1、 人工濕地 2008年3月一.人工濕地的概況1.1.濕地濕地 (Wetland)(Wetland)：是水域和陸地相交錯而成的一類獨特的生態系統類型，是自然界最富生物多樣性的生態景觀和人類最重要的生存環境之一。2.中國是世界上濕地生物多樣性最豐富的國家之一，按照濕地公約對濕地類型的劃分，31類天然濕地和9類人工濕地在中國均有分布，共擁有濕地面積6594萬公頃(不包括江河、池塘等)，約占世界濕地面積的10%。3.濕地生態具有多種功能，它不僅為人類社會提供了豐厚的社會和經濟效益，在調節氣候、涵養水源、降解污染、凈化環境、維持生態平衡、保護生物多樣性和珍稀物種資源等方面均具有十分重要的作用被譽為地球之

2、腎，生物基因庫和人類搖籃。 人工濕地人工濕地(Constructed WetlandsConstructed Wetlands)的定義的定義： 美國著名的濕地研究、設計與管理專家Hammer等人將人工濕地定義為: 一個為了人類的利用和利益, 通過模擬自然濕地, 人為設計與建造的由飽和基質、挺水與沉水植物、動物和水體組成的復合體。 目前對人工濕地定義已經取得了基本一致的認識: 人工濕地是為了人類的利用和利益，通過模擬自然濕地，人為設計、建造及監督控制的，由基質、植物、微生物和水體組成的復合體，利用生態系統中基質一水生植基質一水生植物一微生物物一微生物的物理、化學和生物的三重協同作用來實現對污水的

3、高度凈化。 人工濕地的優、缺點 建造費用相對低廉，建設投資少；建造費用相對低廉，建設投資少； 很低的能源消耗，運行和維護成本低、簡便；很低的能源消耗，運行和維護成本低、簡便； 工藝簡單不需要復雜的操作；工藝簡單不需要復雜的操作； 對對N和和P去除效果很好去除效果很好 能有效的和景觀相結合，用生態技術處理污水能有效的和景觀相結合，用生態技術處理污水 在在防治污染防治污染 的同時建造了一片綠洲；的同時建造了一片綠洲； 本身就具有景觀效應，易于被大眾所接受。本身就具有景觀效應，易于被大眾所接受。 占地較大（相對傳統活性污泥法）占地較大（相對傳統活性污泥法） 。人工濕地的應用發展史 運用人工濕地處理污

4、水可追溯到1903年，建在英國約克郡Earby的這個被認作世界上第一處用于處理污水的人工濕地，連續運行直到1992年。 而人工濕地處理污水工藝在世界各地受到重視并被運用，則是在本世紀七十年代德國學者Kickuth提出“根區法”(The RootZone Method)理論之后開始的。此方法類似于現在的蘆葦床,正是由于“根區法”的出現,才推動了70年代人工濕地污水處理技術的發展。 人工濕地污水處理技術的發展經歷了兩個主要階段兩個主要階段: 第一階段是在20世紀70 年代,那時的人工濕地處理系統大多利用原有的天然濕地,即保持了天然濕地的原有結構而以泥沼的形式存在,而且常將濕地系統與氧化塘處理結合起

5、來以提高氧化塘系統的處理效果; 第二階段是在20世紀80 年代以后,人工濕地發展為由人工建造的、以不同粒徑的礫石和豆石為填料基質的、并種植有一定去污能力的植物處理系統,從此進入了規模性的應用階段。美國、德國、英國、法國、丹麥、奧地利、比利時、盧森堡及荷蘭等國家都建立了人工濕地污水處理系統,主要用于小城鎮的污水處理。90年代以來,國外人工濕地污水處理得到極快的發展,已應作為生態系統中的一員。 近十年來，人工濕地在各國發展迅速，不僅成為中小城鎮的重要污水處理措施，而且也成為雨水處理、工業廢水處理、農田面源污染水處理的重要技術。我國在“七五”期間開展人工濕地的研究，分別在北京昌平、深圳白泥坑、天津等

6、地建成不同處理規模的人工濕地處理工程，現在己發展到實際應用階段。人工濕地污水處理系統的污水概況 水體污染物來源水體污染物來源 水體污染物按其種類和性質一般可分為:無機無毒物、無機有毒物、有機無毒物和有機有毒物。 無機無毒物主要是指排入水體中的酸、堿及一般無機鹽和氮磷等植物營養物質。在所有水污染類型中，尤以富營養化污染富營養化污染是目前比較普遍也比較嚴重的一類。這在靠近大中城市的湖泊水體中更為明顯，如昆明滇池，杭州西湖等均有不同程度的富營養化。 而引起水體富營養化的植物性營養物質( (氮、磷氮、磷) )的去除，是水污染處理中的難點。水體中的氮磷來源很多，其中有外源性負荷外源性負荷和內源性負荷內源

7、性負荷。外源性的氮磷有面源污染和點源污染:面源污染主要來源于農業，點源污染主要來源于生活污水和工業廢水。內源性負荷有沉積物中氮和磷的釋放、水生動植物新陳代謝分解等。 隨著對水體富營養化問題研究的深入，人們逐步認識到水體富營養化控制是一個典型的生態問題，生態問題只有用生態學方法解決。 用于生態恢復的有許多不同的自然生態處理系統，有些是以土壤為基礎，有些是水生植物處理系統。這些自然生態系統主要是通過慢速處理、快速滲濾、表面徑流、人工濕地等對污水進行凈化處理。人工濕地的機理 絕大多數自然或人工濕地由五部分組成： 1.具有透水性的基質具有透水性的基質 如沙礫、沙土、土壤、石塊等，這些基質為微生物的生長

8、提供穩定的依附表面，同時也為水生植物提供了載體和營養物質，是濕地化學反應的主要界面之一。 當污水流經人工濕地時，基質通過一些物理的和化學的途徑(如吸收、吸附、過濾、離子交換、絡合反應等)來凈化除去污水中的N、P等營養物質。 2.水生植物水生植物 適于在飽和水和厭氧基質中生長的植物。 人工濕地中水生植物不僅具有較強的營養物質吸附富集功能，而且還能與其周圍環境的各種原生動物、微生物形成各種小環境，如將氧氣傳送至植物根區，為微生物的吸附和代謝提供良好的生化環境，形成特殊的根際微生態環境，這一微生態小環境具有典型的活性生物膜的功能，具備很強的凈化廢水的能力，對多種污染物有很強的吸收、分解、富集能力.

9、3.微生物微生物 植物根區微生物是濕地降解有機污染物的主要生力軍，人工濕地中微生物的活動是廢水中有機物降解的主要機制。水生植物通過通氣組織的運輸，將氧氣輸送到根區，從而形成根表及附近區域的氧化狀態。在這一區域廢水中的大部分有機物質被好氧微生物分解成二氧化碳和水，有機氮化物等則被硝化細菌硝化。而在濕地中的還原狀態區域，則是有機物被厭氧細菌分解發酵。而金屬元素，植物根區好氧微生物的活動有利于硝化作用，可以加強濕地對重金屬的吸附和富集作用。 4.無脊椎或脊椎動物無脊椎或脊椎動物：如魚類、貝類和鳥類等。 5.在基質表面上下流動的水在基質表面上下流動的水。 其中人工基質、水生植物和微生物是人工濕地的主要

10、組成部分。同時他們互相影響，互為因果，形成一個系統。 廢水可以在人工基質縫隙中流動或在床體的表面流動，并在床的表面種植具有污水處理機能好、成活率高、抗水性能強、生長周期長、美觀及具有經濟價值的水生植物。當廢水流經時，固體物被人工基質及植物根系阻攔截留，有機質通過生物膜的吸附，同化及異化作用而得以去處。 因濕地植物根系對氧的傳遞釋放，濕地床層及其周圍的微環境中依次呈現出好氧、缺氧和厭氧狀態，有利于硝化、反硝化作用及微生物對磷的過量積累作用，達到除氮、磷的效果，最后通過濕地基質的定期更換或植物收割使污染物質最終從系統中去處。 一般的污水中不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留而被微

11、生物利用；污水中可溶性有機物則通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程被分解去處。人工濕地污水處理技術是模擬了天然濕地的結構，是由人工人工濕地污水處理技術是模擬了天然濕地的結構，是由人工建造、監督和控制的，它充分利用濕地系統凈化污水能力的建造、監督和控制的，它充分利用濕地系統凈化污水能力的特點，利用生態系統中的物理、化學和生物的三重協同作用，特點，利用生態系統中的物理、化學和生物的三重協同作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現對污水的高效凈化。來實現對污水的高效凈化。 人工濕地的類型 人工濕地按廢水在濕地床中

12、的不同流動方式，即結構劃分可以分為三類：1.潛流濕地潛流濕地(Subsurface Flow Wetland, SSFW)2.地表流濕地地表流濕地(Surface Flow Wetland, SFW)3.垂直流濕地垂直流濕地(VerticalF lowW etland,V FW)。 目前國際上較多研究和應用的是潛流型或潛潛流型或潛流型與其他兩種類型相結合的污水處理方式，流型與其他兩種類型相結合的污水處理方式，一方面可以充分利用填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料截留等作用，提高處理效果能力，另一方面由于水流在地表下流動，保溫性好，處理效果受氣候影響較小，且衛生條件較好。 人工污水

13、處理濕地水布圖 人工污水處理濕地水流組織方式 平行水由唯一的進水口（可能是多個并行的進水口）進入濕地系統。進入系統的水橫向、縱向或者斜向流動，但大多數還是橫向流動，然后由給水管收集，排出濕地系統。 垂直流水流入濕地的地表管道均勻布水下來，然后通過管道收集，排出系統。這種形式目前使用較少。人工濕地的工藝流程 人工濕地本身的工藝流程有多種形式, 其中常用的有四種: 推流式、階梯進水式、回流式和綜合式，如圖所示： a.推流式；b.回流式；c.階梯進水式；d.綜合式1.階梯進水式可以避免填料床前部的堵塞問題, 有利于床后部的硝化脫氮作用的發生; 2.回流式可以對進水中的BOD5和SS進行稀釋, 增加進

14、水中的溶解氧濃度并減少處理出水中可能出現的臭味問題。3.出水回流可以促進填料床中的硝化和反硝化脫氮作用。4.綜合式則一方面設置了出水回流, 另一方面還將進水分布到填料床的中部, 以減輕填料床前端的負荷。 人工濕地的運行方式可根據其處理規模的大小, 進行多種方式的組合, 一般有單一式、并聯式、串聯式和綜合式等。此外, 人工濕地還可與氧化塘系統串聯組合，如圖所示：a.單一式；b.串聯式；c.并列式；d.綜合式人工濕地處理系統的優點 人工濕地污水處理系統是一種集環境效益、經濟效益及社會效益于一體的污水處理方式，具有建造成本低、運行成本低、出水水質好、操作簡單等優點，同時如果選擇合適的植物品種還有美化

15、環境的作用，是一種適合我國國情的一項污水處理新興工藝，尤其適用于解決廣大農村地區、中小城鎮地區的水質問題（人工污水處理濕地適合于處理水量不大、水質變化不很大，管理水平不很高的城鎮污水），因而有著廣闊的應用前景。 “四低”：運行費用低；造價成本低；對操作人員要求低；系統維護要求低。對營養物質N、P具有明顯的去處效果，有效地控制河湖水體的富營養化。防止二次污染：不產生污泥；不散發異味。在高緯度地區冬季穩定運行，無堵塞，使用壽命長。另外建造的人工濕地還可為眾多野生動物提供棲息地和具有美學價值等優點。成都目前最大的人工濕地 鳳凰河人工濕地2006年建成。鳳凰河二溝生態治污工程項目日處理污年建成。鳳凰河

16、二溝生態治污工程項目日處理污水能力水能力2萬噸，每天為沙河注入萬噸，每天為沙河注入2萬方清潔的水。萬方清潔的水。 5平方平方公里。公里?，F在水質又變污染，原因：上游污水太多，人工濕地超負荷 。污水直接排污水直接排入入 河水又黑又臭河水又黑又臭 ，黌門堰：河岸已成垃圾場黌門堰：河岸已成垃圾場 ，陸家老溝：工業污水直排入陸家老溝：工業污水直排入河河 。治理思路治理思路 ：將上游污水收集到下游的污水管網中 。人工濕地凈化效率分析及技人工濕地凈化效率分析及技術性能改進術性能改進 目前人們對人工濕地凈化過程的了解多基于“黑箱”理論,而對于污水在濕地系統的凈化過程了解不多,因此導致了人們在建造人工濕地時主

17、要借助于經驗,從而造成了各地人工濕地凈化效率差異很大凈化效率差異很大。 水流動力學水流動力學 1. 植物的存在一方面能吸收污染物,促進微生物活性,加強凈化能力;2. 根系降低了空隙度，減少了長期停留于濕地系統的水量，不利于污染凈化。因此,在植物的選擇上應考慮以上問題,選擇恰當的植物。3. 須根系較根狀莖與地下莖疏導水流效果好，因為根狀莖與地下莖可能堵塞空隙造成水流局部斷路。 低溫的影響低溫的影響1. 濕地系統中植物與微生物的生長及生理與生化活性不可避免地受到溫度季節性變化影響，使得一些寒冷地區的人工濕地冬季運行受到限制。2. 潛流濕地系統水面在地下,受冷空氣影響要小于其他兩種濕地，適于寒冷地區

18、采用。 3. 冬季水體的溶解氧容納量也比高溫季節高,利于微生物降解有機污染物。而且冬季不溶性有機污染物易于絮凝，有利于被基質過濾作用去除。4. 冬季對N 的去除能力有所降低,N的氨化、硝化與反硝化均受溫度影響，因此冬季N 的去除效果成了濕地大小規模、水力停留時間等的決定因素。冬季N 的凈化過程也許與溫度有直接關系,也許取決于植物或氧的傳輸。 氧含量的影響氧含量的影響 1. 濕地系統中氧含量是影響濕地N和P 凈化效果的關鍵因素。2. 地表流濕地與垂直流濕地由于水面暴露于大氣中，便于大氣充氧，其氧含量高于潛流人工濕地系統，因此通常潛流濕地對N 和P 的處理不如其他兩種濕地系統。3. 在有機污染物處

19、理方面潛流濕地效果較好。 為提高氧含量，可增加植物密度，以加強送氧能力，為避免植物根系影響空隙度可采取挺水植物與小的浮葉植物相結合的方式； 可將2種或3種濕地系統串聯組合，以取長補短,充分發揮系統功能;可采取間歇方式進水,使系統不飽和水層得以復氧。 研究表明,對碳源質量與數量的調節可以有效調節微生物與植物胞外酶活性，從而加快污染物分解。存在的問題及今后研究方向 堵塞的問題 人工濕地能有效地去除污水中的有機物、懸浮物、重金屬、病原體等污染物質, 但是隨著時間的推移, 部分營養物質會逐漸地積累, 濕地中的微生物相應地繁殖。如果維護不當, 便很容易產生淤積、阻塞現象, 使水力傳導性、濕地處理效果和運

20、行壽命降低. 1. 根據美國100多個構建濕地的調查, 有將近一半的濕地在投入運行后的5 年內形成了堵塞。2. 國內l990年建成的某濕地，由于水力負荷過大等原因也造成了嚴重堵塞。構建濕地堵塞后, 濕地系統滲透系數明顯減小, 改變了其水力特征及傳質過程, 從而影響污染物的去除效果。3. 目前當人工濕地堵塞后, 主要是通過停床修停床修整自我恢復整自我恢復, , 恢復期間無法進行污水處理。 (1)進一步加強對凈化機理和工藝動力學的研究，為強化物理、化學和生物的綜合作用提供理論指導。 (2)選擇處理效果好、來源豐富、成本低的基質，利用碎石、粉煤灰、鋼渣和爐渣等固體廢棄物；利用本地植物品種，引進外來物

21、種，開發新品種；將不同種植物搭配起來混種；為微生物提供溫度、溶解氧、碳源等外部條件，促進有機物的降解和脫氮除磷作用。 (3)選用適當的預處理工藝預處理工藝。如用厭氧消化處理養殖廢水。用沉淀池處理生活污水和雨水徑流。采用組合工藝，將潛流和表面流、水平流和垂直流結合起來，進行多級分步處理。農村生活污水微型濕地處理工藝及景觀水體生態構建技術 1. 對建造的復合垂直流人工濕地進行實驗研究。通過改變水力負荷大小、是否充氧、是否增加反硝化碳源等條件，研究復合垂直流人工濕地內的污染物變化情況，進而分析各污染物的去除機理。2. 研究表明：不充氧時，由于溶解氧濃度限制，硝化作用微弱，從而反硝化作用也十分有限，氮

22、的去除主要依靠基質的吸附截留，充氧后下行床內硝化作用增強，氮大部分轉化為硝酸鹽； 未增加反硝化碳源時，由于有機物濃度較低，反硝化碳源不足，出水硝酸鹽濃度較高，增加后，反硝化反應進行的較徹底，出水氮濃度非常低。通過各個條件的合理組合，最終出水各污染物指標除TP達到地表水環境質量類標準外，TN、NH3-N、COD都達到地表水環境質量類標準。小區內的微型濕地生態系統 單體微型人工濕地低成本污水生物處理系統配合厭氧消化池（如沼氣池）等預處理設施，該系統也可以用于廢水排放量較?。?3m3/日左右）的分散居住點等的污水處理。1. 對廢水特性專門選擇培育植物品種，強化其凈化效果。2. 能適宜當地生長的植物或

23、天然濕地原存的優勢種。應具有發達的根系，可通過根莖繁殖擴展；生物量大或莖桿密度大，可最大限度地吸收營養；3. 根據廢水特性選擇適宜植物。如浮游植物脫磷除氮好，耐污性好；挺水植物具有中等耐污性；沉水植物適于輕度污染的水體。多年生蘆葦去除氯化物效率高，而香蒲、燈芯草等去除BOD及N、P的效果高。菖蒲去除細菌能力強。 4. 多種植物混植形成群落，提高總體凈化能力和植物抗病蟲害的能力。 蘆葦370430cops70香蒲230Sol1圓錐苔草70Sp5苦菜Sol2茨ci 藻1015Cop10貍藻10Sol3穿葉眼子菜30Sol5設計種類，比例，群落設計種類，比例，群落 城市人工濕地的設計：一個健康的濕地

24、系統。一條淺淺的水流蜿蜒流過，旁邊是多樣的微生境。微生境還可以通過小塊緩坡以及生物工程技微生境還可以通過小塊緩坡以及生物工程技術（如纖維袋等）建立。柴籠結構（配合灌術（如纖維袋等）建立。柴籠結構（配合灌叢）也可以提供復雜的微生境。叢）也可以提供復雜的微生境。微生境：微生境：能創造出多樣的環境條件，以能創造出多樣的環境條件，以適合不同濕地種類的需求，以提高濕地適合不同濕地種類的需求，以提高濕地表面的生物量。表面的生物量。人工濕地人工濕地成都活水公園成都活水公園成都活水公園成都活水公園公園簡介公園簡介活水流程活水流程污水節能提取污水節能提取厭氧沉淀厭氧沉淀曝氣沖氧曝氣沖氧微生物降解微生物降解植物吸

25、收植物吸收凈水流出凈水流出結論結論 成都活水公園位于成都市內的府河邊，占地24000余平米，投資達3000萬元人民幣，是世界上第一座城市的綜合性環境教育公園。園中龐大的水處理工程，大大改善了府南河的水質，也因此讓市民親眼目睹了水由污變清的自然進程。 公園形狀是一“魚”形，象征活力和健康，每天有200立方水從河中抽出，除去細菌、重金屬后再回到河中，大約是府南河每天平均流量的六千分之一。（府南河流量134萬立方）下頁下頁活水流程：活水流程：下頁下頁污水節能提取污水節能提取下頁下頁【第一步：厭氧沉淀第一步：厭氧沉淀】u混濁的府南河水被泵入噴泉池，進行活水凈化的第一道工序。u泵入池中的污水一部分經物理

26、沉淀作用，使比水重的懸浮物沉于池底，從排泥管排出。比水輕的懸浮物浮于水面，由人工清理。u另一部分經池中的厭氧微生物分解成甲烷、二氧化碳等難溶氣體排入大氣，或成較低分子有機物隨水流出，進入下一道凈化程序。 厭氧沉淀池厭氧沉淀池 厭氧沉淀池是人工濕地生物凈水系統的預處理裝置，容積約780立方米。該池物理沉淀厭氧接觸與生物膜過濾相結合的方法去除大部分懸浮物和部分可溶性有機物，使大部分懸浮物或沉與池底或浮于水面由人工清除，使部分高分子有機物分解成較簡單的物質（如甲烷、二氧化碳、氨氮等 ），或排入大氣或隨水流入下道工序成為動、植物生長的養分。下頁【第二步：曝氣充氧第二步：曝氣充氧】u經過初步沉淀的水，流

27、入一串形似花瓣的蓮花石溪，稱為水流雕塑。它巧妙地引入水力學原理，利用落差產生的沖力，使水在一個個石花瓣中活潑歡跳。這一方面極富動感和觀賞價值，同時使水在回旋、震蕩中充分地曝氣充氧，水在回旋、震蕩中充分地曝氣充氧，增強水中的含氧量。增強水中的含氧量。 下頁下頁跳躍的流水跳躍的流水【第三步：微生物降解第三步：微生物降解】u水通過水流雕塑后，進入微生物池，也叫兼氧池兼氧池。它的深度為1.6米、容積為48立方米。污水在池中被微生物部分凈化后，從微生物池泵入植物池。兼氧池（圖中植物：水筍）兼氧池（圖中植物：水筍） 兼氧池容積約48立方米，是人工濕地的前端配水裝置，池中兼氧微生物和植物對有機污染物和重金屬有一定的降解作用。下頁下頁【第四步：植物吸收第四步：植物吸收】u植物池是一個人工濕地生態系統，它是活水公園水處理工程的核心部分，由6個植物塘、12個植物床組成，其中養殖的植物達數十種，包括：漂浮植物（浮萍、紫萍、鳳眼蓮）、挺水植物（蘆葦、水燭、茭白、傘草、菖蒲、馬蹄蓮、燈心草）、浮葉植物（蓮、睡蓮）、沉水植物（金魚藻、黑藻）等，還有多種魚類、昆蟲和兩棲動物。u水流入人造濕地區，這里的蘆葦不是長在土里，而是長在石頭上。水從石頭之間流過，污染物就被吸附住了。巖