复合人工湿地处理(资料整理版)

人工湿地处理污染河水的研究进展关艳艳等目前，国内外研究的人工湿地类型主要有表面流人工湿地、潜流人工湿地以及组合人工湿地系统 3 类。

其中潜流人工湿地根据水流形态又分为水平流和垂直流两类。

Dongqing Zhang 等人比较了国内表面流、水平潜流、垂直潜流和组合系统的人工湿地运行数据，指出组合系统对TSS，BOD5，COD 和TP 的去除率是最高的。

相对于垂直潜流系统，水平潜流湿地对BOD5和TP 的去除率较高，对TN 的去除则呈现出明显的优势，而垂直潜流系统对TSS 有较高的去除率。

2.1 表面流人工湿地表面流人工湿地（SF）是各类型湿地中最接近自然湿地的一种。

绝大部分有机物的去除是由长在植物水下茎、杆上的生物膜来完成，因而不能充分利用填料及丰富的植物根系目前国内较少采用，具体到应用表面流人工湿地处理污染河水，这方面的研究就更少了。

2.2 潜流人工湿地潜流人工湿地常用的植物有香蒲、芦苇、风车草、再力花、灯芯草等。

在美国，大约40%的潜流型湿地只种植香蒲一种植物。

欧洲国家多数种植芦苇，也有一些是种植多种植物的系统。

我国潜流人工湿地系统多采用多种植物交叉栽种。

2.2.1 水平潜流人工湿地水平潜流人工湿地(HF)系统污水在填料床内部流动，水位较深，可以充分利用填料表面、植物根系上生长的生物膜和丰富的植物根系、表土层以及填料的截留等作用，处理效果较好。

同时，该种系统的保温性较好、处理能力受气候影响小、卫生条件好，是国内外应用最广泛的人工湿地系统。

香蒲根系发达，植株较矮，去污能力强，特别是应用在人工湿地系统中时对氮和磷去除能力较强，适合用于人工湿地污水处理系统，特别是处理低浓度废水，而其处理高浓度废水还有待进一步的研究。

在TN 的去除中硝化菌和反硝化菌占据重要作用，并且这两种菌对温度的变化较为敏感，而有机物的去除主要通过植物的吸收和微生物的转化，填料介质对磷的物理截流占总除磷量的70%左右，SS 的去除主要是植物根系和填料的吸附和截流作用，所以，温度的变化对氨氮的去除有较明显的影响，对COD、TP、SS 的影响不明显。

夏季氨氮去除率可达70%左右，但冬季水温降低到15℃以下时，氨氮去除率降低到30%以下，而温度对人工湿地COD 去除效果的影响很小。

针对冬季运行处理效率低的问题，有学者提出可以在湿地表面覆盖一层地膜。

研究表明，在湿地表面覆盖塑料地膜后，氨氮平均去除率由29.4%上升到67.6%，COD的平均去除率由29.0%提高到46.6%，证明覆盖地膜能有效地提高系统对污染物的去除效果。

此外，除了采用塑料膜，还可以考虑覆盖秋季收割的湿地植物保温（因为植物被水浸泡会释放一定量的氮磷等营养物质，所以该种方法只适用于正常运行的水平潜流湿地，不适用于表面有积水的表面流和垂直潜流湿地）或通过增加水力停留时间来适当弥补。

水力停留时间（HRT）对潜流湿地系统净化效果也有重要影响。

HRT 较小时，随着HRT 的延长，COD、TN、TP 的去除率均不断增加，当HRT 超过一定时间之后，去除率变化不再明显。

这种变化是因为一定量的植物和一定体积填料上的生物膜能处理的有机物负荷等有一定的限值，同时植物和微生物的吸收和转化需要一定的时间。

SS的去除基本不受HRT 的影响。

填料的选择是构建人工湿地系统时应该认真考虑的一方面内容。

相对于其他污染物质来说，由于磷的去除主要是通过填料对不溶性磷的吸附和沉积作用，不同填料对磷的去除有较大影响，因此若待处理的污染河水中磷的含量较高，人工湿地最好选择飞灰或页岩为填料，其次是铝矾土、石灰石、膨润土。

另外，填料的堵塞问题是影响人工湿地系统正常运行的主要问题之一。

研究表明，填料的孔隙堵塞现象主要发生在系统的前段，堵塞物质主要为无机颗粒物。

在低负荷运行的系统中，植物对填料堵塞问题的改善作用并不显著。

因此，为防止低负荷潜流人工湿地系统中的填料堵塞，需增加能够有效去除无机颗粒物的预处理工艺。

2.2.2 垂直潜流人工湿地垂直潜流人工湿地（VF）系统的水流运行综合了表面流人工湿地和水平潜流人工湿地的特点，例如下行垂直流湿地，水流在填料床中基本呈由上向下的垂直流动，水流流经床体后被铺设在出水端底部的集水管收集而排出处理系统。

这种湿地系统节约建设面积，利于脱氮、除磷，而且处理效果稳定，单位面积处理效率高，硝化能力高于水平潜流湿地，但其建造要求较高，较易滋生蚊蝇，目前应用不多。

考虑到除污效率，在以往的研究中，单独采用上行或下行垂直潜流系统的研究应用较少，多数采用复合垂直流方式（IVF）。

近几年，对于复合垂直流的研究日益兴起，其中应用于处理污染河水的研究也越来越普遍。

通常该种类型湿地由下行流和上行流两池组成，两池中间设有隔墙，底部连通。

下行池和上行池中均填有不同粒径的砂和砾石作为填料，为了保证水流的顺畅，下行池填料层比上行池的填料层要高10～20 cm，两池底部均设颗粒较大的砾石层连通。

总的来说，复合垂直流的整体处理效果要高于水平潜流系统，高于表面流系统。

2.3 组合湿地系统废水的来源多种多样，一般来说，用一种单一的湿地系统处理很难达到预期效果。

组合湿地系统(Hybrid wetland systems) 是由多种类型的湿地系统串联而成的，这种系统在欧洲得到越来越广泛的关注。

多种类型的人工湿地最佳组合方式取决于目标污染物。

对于总氮含量较高的污染河水，由于单级人工湿地无法同时提供有氧和无氧的条件，因此单级人工湿地对总氮的去除率不是很高，为了提高氮的去除率，经常将水平潜流与硝化作用较好的垂直潜流组合应用，并且这种组合方式已经证明是有效的。

另外，国内还有将垂直潜流和表面流串联起来处理污染河水的实例。

除了将多种类型的湿地系统进行组合之外，也可以考虑将湿地系统与各种物理化学处理系统（如砂滤系统、絮凝沉淀、接触氧化、微曝气系统等）进行组合。

采用低溶解氧接触氧化与微曝气垂直流人工湿地的组合工艺，解决了人工湿地在高负荷下运行时易堵塞和效率低的问题。

增设预处理设备固然可以一定程度上提升出水水质，但是相应的也会增加处理费用，因此，实际工程应用时应综合考虑各方面的因素，选择适宜的处理工艺。

复合人工湿地系统净化城市富营养水体的应用研究黄新等（例1.表面流人工湿地与水平潜流人工湿地相结合）一、武汉紫阳湖公园复合人工地湿地系统的组成复合人工地湿地系统位于武汉市紫阳湖公园湖心岛西侧，面积2190m2，水力表面负荷为1m3/（m2·d）。

根据地形特点，同时为保证对湖水污染物的去除效果，设计成在垂直方向表面流人工湿地与水平潜流人工湿地进行复合的人工湿地系统。

由集水池、进水配水渠、表面流人工湿地及其正下方的水平潜流人工湿地、中间配水池等五大部分组成。

人工湿地处理抽取的紫阳湖污水流程如下：富营养湖水→进水配水渠→表面流人工湿地→中间配水池→水平潜流人工湿地→集水池→出水管排出。

见图1。

二、污染物去除机制及效果2.1 对高锰酸盐指数的去除效果相关研究表明，人工湿地对高锰酸盐指数的去除，主要通过系统内部微生物吸附降解、植物吸收及填料的物理化学作用去除。

2.2 对TN 的去除效果有研究表明：氮是靠湿地微生物的硝化和反硝化作用去除的。

下层水平潜流人工湿地对TN去除效果较上层表面流人工湿地要高50%。

（这是因为在本复合人工湿地系统中，下层水平潜流人工湿地床层填料中的反硝化细菌比上层表面流人工湿地植物根系的微生物丰富同时水流在下层水平潜流人工湿地滞留时间比上层表面流要长4 h，因而下层水平潜流人工湿地床层中的微生物分解代谢TN的效果要比上层表面流人工湿地对TN的去除效果好。

）2.3 对TP 的去除效果人工湿地除磷机理包括：基质的吸附沉淀作用、植物的吸收作用及微生物的转化作用，且有研究表明，基质的吸附是磷去除的主要过程，其次是植物和微生物本实验结果表明，下层水平潜流人工湿地对TP去除效果较上层表面流人工湿地要高40%。

这是因为下层水平潜流人工湿地基质填料（含钙、铁、钴）对磷有较强的吸附沉淀作用，另外，表面流人工湿地中污染物是随水流从基质表面漫流而过停留时间较短。

因此，相对于上层表面流人工湿地而言，下层水平潜流人工湿地对磷的去除效果更为明显。

三、总结复合人工湿地不同结构单元是影响人工湿地净化富营养化水体的重要因素，且因不同去除机理而去除效果不同，上层表面流人工湿地单元对高锰酸盐指数、TN、TP的去除率达到23.5%、13.3%和14.2%，下层水平潜流人工湿地单元对高锰酸盐指数、TN、TP的去除率达到24.5%、23.1%和23.3%。

总体上看，上、下层人工湿地单元对高锰酸盐指数去除效果相近；对TN去除效果，下层水平潜流人工湿地比上层表面流人工湿地高50%；对TP 的去除效果，下层水平潜流人工湿地比上层表面流人工湿地高40%。

复合垂直流构建湿地的设计方法及净化效果吴振斌等2003复合垂直流构建湿地的设计必须充分考虑到各地气候条件、水生植物特点等因素,最好经过小试取得一定的设计参数后进行设计.而水力负荷、有机物负荷、工艺流程选择、配水集水系统、基质类型以及栽种植物等诸多因素均影响到IVCW合理设计。

2.1 复合垂直流构建湿地的选址确定复合垂直流构建湿地的建设地址必须充分考虑当地的地形地貌以及工程地质、水文地质情况,同时应符合有关的法律规定.虽然作为潜流型构建湿地的一种,IVCW能有效地控制蚊蝇的滋生和臭味的传播,但在选址时仍然应该尽量避免选在人群密集的地方以及其他公众暴露的场合。

IVCW应尽量建设在平地或者坡度较小的地方以减小土方开挖量,降低投资.在坡度很大的地方,可以将下行池和上行池分别建设在不同的高程,中间通过跌水相连,以增加上行池中的溶解氧,促进硝化作用。

2.2 IVCW的工艺组合与运行方式根据需要,IVCW可以建设成单系统、串联系统、并联系统以及IVCW与氧化塘以及推流床等的组合形式.单池系统设计简单,建造经济,但是运行灵活性差;串联系统可以用在污水的深度处理以及出水修饰;并联系统运行灵活,是最主要的形式.污水根据水力负荷按比例分配到各池中,当某一池需要维修时,其他各池仍可正常工作。

复合垂直流构建湿地既可以连续运行,又可以间歇式运行.但是间歇运行便于在较低水力负荷时的均匀布水,充分地利用湿地的表面积;同时间歇式进水更有利于氧气进入湿地基质层中,促进微生物生长,加快有机物的降解,因此推荐采用间歇式运行。

2.3 复合垂直流构建湿地的预处理对于悬浮物或者有害物质含量高的污水,预处理是必不可少的.由于预处理设计不当而造成湿地系统不能正常运行的情况并不鲜见[16].通常可以采用格栅(筛)、沉砂池、初沉池、除油池以及氧化塘或者水解池等作为IVCW的预处理.在有条件时,采用投加絮凝剂的方法来强化预处理对于湿地系统运行是有利的。