探讨人工湿地生态系统在废水处理中应用及展望

摘要：本文从人工湿地的特点、优势等角度出发，分析探讨了人工湿地在废水处理中的应用以及未来展望。

关键词：人工湿地；应用；

中图分类号：R123.3；文献标识码：A ；文章编号：

随着社会经济的发展，人口数量的剧增，各种污染也相应增加。其中水污染（工业废水、生活污水、农业面源污水）最为严重，据有关资料显示，我国已有85%的江河湖泊受到不同程度的污染，仅1994年全国城市废水排放量高达360亿吨，其中80%废水未经处理直接排入江河湖泊。进入21世纪以来，人们更注重生活质量的提高，无论是政府还是个人都认识到水污染问题的严重性，这就需要找到一条解决该问题的有效途径。下面本文就简单的分析一下：

一、湿地的定义与人工湿地的特征

由于湿地种类繁多、分布广泛，而且不同湿地之间差异也较大，因此很难给湿地下一个明确的定义。1994年的《中国湿地生态环境保护规划》会议上对湿地的解释是：处于陆地与水域的交汇处，水位接近或处于地表面，或有浅层积水，一般以低水位时水深2米处为界，并具有以下特征：

(1)至少周期性的以水生、湿生植物为植物优势种；

(2)低层土主要是湿生土壤；

(3)在每年的生长季节底层土被水淹没4个月以上。

人工湿地是把选定的填料(如沙砾) 按一定的坡度填在一定长宽比及底面坡降的浅池内或低洼地中，在填料表层土壤中种植一些处理性能好、成活率高、生长周期长、根系发达、美观及具有经济价值的水生植物(如水葫芦、菹草、芦苇等)，构成一个湿地生态系统。

二、人工湿地的类型

在废水处理中，主要应用两种类型，即表层流人工湿地（废水水平流动，通过湿地而沉淀）和渗漏人工湿地（废水垂直流入，经渗透沉积后排水去除），它们具有不同的作用，可以根据需要选择。

目前，美国、澳大利亚、日本、英国、荷兰、德国等国家已广泛应用表层流人工湿地来处理废水。废水从它表面流过，一般有一个或几个填料床组成，床底填有基质，并有防漏层来阻止废水渗入地下而污染地下水，在系统中种植一些水生植物如水葫芦、芦苇、菹草等，废水经常同表层水流相混合，在湿地内流动，持续时间一般为10天左右。这种类型的湿地，对生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、悬浮物等指标的去除率高于渗漏人工湿地。渗漏人工湿地使污水从湿地表面纵向流入填料床的底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。垂直潜流人工湿地的硝化能力高于水平潜流湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水，但其缺点是对有机物的去除能力不如表层流人工湿地。

三、人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统，具有如下优点:

①建造和运行费用便宜;

②易于维护,技术含量低;

③可进行有效可靠的处理;

④可缓冲对水力和污染负荷的冲击;

⑤可提供和间接提供效益,如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动物栖息等；

但也有不足:

①占地面积大;

②易受病虫害影响；

③生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素的认识理解，设计运行参数不精确，因此常由于设计不当使出水达不到设计要求或不能达标排放，有的人工湿地反而成了污染源。

另外，据已有数据,当上下表面植物密度增大时, 人工湿地系统处理效率提高,在达到其最优效率时,需2—3个生长周期，所以需建成几年后才达到完全稳定的运行。因此，目前人工湿地技术最大问题在于缺乏长期运行系统的详细资料。

四、人工湿地在废水处理中的应用

人工湿地是近三十年来发展起来的一种废水处理新技术。1974年，自前西德首先建造人工湿地以来，该技术在美国、加拿大及欧洲一些发达国家得到迅速发展。我国人工湿地的研究起步较晚，于1990年7月在深圳建起我国第一个人工湿地污水处理工程白泥坑人工湿地污水处理系统。

(1)它能够利用基质-微生物一植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物同化分解和植物吸收等途径去除废水中的悬浮物、有机物、氮、磷和重金属等，来实现对污水的高效净化，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化与无害化。

(2)它具有投资低(150～800元/吨)、耗能少、操作简单、运行成本低廉(0.1～0.2元/吨)的特点，因此有较高的经济效益(其基建和运行费用仅为传统二级处理的1/l0～1／2，胡康萍等，1991)。

(3)它作为一个生态系统，能维持生物多样性及构成景观的一部分，在去除污染物的同时，具有美化环境的功能，因此有较高的生态效益。

（4）人工湿地处理废水的效果

随着研究的发展，对湿地去污能力的研究不再停留在定性上，而是更注重定量的研究。其中一个反映湿地去污能力的重要数据库是NADB（North American Data Base）,它是通过对100多个废水处理型湿地的调查研究而建立（Knight et al.,1992）。该数据库说明湿地对BOD、COD的去除率可达80～90%，但对氮、磷的去除率相对较低，而且变化也较大，一般在50%左右。J.T.A.Verhoeven和A.F.M.Meuleman（1999）通过对渗漏湿地十年的研究，也得出了反应湿地去污能力的一些数据。从实践的角度来说，人工湿地的去污能力会更强。因为它们的目的性更明确，而且可在最大程度上受人为控制。在欧洲和美国，凡是投入运行并达到成熟的人工湿地，基本上都能达到尾水排放标准。

五、前景展望与实践应用

从人工湿地成功的应用实例可以看出，它是一种正在得到不断研究、应用的废水处理技术。尽管运用人工湿地来处理工业废水、日常生活污水、农业废水等方面的研究已有三四十年的历史，但是迄今为止应用人工湿地处理养殖废水的研究却只有510年的时间，而且具体的研究事例也尚未多见。所以在现阶段我们的研究主要是应用人工湿地来净化蛋鸭养殖过程中所产生的污水。本研究以德清县利虹禽业有限公司的蛋鸭养殖场(见图4)为基地，该蛋鸭养殖场是浙江省较大的蛋鸭养殖场，占地面积达80亩，全年饲养蛋鸭、种鸭10万只。养殖场采用循环水人工池，鸭场水清鸭壮，病害少。但到夏天，特别是高温季节，排水量增加，过多过肥的池水又造成了水田肥害，河水的富营养化。因此，我们通过构建人工湿地来净化这些富营养水体，并要进行长期的实验来说明湿地的去污能力。

总得来说, 人工湿地污水处理系统是一种较好的处理方式，特别是它充分发挥资源的生产潜力,防止环境的再污染,获得污水处理与资源化的最佳效益，因此具有较高的环境效益、经济效益及社会效益,比较适合于处理水量不大、水质变化不很大、管理水平不很高的城镇污水,如我国农村中、小城镇的污水处理。人工湿地作为一种处理污水的新技术有待于进一步改良，有必要更细致地研究不同地区特征和运行数据以便在将来的建设中提供更合理的参数。

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