人工湿地污水处理能力分析

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摘要：叙述了人工湿地污水处理技术的概念、分类、特点、原理及其在国内外的研究应用现状。并以施秉县杨柳塘镇的水平潜流湿地作为研究对象，通过对其污水处理能力进行监测与分析，监测出其污水处理能力达到预期效果。通过监测，找出了人工湿地污水处理技术的优缺点，并提出了一些改进。最后讨论了人工湿地在我国的研究和应用，并对其未来的发展趋势和可能改进的方向做了分析。

关键词：人工湿地；污水处理；发展；生态学

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）17-4044-04

The Analyses of Wastewater Treatment with Constructed Wetland

ZHANG Wei， ZHI Chong-yuan，SUN Cui-cui

（School of Life Sciences， Guizhou Normal University， Guiyang， Guizhou 550001， China）

Abstract： The concepts， features， classification， principle and the status of study and application of wastewater treatment technology were reciewed. The Constructed wetland system is an integrated ecosystem and a new wastewater treatment technology being developed and applied. As a low cost alternative to the traditional sewage purification ，the technology of artificial wetlands has been developed. Many countries have paid more attention to it. It is a suitable technology especially for the rural areas and small cities in China. Yangliutang village of Shibing county was used to monitor and analyze the wastewater treatment capacity. The ability of its wastewater treatment was very good. The advantages and disadvantages of the constructed wetland system were monitored. Some improvements were put forward. The research and application in China and the future development and the possible ways to improve the system were discussed.

Key words： constructed wetland；wastewater treatment；development；ecological

近年来我国的城镇化水平在逐步提高，人民生活水平也在不断提高，随着用水量的递增，城镇污水排放问题也越来越紧迫。随着社会主义新农村建设和农村经济的不断发展，带来的农村生活污水问题及由此产生的公共卫生安生问题也逐渐突出[1]。面临着污水排放量的连年增长，我们的城镇及农村污水处理能力略显不足，很多污水没有经过处理，直接排入湖泊河流或地下，造成湖泊及水源地水质下降；土壤中重金属含量超标，土质受到污染，农产品受到污染；引发各类疾病等各种问题。虽然有些地区自建了污水处理系统，但没有从根本上解决问题，水体受到严重污染，自净能力急剧下降。通过不断的摸索，人们发现了一种适应社会发展的水处理新途径――人工湿地生态处理技术[2]。

人工湿地是根据自然界中的天然湿地降解污染的机理，研制出的一种具有净化水质的人工环境，它是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制地投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，利用植物、微生物，人工介质，土壤的生物、物理、化学三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种新型废水处理工艺。人工湿地中起主要处理作用的还是微生物，与近年来提倡的绿色生态相吻合[3，4]。人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理[5]。人工湿地的使用效果也优于传统污水处理厂，首先人工湿地使用纯生物技术进行水质净化，而污水处理厂则使用化学方法，因此污水处理厂在处理过程中会产生大量富含有害化学成分的淤泥、废渣影响环境，而人工湿地则不存在二次污染。其次人工湿地以水生植物为主要处理植物，在处理污水的同时还具有良好的景观效果，有利于改造农村环境。另外，人工湿地还拥有可持续的经济效益，在人工湿地上可选种一些具备净化效果和一定经济价值较高的水生植物，在污水处理的同时产生经济效益。

我国1988年建立了第一个人工湿地系统后， 在人工湿地净化机理、系统控制、设计及运行参数等方面均取得可喜的进展[6]。人工湿地按污水在湿地床流动的方式不同可分为表面流湿地、水平潜流湿地和立式流湿地[7]。本研究以贵州省施秉县杨柳塘镇水平潜流湿地这一湿地处理系统为对象，对其污水处理能力进项检测与分析，并结合有关的生态学问题加以剖析，以促进这一技术的不断完善，使其在不久的将来真正成为一项经济高效的污水处理方式。

1 研究区概况

杨柳塘镇位于施秉县南部，全镇辖7个行政村，69个自然寨，121个村民小组，4 483户19 655人，镇区年平均气温15.5 ℃，年均雨量1 600 mm，夏无酷暑，雨热同季，属亚热带季风性气候。城镇居民村民主要从事手工业，基础生产，农业生产及村镇旅游经营，所产生的废水主要为生产污水、生活污水等，日污水水量为1 100 m3，因此确定污水处理站的污水处理量为1 100 m3/d。

从调查情况看，施秉县杨柳塘镇污水主要为以下四方面：一是生产污水；二是生活洗涤污水；三是厕所污水；四是其他混合污水。施秉县杨柳塘镇人工水平潜流湿地项目于2011年6月开工建设，2012年10月完工，目前人工水平潜流湿地处理系统单元运转正常。

2 治理工程概况

2.1 设计指标

人工湿地的核心技术是潜流式湿地。一般由两级湿地串联，处理单元并联组成。水平潜流式湿地是潜流湿地的一种形式，污水由进水口一端沿水平方向流动的过程中依次通过沙石、介质、植物根系，流向出水口一端，以达到净化目的。污水在湿地内部流动时，可充分利用生物膜、填料表面及其他各种作用进行处理，其处理效果及卫生保持能力较好。杨柳塘镇采用人工水平潜流湿地生物处理系统对污水进行处理，处理后水质达到《污水综合排放标准》（GB/T8978―1996）一级标准后用于农业灌溉等其他方面。处理要求及设计进水水质具体值见表1，设计出水水质具体值见表2，设计污水处理站处理效果见表3。

2.2 污水处理工艺流程及说明

杨柳塘镇污水采用以“人工水平潜流湿地”处理工艺，其工艺流程如下：

2.3 监测评价标准

工程验收监测评价标准执行《污水综合排放标准》（GB/T8978―1996）一级标准，具体标准值见表2。

2.4 监测内容

废水监测具体点位、项目、频次见表4。

2.5 监测分析方法及仪器

污水监测分析方法及仪器见表5。

2.6 污水监测质量保证及质量控制

为保证监测数据的准确、可靠，在水样的采集、保存、运输、分析化验和计算的全过程，按国家环保总局颁发的《环境监测质量管理规定》和文献[4，5]进行[8-10]。监测仪器设备经计量检验合格并在有效期内。采样时，采10%的平行样和密码样，及时运输，并在样品保存的有效期内测试：现场监测过程中每批样品分析时同时做空白试验，并控制空白试验值，同时采取加标回收和带标测定等措施进行质量控制（表6），监测数据进行规范化处理。

3 监测结果分析及评价

3.1 验收监测期间工况

监测期间的污水处理量平均为1 010 m3/d，达到污水处理工况的92%，符合监测工况标准要求。

3.2 验收监测结果

进口污水和出口污水监测结果见表7、表8。由表8可知，杨柳塘镇人工潜流湿地污水出口pH平均值为7.16，CODCr平均值为70.9 mg/L，SS平均值为36 mg/L，NH3-N平均值为5.65 mg/L，总磷平均值为0.44 mg/L，各监测指标均符合《污水综合排放标准》（GB/T 8978―1996）一级标准。CODCr的去除效率为63.16%，SS的去除效率为66.04%，NH3-N的去除效率为74.75%，总磷的去除效率为88.24%，基本满足设计指标要求。

4 讨论

人工湿地系统是一个完整的生态系统。它具有良好的经济效益和生态效益，是正在不断研究和发展的新型污水处理技术，具有投资低，增加绿地面积、抗冲击力强、改善和美化生态环境、操作简单、水质好、维护和运行费用低廉等优点。这项技术适合我国国情，尤其适合中小城市、广大农村的污水处理，具有非常广阔的应用前景。人工湿地在污水的修复方面表现出了极大的发展潜力，自人工湿地广泛使用以来，人工湿地已提供了不少成功的例证，但国内对这项技术的研究应用尚处于起步阶段，有关工艺设计资料和应用实例还不多见。人工湿地污水处理系统自身也存在着一些缺陷，特别需要对其处理工艺进行不断改进和系统优化，还需要克服湿地工程运行中涉及的各种生态学问题。主要有以下几方面问题：

首先是人工湿地堵塞问题。人工湿地在运行一段时间以后，会发生不同程度的堵塞，堵塞之后处理能力大幅下降。目前国内外流行的做法是通过停床修整自我恢复，期间无法进行污水处理，而时间长度与天气有关，因此需要发现更有效的对付人工湿地堵塞的方法。

其次蚊蝇的大量生长是湿地处理系统面临的另一个生态学问题。蚊蝇是湿地生态食物网中的一环，是湿地生态系统的一部分，由于蚊蝇会传染疾病，必须加以控制。从生态学原理出发，引入捕食蚊蝇的动物如食蚊鱼可控制蚊子的孳生，蝙蝠或其他鸟类对其的控制也很有效。其次是控制水深，控制好水深，以方便食蚊鱼捕食；在设计坡道时，要设计好坡道，形成较少死水；还有就是如果有条件的话，可以在湿地周围设置灭蚊灯，此种效果较明显；在水边种植低矮的植株并且每年进行收割，防止形成蚊虫环境[11]。

再次是见效时间长，不像传统污水处理工艺那样一旦建成就能取得立竿见影的功效。由于要经历植物生长、根系发育、微生物繁殖、优势种群形成各阶段，所以从启动到成熟所需时间较长，一般要两年左右。

最后，由于湿地生境缺氧及温度的影响，各类湿地去除N、P、氨氮的效果普遍不理想，在夏季由于植物及微生物生长较快，相比秋、冬季节，其污水处理能力要好些。怎样提高湿地系统去除氨氮的能力，是当前湿地处理系统研究的热点，也是今后湿地设计时需要考虑的重要因素，

所以要结合我国不同地区的具体情况，深入开展研究工作，结合自身优点，逐步改善人工湿地所面临的问题，从而取得适合于不同地区、不同环境气候条件及不同污水特性的各种人工湿地，以促进其在我国得到推广应用，为创建生态文明社会提供有效途径。

参考文献：

[1] 王凯军，贾立敏.城市污水生物处理新技术开发与应用[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2] 温智勇.浅析人工湿地在城镇污水治理中的应用[J].广西质量监督导报，2008（8）：102-103.

[3] 白晓慧，王宝贞，余 敏，等.人工湿地污水处理技术及其发展应用[J].哈尔滨建筑大学学报，1999，32（6）：88-92.

[4] SUN T H ， ZHOU S Y. Land Treat ment Technology Guide-Book for Muncipal Wastewater[M].Beijing：China Environmental Science Press，1997.

[5] 丁疆华，舒 强.人工湿地在处理污水中的应用[J].农业环境保护，2000，19（5）：320-封三.

[6] 孙桂琴，董瑞斌，潘乐英，等.人工湿地污水处理技术及其在我国的应用[J].环境科学与技术，2006，29（增刊1）：144-146.

[7] 宁晓宇，宋旭阳.湿地污水处理技术在城市污水处理中的应用[J].辽宁城乡环境科技，2004，24（2）：51-52，50.

[8] 吴忠标.环境监测[M].北京：科学出版社，2002.

[9] 孙 成.环境监测实验[M].北京：科学出版社，2003.

[10] 中国环境监测总站.环境水质监测质量保证手册[Z].第二版. 北京：化学工业出版社，1994.

[11] 华 涛，周启星，贾宏宇.人工湿地污水处理工艺设计关键及生态学问题[J].应用生态学报，2004，15（7）：1289-1293.