒有害物质外，还有输送氧气到植物根部和维持水力传输的作用；而微生物通过代谢作用降解污水中的有机污染物。
满堂河人工湿地拥有两种形式的湿地，它们分别具有不同的污水处理作用和价值。其中构筑湿地属于水平潜流式人工湿地，是满堂河污水处理中心的核心处理单元，包括农大湿地系统、满堂湿地系统和试验田三大部分组成。在试验田中包括有3个单元，每个单元分别填充土壤和一定级别的填料形成的混合结构，床体表面种植芦苇和茭白。水生植物与在水中、填料中生存的动物和微生物形成利于污水净化的生态环境。当污水流经构筑人工湿地的同时，生物系统与填料系统共同作用，通过过滤、吸附、沉淀、植物吸收和微生物分解，实现对污水的高效率净化处理；景观湿地由3个人工湖、2条溪流和各种植物群落组成，典型植物包括杨树、柳树、银杏、火炬树等乔木，杏、李、樱桃、山楂等果树，四季玫瑰、锦带、丁香、连翘、木绣球等观花灌木，福禄考、景天、月季等花卉，苔草、荇菜、泽泻、菖蒲等溪边植物。建设植物群落通过疏密和高低错落的树种、花卉特点配置出形状多样，层次分明，色彩丰富的湿地园林绿地景观。以常绿树种作用背景，依据各种灌木和草本花卉的生长条件和特性，因地制宜地点缀其中，在春季有万花争春，在夏季供动物飞鸟及人类休憩，秋季有果实成熟，冬季的银装素裹更为满堂河小流域增添了景观效果。景观湿地将处理后的污水再次深加工，效果成倍增加，排入满堂河下流后，降低了原被污染的河流的有害污染物的含量。
1.2.1 有机物去除机理
废水中有机物种类繁多，但对于主要含烃类、脂肪、蛋白质以及挥发性物质（如乙醇、丙酮等），对不溶性有机物的去除主要依靠人工湿地中填料的吸附、过滤作用和自身的沉
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淀功能。有资料表明：如不溶性SS，可在进水的10m以内去除90%[2]。但对于浓度过高的污水，需要通过一定的停留时间来进行过滤和沉降。
可溶性有机物则主要依靠湿地中植物的吸收作用。湿地植物的根系通过动力将可溶性有机物运送并固定，也可利用根系生物膜的吸附作用达到吸收净化效果。同时湿地中的微生物则利用分解代谢作用除去了污染物。由于本人工湿地的来水中主要有机物有甲苯、淀粉、油脂等物质，微生物先将污染物水解成小分子有机物后，通过同化作用吸收。
经过测定，有预处理的人工湿地对SS的去除率为87.5%，无预处理的人工湿地为80%。
1.2.2 氮的去除机理
污水中的氮元素主要是通过植物对含氮化合物的吸收利用作用，主要是NH4-N；填料和植物根部对含氮化合物吸附、过滤作用；微生物的硝化与反硝化的分解作用以及氨自身的物理挥发。
满堂河人工湿地主要针对生活污水的处理，污水中的NH4-N含量较多，主要采用植物和微生物去氮，无机氮作为营养元素被供给植物生长，后经过收割完成去除过程；流经人工湿地的污水中含有丰富的碳源，当碳源和系统压力发生变化时，可发生以下微生物反应：
1）存在于土壤中的微生物在压力平衡的条件下进行呼吸作用：
CH2O?O2?CO2?H2O
2）当压力降低和压力升高时，分别进行硝化反应和反硝化反应：
NH4?2O2?NO3?H2O?2H? ; 5CH2O?4NO3?4H??5CO2?7H2O?2N2 此时，微生物将NH4-N转化成氨，生成的氨在有氧状态时通过硝化作用，亚硝酸氧化细菌将氨氧化成亚硝酸，或硝酸氧化细菌将亚硝酸氧化成硝酸，生成的产物可以直接被植物利用。同时发生另一种反应的可能性增加，这就是氨的氧化反应：
?--5NH4?3NO3?4N2?9H2O?2H?; NH4?NO2?N2?2H2O
而另一部分没有被植物吸收利用的氨在水体中的循环，其中的一部分还可以与土壤中的阳离子发生反应，但生成的化学物质都比较活泼，这样氨又有可能被再次释放到水体中，造成了氨的循环。从上述反应式和叙述的氨元素转化过程可以看出，参加反应的氨被转化成有机物吸收到植物体内或成为N2、N2O气体从人工湿地排放出去。
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?-?-常弘： 冬季满堂河小流域人工湿地对污染物消减研究
1.2.3 磷的去除机理
对于生活污水，P的含量也是不容忽视的。P元素过多易导致水体富营养化。与去除N元素相似，满堂河人工湿地对P元素的去除主要也是通过植物、填料以及微生物的共同作用来完成的。有研究者指出上述三者对磷的去除速度以填料最快，水生植物最慢[2]。由于满堂河人工湿地采用的填料是由土壤、砂和砾石组成，砾石和土壤对PO4的最大吸附量分别为0.107mg/g和1.11mg/g[3]。人工基质密实的结构可通过吸附、过滤、沉淀和离子交换作用将不可溶的大分子P去除；可溶性的磷化物在污水中与一些金属离子如铝、镁等发生离子交换反应，从而生成不溶性磷化物。不溶性的磷化物将被人工基质吸附、沉淀，后通过水压对磷化堆积物的冲刷，将这些污染物以污泥的方式排除湿地。浮水植物对P元素的去除主要是通过自身的吸附作用，依据经验芦苇、茭白的除去能力较其他品种的植物强，实验证实，植物根部的吸收能力大于茎部，叶片和茎对N、P的积累量最大。
3-1.2.4 有害微生物的去除机理
有害微生物可通过物理、化学和生物的综合作用被去除。在人工湿地的环境下，去除有害微生物的物理因素包括过滤、沉淀、富集和紫外辐射作用；也可通过氧化及其他植物或微生物产生的抗生素、噬菌体等生物化学作用使有害微生物自然死亡或被吸收消化。
1.3 构筑湿地系统流程及运行
图1-3 构筑湿地布水图
Fig.1-3 Water distribution plan of Artificial wetlands
图中所示为组成满堂河构筑湿地的两大部分的布水系统，即水处理运行图。其中农大
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处理系统是满堂河人工湿地处理的核心部分，处理对象针对沈阳农业大学的生活污水。面积占整个潜流构筑湿地面积的2/3。分为24个处理单元，并由一条长约280m的布水渠平均分为两部分，两侧设有与布水渠平行分布的集水渠，位于距离布水渠东西25m处，用于集流和压流。集流渠两侧设有11个操作井，以便观察湿地水流状况，随时调整水位，最后统一汇入出水口。
1.4 景观湿地系统的运行
景观湿地回用水主要来源于经构筑湿地二次净化处理后的部分中水。景观水的布水流程是通过总集水渠内的水流经三通阀门井，一部分水经过水流量计排入满堂河，另一部分进入景观湿地。在景观湿地中设有回流泵，经PVC管线连接，将水直接调入湿地中的一个人工湖，形成大回流。同时在集水井中也设有回流泵，经另外一条PVC管线，调入另一人工湖，形成小回流。
为了便于清理和维护，利用操作井下方的憋水点分别调控两个溪流的水流量，以达到利用水的流速变化带动水体内绿苔等杂物向下游流走。另外，憋水点除了可以调控上述两个溪流的流量外，还可以起到抬高湖面的整体水位的效果。在清理湖后，利用打开憋水点的办法，可以因瞬时水流速的增大而带走大量的漂浮杂物，达到清理湿地床的目的。 景观湿地中的大小回流还可以调节，人工湿地的水质。当人工湖或构筑湿地出水的水质过差时，可以及时关闭大小回流，防止各湖水的水质受到影响。如果是由于藻类疯长所致要及时清理水体中的绿苔，如果是由于构筑湿地来水水质变差所致，则等到水质变好后再可开大大小回流。当水质过差影响整体景观用水时，可采用湖体清淤方法，延水的流向使湖水外流，停止回溯，到不自流时，可清理后重新调水，使整个水体重新循环。
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