湿地概述

人工湿地定义（概述）：人工湿地污水处理系统源于对自然湿地的模拟，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用。

这种湿地系统是在一定的长宽比及地面坡度的洼地中，由土壤和按一定坡度填充一定级别的填料混合结构的填料床组成，并在床的表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、成长周期长、美观及具有经济价值的水生植物，形成一个具有污水处理功能的独特的生态系统。

污水流经床体的填料缝隙或床体表面时，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等作用实现对污水的高效净化处理。

人工湿地简介说明：人工湿地是由水、基质、水生植物和微生物等所组成的为处理污水而设计建造的湿地生态系统。

这种湿地系统是在一定的长宽比及地面坡度的洼地中，由土壤和按一定坡度填充一定级别的填料混合结构的填料床组成，并在床的表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、成长周期长、美观及具有经济价值的水生植物，形成一个具有污水处理功能的独特的生态系统。

人工湿地依靠物理、化学、生物的协同作用完成污水的净化过程，强化了自然湿地生态系统的去污能力。

从自然调节作用看，人工湿地还具有强大的生态修复作用。

作为一种生态污水处理方法，污水中的污染物质主要是通过人工湿地内植物根区的吸收、吸附，微生物的同化、异化及与基质的系统作用完成的。

通过植物的光合作用及根系的输氧，形成好氧、缺氧、厌氧等复合体系，从而有效保证了COD、SS、N、P的处理效果。

人工湿地具有投入少、运行成本低、工艺简单、运行稳定、处理效果好、景观效应好等优点。

但人工湿地的推广应用仍受一些制约因素的影响：（1）潜流人工湿地进水端因难以降解的大分子有机物和悬浮物长时间积累而堵塞，降低了湿地的使用寿命；（2）湿地的生物硝化和反硝化的效率低，总氮去除效果不理想；（3）冬季低温运行处理效果差；（4）受植物根系输氧能力限制，湿地一般较浅，占地面积较大。

复式潜流湿地工艺说明：复式潜流人工湿地主要是针对目前各类人工湿地普遍存在的问题和技术瓶颈而提出的新型湿地技术：主要解决北方高纬度地区低温下湿地处理效果低下、人工湿地短命、总氮难以达标以及湿地占地面积较大问题，实现人工湿地技术的升级和推广。

复式潜流人工湿地是将传统潜流湿地床体简单的分为上下两层，在保留潜流型湿地诸多优点的前提下，通过设置下层厌氧区来创造更加理想的生物反硝化环境，使湿地的总氮去除率得以提高；通过厌氧消化所堵塞的物质，有效延长湿地使用寿命；通过厌氧区的水解功能提高进水的可生化性，为后段湿地提供微生物可利用碳源；床体深度增加和厌氧区的设置提高了湿地增温和保温功能，可实现低温环境下较高的处理效率；增加床体深度可有效减少占地面积。

①技术简介：复式潜流人工湿地从结构上说，是在水平潜流湿地的基础上增加深度，湿地进水和收水位于同一端，在湿地中间设置隔水层，使水流形成折返流。

原污水通过进水管进入湿地后，首先进入湿地下层区域，进行深度厌氧反应，为湿地系统TN的去除提供了有利的厌氧环境；当污水流至末端，折返流入湿地上层，由于上层植物根系输氧以及大气复氧，上层DO含量高于下层，使污水有机物得到进一步去除；污水经上层好氧环境后，进入砂滤层，进一步拦截污水中的SS，然后通过收水花墙，进入收水槽后经排水管排出。

②特点：一、有效解决了人工湿地堵塞问题，延长了湿地使用寿命。

人工湿地的堵塞主要是污水无机物及有机质在湿地前端的积累。

在相同有机物总量和总需氧量情况下，拥有高水力负荷与低有机物浓度的床系统和低水力负荷与高有机物浓度的系统相比，后者更易堵塞。

复式潜流湿地前端有效容积较大且为厌氧环境，厌氧菌可消化大量有机物，由此解决了人工湿地前端堵塞问题，延长了湿地使用寿命。

二、强大的反硝化系统，大幅度提高TN去除效果。

复式潜流湿地下层提供了深度的厌氧空间，为反硝化菌提供了充足的碳源，适于湿地前置反硝化，因而进一步提高了湿地对TN的去除效果。

三、常规潜流人工湿地深度一般在0.6~0.8m之间，而复式潜流人工湿地深度可以达到1.2~1.6m。

在一般潜流湿地的基础上增加深度，既节省了占地面积，又节约了工程费用。

四、冬季运行也可保持较好的去除效果。

复式潜流湿地表面积是其它潜流湿地的1/2左右，冬季湿地表面温度虽然较低，但床体内部因存在增温和保温条件，仍可保持较高的床体温度，为微生物的活动提供了良好的环境条件。

复式潜流湿地的前置反硝化，在TN去除的同时也消耗了有机物，也保证了冬季运行效果。

人工湿地的优点：1.投资和运行费用低。

由于人工湿地工艺无需曝气、投加药剂和回流污泥，也没有剩余污泥产生。

所以投资和运行费用低是人工湿地处理技术的一个显著特点。

国外资料报道，人工湿地的工程造价和运行费用仅为传统工艺的10%~50%。

2.处理效果好。

人工湿地另一个显著特点是对有机物有较强的降解能力。

二级处理后污水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快被截留并被微生物所利用；污水中可溶性有机物可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。

有关人工湿地对二级污水处理厂出水试验的研究表明，在以二级污水处理厂出水作为原水的条件下，人工湿地对BOD的去除率可达85%~95%、对COD的去除率可达80%以上。

处理出水中BOD的浓度在10mg/L左右，SS小于5mg/L。

人工湿地对N、P有很高的去除率，可分别达到80%、90%以上，远远高于传统污水回用工艺对其的处理效率。

3.适用范围广。

最初，人工湿地主要用于生活污水和矿山酸性废水的处理，如今，人工湿地不仅可以用于城市污水和各种工业废水的二级处理，还可用于高级处理中的深度处理和对农田径流的处理等。

人工湿地的缺点：1.受气候条件限制较大。

人工湿地栽种的植物类型恰当与否直接关系着系统处理污水的效率和经济效益。

而植物类型选取受到了气候条件的限制。

2.占地面积相对较大。

人工湿地去污效果与污水在湿地中流动的时间和空间充足与否有着很大的相关关系。

其次，当系统中的填料和植物纳污达到饱和时需要用备用池来交替运行。

另外，为防止淤积，往往建造预处理池对污水进行前期处理。

因此与传统的污水处理厂相比，人工湿地污水处理系统需要较大的占地面积。

3.容易产生淤积、饱和现象。

人工湿地能有效地去除污水中的有机物、悬浮物、重金属、病原体等污染物质，但是随着时间的推移，部分营养物质会逐渐地积累，湿地微生物不断繁殖，如果维护不当，很容易产生淤积、堵塞现象，使水力传导性、湿地处理效果和运行寿命降低。

随着污水处理过程的不断运行，基质的吸附能力通常会趋于饱和，也会影响湿地的处理效果。

排除淤积、饱和现象的最佳途径是在有备用池的前提下，定期对基质进行去淤、更换，对植物进行收割。

人工湿地污染物去除机理的研究：一般的，当污水流过湿地床过程中，悬浮颗粒物首先通过植物的根系以及湿地填料的拦截、吸附、共沉淀等作用从污水中去除[]。

其中有机部分随着时间的推移被植物根际微生物和填料上生成的生物膜逐渐降解。

无机部分被截留成为湿地床的一部分。

有机污染物在人工湿地系统中的去除主要是通过三种途径：①较大的不溶性有机颗粒团经沉降过滤被填料和植物截留，部分被微生物降解；②污水中的可溶性有机物被植物根系与填料表面上的生物膜吸附、吸收和代谢作用而去除；③通过对填料的定期更换和植物收割可将新的有机体从湿地中去除。

氮去除的主要途径是经过微生物的氨化、硝化和反硝化过程最终变成气态氮从湿地中去除。

其基本条件是存在大量的氨化菌、硝化菌、反硝化菌，以及适当的湿地土壤环境条件[]。

人工湿地作为一个独立的生态系统，可在其内部形成几个溶解氧条件不同的微环境，如在充氧的水表面或者植物根际的输氧造成根际区好氧微环境，而非根际区形成厌氧的基质层。

系统内部硝化菌和反硝化菌共存，可同时进行好氧的硝化作用和厌氧的反硝化作用，因而具有高效的除氮能力。

此外，氮还可通过植物的同化吸收、拦截、过滤和基质表面形成的生物膜对氮的吸收、固定、好氧/缺氧/厌氧的生物转化而去除[]。

人工湿地除磷机理主要是填料的吸附、化学作用、植物和藻类的吸收、与有机物结合、微生物同化等，其中填料对磷的吸附被认为是最有效的机制[]。

基质对磷的吸附主要为化学吸附。

即可溶性磷与基质中的Ca、Al、Fe和土壤颗粒吸附、络合，形成难溶性物质去除[]。

潜流人工湿地概述：潜流（SFS）式人工湿地：污水在湿地床表面下经水平和垂直方向渗滤流动，通过植物传递到根际的氧气有助于污水的好氧处理，并可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料进行土壤的物理、化学和微生物的生化作用等，提高处理效果和处理能力；同时系统具有水力负荷高，净化效果好，受温度影响较小，卫生条件较好等特点。

SFS湿地技术一方面在高水力负荷下能有效保证处理出水稳定性；另一方面能有效节省工程投资、减少运行维护费用等优点，有利于污水处理工程的长期稳定运行。

潜流人工湿地的主要污染物去除机理包括微生物转化、矿化和吸附、沉降、挥发、沉淀等。

BOD去除包括好氧吸收、厌氧消减、厌氧氧化[]。

悬浮固体去除性能较好，出水值多低于10mg/L。

为防止进水口发生堵塞，进水前必须设置预处理以降低总固体浓度，一般设沉淀池即可。

磷去除主要机理为土壤或颗粒介质的吸附、植物吸收和沉淀。

植物吸收有限且需要定期收割以防止磷的再释放，去除率在30%~40%。

潜流系统可以通过离子交换、植物吸收、化学沉淀和微生物作用等去除一定量的金属离子。

氮的去除是潜流人工湿地效能的限制性因素，尤其是在冬季。

一般总氮TN、NH3-N去除率为45%左右。

在温暖的夏季，要获得较低氨氮（＜2mg/L）浓度的出水，湿地的水力停留时间HRT需要6~8天。

人工湿地的堵塞机理：堵塞是在所有高负荷污水过滤系统中常见的自然效应。

其表现在两个方面：首先，堵塞层类似生物过滤器，能提高湿地系统的处理效率，适度的基质孔隙堵塞可以扩大湿地处理系统内部的非饱和流动区域，提高处理效果；其次，堵塞会使湿地的水力性能变差，从而影响水流路径，最终影响到湿地的处理效果和运行寿命。

人工湿地一般由防渗层、基质层、腐殖层和湿地植物等结构单元组成，其堵塞实质上是有效孔隙率减小的过程，长时间的堵塞会导致系统出现厌氧环境，加速系统的堵塞。

在人工湿地的渗透初期，污水中的SS开始在填料表面和孔隙中聚集，堵塞部分填料孔隙，使基质层局部的氧化还原电位下降并开始形成厌氧微环境。

随着污水渗透的进行，厌氧区域的基质层逐渐还原状态，微生物的胞外聚合物不断积累，进一步堵塞了填料孔隙，加速了厌氧的形成过程。

在堵塞过程的后期，基质层结构特别是土壤的团粒结构被破坏，所形成的细微粘土粒子与许多淤积的SS共同组成致密不透水层，胞外聚合物不断凝聚和吸附不同粒径的悬浮底物，进而形成大粒径絮状累积物，造成有机物和无机物共同积累，加速堵塞填料孔隙。