张雪梅　闫忠诚　勾雅东　王飞腾　朱锦　舒友光

摘要：人工濕地是一种人工、可处理的工程湿地系统，它是在土壤、基质、植物、微生物等物理、化学、生物协同作用下，以污水和污泥为原料。本文研究了“水解沉淀-接触氧化-人工湿地”等组合工艺来处理生活污水，并对其处理效果和优缺点进行了讨论。

关键词：人工湿地;生活污水;处理效果

1引言

近年来，人工湿地技术日趋成熟，已成为一种低成本的污水处理方法，并在世界各地得到广泛应用。其通过土壤、基质、植物和微生物等物理、化学和生物协同作用，将污水和污泥按一定的方向匹配而成。本系统的主要功能包括：吸附、截留、过滤、氧化-还原、沉淀、微生物分解、养分积累等，进入人工湿地的污水既可以暂存在于基质和土壤的裂缝中，也可流经基质的表面，能最大限度的对污水进行处理。因此，本文将对人工湿地技术及其组合技术进行分析探论，为后续的学术研究和工程应用提供理论依据。

2人工湿地系统

2.1自由水面人工湿地系统

自由水面人工湿地系统是一种污水流经水面的自然湿地系统。在提高出水水质的同时，还有助于防洪和控制岸线侵蚀。自由水面人工湿地系统中的植物种类繁多，主要为挺水植物（香蒲、芦苇、水曲柳）、沉水植物和漂浮植物。对铁、铜、铅等去除率分别为53%、45%、52%、52%，对BOD和COD的去除率为50%～60%、对TSS的去除率为70%～80%，对氮的去除率为50%～65%。

2.2水平流人工湿地系统（HFCW）

水平流人工湿地系统又称芦苇床系统，所需土地面积为5～10 m2/PE。污水在人工湿地床层中水平流动，并会在系统中经过好氧和厌氧处理。HFCW可有效去除污水中的BOD、COD、氨氮、磷酸盐、TSS等污染物，并且可应用于不同类型的污水处理，如工业污水、农业污水、矿山污水等。HFCW比垂直流人工湿地需要的土地面积更多，但脱氮效果也会更好。

2.3垂直流人工湿地系统（VFCW）

垂直流人工湿地系统是一种污水从湿地顶部进入，从底部排出的湿地系统。污水能够垂直流过床层，提供了较好的好氧条件，实现了高硝化的处理效果，对BOD、COD等污染物的去除效果较好。VFCW的占地面积大约为1～3m/PE，虽然与HFCW相比较小，但比HFCW需要更多的维护管理。

2.4法国垂直流人工湿地系统

法国垂直流人工湿地是一种两级垂直流形式的人工湿地，采用并联布置，串联运行的模式。该系统的土地面积要求为2.0～2.5 m2/PE，与传统垂直流人工湿地相比，具有相近的处理效果，但可以大大节约建设成本。

2.5复合人工湿地系统

复合人工湿地系统是一种具有多级处理的系统，采用HFCW和VFCW进行组合。与其它类型的人工湿地系统相比，复合人工湿地系统的去除效率更高。不同类型的人工湿地系统在好氧或厌氧条件下的去除效率不同，因此可根据污水水质特点，进行复合式人工湿地单元的布置。

2.6折流式人工湿地系统

折流式人工湿地系统的主要特点是具有一系列的垂直折流板，这些折流板主要沿湿地宽度方向进行布置，引导污水向上或向下流经湿地床层。该系统提供了一条较长的污水流经路径，使得污水与介质之间的接触时间增长，大大提高了处理效果。

2.7曝气人工湿地系统

为了满足植物及微生物的氧气需求，可以采用曝气人工湿地系统。由于氧气利用率低，使得有机物的分解速度较低，因此可以在湿地中加入曝气器以提高水中的溶解氧，进而提高了湿地系统的处理效率。

2.8多热带自由流工程湿地系统

湿地中使用的漂浮植物主要为凤眼莲、柠檬等，这些漂浮植物可以有效地去除污水中的氮和磷。为使自由流工程湿地的处理效率始终保持在较高水平，需要对漂浮植物进行定期收割，收割所得的漂浮水生植物，可进一步用作燃料、肥料、动物饲料添加剂等，降低了湿地的运行成本。

3人工湿地的优缺点

人工湿地是一种低成本的污水处理工艺，其运行和维护成本约占植物成本的1%-2%。能有效处理各种污水，如农业污水、工业乳品污水、工业制革污水、工业纺织污水、制浆造纸污水、酸性矿山污水等，人工湿地处理后的水可以用作休闲和园艺用途。人工湿地对于BOD、COD和TSS都具有较高的去除率，分别为80%～90%、80%～90%、80%～95%。人工湿地也有助于去除水中的磷、氨氮、硫酸盐等，其中芦苇和香蒲作为湿地植被，对氮和磷的去除率较高;LECA、大理石粉尘、锯末、零价铁和砾石等介质可有效去除污水中的硫酸盐、砷酸盐和磷，并为湿地中的细菌提供良好的活动场所。人工湿地是一种分散式污水处理技术，可以将社区污水集中处理，具有较高的去除率。

每一种污水处理技术都有其局限性，而人工湿地的缺点是：在湿地中的植物会导致生物量增加，增加了湿地的维护成本;不同物种对污染物的去除率各不相同，只有少数几种能够在现场种植，这也是人工湿地不可能去除所有污染物的原因，所以要结合其他技术，才能实现更好的去除效果;人工湿地处理工艺会因污水水质的不同而有所差异，在自由水面人工湿地系统中，重金属等污染物对水生植物的损害作用较大，同时也会产生蚊虫滋生等棘手的问题，因此，人工湿地中受污染的植物必须以适当的方式进行处理。相较于其他工艺，人工湿地处理过程耗时较长，且具有较强的季节特征，一般在夏季的去除效果比冬季高。

4人工湿地组合技术

组合工艺采用了“水解沉淀+接触氧化法+人工湿地”的方法来对生活污水进行处理。在水解沉淀池中，借助酸水解和厌氧期的微生物，降解了污水中的大分子和难降解的固体有机物，并使其转化为小分子有机物，可减少后续供氧设备能耗并缩短停留时间;在生物接触氧化法中，将生物膜以及活性污泥结合起来，使得池中的生物固体浓度为5～10 g/L，大大超过活性污泥法和生物滤池中的浓度，并具有较高的体积负荷2.0～3.0 kgBOD5/m d。同时，该工艺对水质和水量都具有较强的抗冲击负荷能力;人工湿地采用了两个湿地串联，分别为HFCW和VFCW。结果表明，人工湿地组合技术对污水的处理效果较好，对COD、BOD5、TP、SS、NH-N的去除率分别为：77.8%、83.3%、87%、80%、67%。经过人工湿地处理后的出水水质达到城市污水排放标准（DB44/56-2003）一级标准。

另一种组合工艺采用电化学氧化与人工湿地联用，用于处理冷却塔水，以“电化学氧化、掺硼金刚石、混合金属氧化物和垂直流人工湿地”的组合工艺去除冷却塔水中的有机化合物。VFCW能有效地去除特定的污染物，如苯并三唑等;有研究还对“浮式、垂直流人工湿地和水平流水煤浆混合系统”处理城市污水的性能进行了评估，为提高磷的去除率，还开发了一种可移除的吸附屏障与观赏植物混养，增大了景观优势。其评估结果表明，该复合系统对污染物具有良好的去除效能，对TP、NH−N、TN、DOC、BDO5、COD及浊度的平均去除率分别为94.0%、93.8%、93.8%、80.0%、84.0%、77.0%、99.7%，整体去除效果较好。

针对纺织污水所设计的人工湿地系统，采用了“VFCW和HFCW”组成的系统进行试验，在VFCW中使用的介质为1.4米深的甘蔗渣，在HFCW中使用的介质为0.65m深的种植芦苇和沙芥，并种植了芦苇、沙芥和无芒草。VFCW对可生物降解有机物的去除率较高，而HFCW对色度的去除效率较高。水力负荷较低（556～2 830 mm/d）的系统对NH-N、浊度和悬浮物的去除率较高，而水力负荷较高的系统对NO-N、BOD5和COD的去除率较高，水力负荷对亚硝酸盐氮没有影响。水力负荷较低和较高时，浊度、NH-N、NO-N、NO-N、COD、BOD和TSS的去除率分别为89.7%和80.5%、86.5%和72.1%、88.6%和95.0%、62.5%和82.7%、69.9%和86.6%、76.6%和89.3%、96.6%和37.7%。

5.结论：

通过本文的分析与评价，对人工湿地技术中植物的选择提出了一些建议。其植物选择主要包括以下幾个方面：（1）植物必须具邮良好的生态适应性和生态建设功能。（2）植物必须具有强大的生命力和旺盛的生长潜力;（3）引进人工湿地的植物必须具有很强的抗污染能力，水生植物要依靠微生物的作用才能去除污水中BOD5、COD、TN、TP等污染物，为使微生物能在植物根部生长或附着于植物表面，因此要选择具有较强根系和抗污染的特种水生植物。（4）由于需要长时间连续运行，且人工湿地的植物在冬季会出现枯萎、死亡或休眠等现象，故选择常青或冬季长势较好的植物;（5）在生态安全方面，所使用的植物不得对生态环境构成隐患或威胁;（6）植物应具有一定的经济、文化、景观和综合利用价值。

参考文献

[1]王皓，钱琪卉，丁瑞睿，等.复合潜流人工湿地对农村生活污水的净化效果及其微生物群落结构特征[J].安徽农业大学学报，2020（6）：962-970.

[2]杨文辉.关于农村生活污水的处理方式及运行模式探析[J].资源节约与环保，2020（12）：77-78.