污水处理“人工湿地”的分类、构造及管理注意事项

一、人工湿地有哪些分类

1．根据植物

根据湿地中主要植物形式，人工湿地可分为：浮游植物系统、挺水植物系统、沉水植物系统。其中沉水植物系统还处于实验室研究阶段，其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的深度处理。浮游植物主要用于有机物、N、P的去除。目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。

2．根据污水流经的方式

根据污水流经的方式，挺水植物人工湿地系统可分为表面流湿地（SFW）、潜流湿地（SSFW）、立式流湿地（VFW）。

（1）自由表面流人工湿地

自由表面流人工湿地又称地表流人工湿地，和自然湿地相类似，水面位于湿地基质层以上，其水深一般为0.3～0.5m，采用最多的水流形式为地表径流。这种类型的人工湿地中，污水从进口以一定深度缓慢流过湿地表面，部分污水蒸发或渗入湿地，出水经溢流堰流出。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点。

（2）潜流型人工湿地系统

污水在湿地床的表面下流动，利用填料表面生长的生物膜、植物根系及表层土和填料的截留作用净化污水。根据污水在湿地中流动的方向不同可将潜流型湿地系统分为水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和复合流人工湿地3种类型，不同类型的湿地对污染物的去除效果不尽相同，各有优势。

①水平流潜流式湿地

其水流从进口起在根系层中沿水平方向缓慢流动，出口处设水位调节装置，以保持污水尽量和根系接触。

②垂直流潜流式湿地

其水流方向和根系层呈垂直状态，其出水装置一般设在湿地底部。和水平流潜流式湿地相比，这种床体形式的主要作用在于提高氧向污水及基质中的转移效率。其表层为渗透性良好的砂层，间歇式进水，提高氧转移效率，以此来提高BOD去除和氨氮硝化的效果。

③复合流潜流式湿地

其中的水流既有水平流也有竖向流。在芦苇床基质层中污水同时以水平流和垂直流的流态流入底部的渗水管中后流出。也可以用两级复合流潜流式湿地进行串联的复合流潜流湿地系统，第一级湿地中污水以水平流和下向垂直流的组合流态进入第二级湿地；第二级湿地中，污水以水平流和上向垂直流的组合流态流出湿地。

 

二、人工湿地的基本构造

人工湿地一般都由以下五种结构单元构成：底部的防渗层；由填料、土壤和植物根系组成的基质层；湿地植物的落叶及微生物尸体等组成的腐殖质层；水体层和湿地植物（主要是根生挺水植物）。

（1）水生植物

湿地中使用最多的为挺水植物，即植物的根、根茎生长在水的底泥之中，茎、叶挺出水面。常分布于0～1.5m的浅水处，其中有的种类生长于岸边。这类植物在空气中的部分，具有陆生植物的特征；生长在水中的部分（根或地下茎），具有水生植物的特征。在人工湿地中常采用的挺水植物有：芦苇、蒲草、荸荠、莲、水芹、水葱、茭白、香蒲、千屈菜、菖蒲、水麦冬、风车草、灯芯草等。

（2）基质层

基质层是人工湿地的核心。基质颗粒的粒径、矿质成分等直接影响着污水处理的效果。目前人工湿地系统可用的基质主要有土壤、碎石、砾石、煤块、细沙、粗砂、煤渣、多孔介质、硅灰石和工业废弃物中的一种或几种组合的混合物。基质一方面为植物和微生物生长提供介质，另一方面通过沉积、过滤和吸附等作用直接去除污染物。不同类型的基质以及基质粒径对污染物的去除效果有很大的影响。

（3）防渗层

防渗层是为了防止未经处理的污水通过渗透作用污染地下含水层而铺设的一层透水性差的物质。如果现场的土壤和黏土能够提供充足的防渗能力，如渗透率＜10^-7cm／s，那么压实这些土壤作湿地的衬里已经足够。一般说来，防渗采用天然的形式是不够的，普遍采用的形式为人工防渗和天然防渗相结合的形式。人工防渗材料多为化学合成材料，如人工合成土工膜等。

（4）腐殖质层

腐殖质层中主要物质就是湿地植物的落叶、枯枝、微生物及其他小动物的尸体。成熟的人工湿地可以形成致密的腐殖质层。

（5）水体层

水体在表面流动的过程就是污染物进行生物降解的过程，水体层的存在提供了鱼、虾、蟹等水生动物和水禽等的栖息场所。

 

火山岩填料

三、防止人工湿地填料堵塞的措施

除采用预处理措施外，定期轮休、基质模块化更换、湿地中投放蚯蚓等措施也能有效保证湿地的长期稳定运行。

（1）对进水进行预处理

不可生物降解的悬浮物在连续运行的人工湿地中长期积累，这是影响基质堵塞的重要因素之一。有报道建议人工湿地进水中悬浮物的含量最好不要超过20mg／L，负荷相当于8g／（㎡·d）。另有研究报道种植植物的人工湿地在处理地下水时，进水悬浮物浓度应该控制在10～20g／（㎡·d）。因此，在湿地工艺的前端增加预处理措施是很有必要的，以尽量去除污水中的悬浮物和漂浮物以及其他一些不利于人工湿地处理过程的物质，从而减少其在湿地中的沉积，防止堵塞。

（2）选择合适的填料粒径及级配

基质粒径分布对空隙大小和水容量有决定性的影响。它是影响基质堵塞的主要因素。粒径较大的基质可以有效地防止堵塞的发生，但过大的粒径会缩短水力停留时间，进而影响净化效果，因此，基质粒径的选择需要在保证净化效果（小粒径）和防止堵塞（大粒径）之间寻求平衡点。对于有多层填料的人工湿地，除填料粒径，不同粒径填料之间配比的选择也十分重要。

（3）定期轮休

湿地通过轮休，一方面可以使大气中的氧进入湿地内部，激发好氧微生物的活性，加快降解基质中沉积的有机物；另一方面由于系统停止进水，微生物新陈代谢需要的各种营养物得不到持续的补充，基质中的微生物会逐渐进入内源呼吸期，消耗本身资源并逐渐老化死亡，长期轮休措施对解决人工湿地的堵塞有明显效果。

（4）基质模块化更换

由于堵塞物主要分布在布水管以下20cm高度的基质层内，因此该层基质可采用模块化基质，当基质发生堵塞现象时，可直接进行局部更换。

（5）湿地中投放蚯蚓

湿地中投放适水蚯蚓不仅使基质保持松动状态，而且还能有效去除基质间不可滤堵塞物（有无蚯蚓的对比实验发现蚯蚓可去除基质层约39％的堵塞物质），从而使湿地表层不会出现雍水现象。

（6）湿地日常运行管理

一般来说，人工湿地应每六个月综合检查一次。日常的维护主要包括拔除杂草、清除死的植物以及清洗管道等。

 

四、人工湿地运行与管理的要求

污水湿地处理的运行管理主要包括设备管理、设施管理、湿地（床）管理和水质监控四个方面。其中设备运转、设施维护与其他污水处理厂的运行管理基本相同。湿地（床）管理则主要是湿地植物的管理。以下着重说明芦苇的管理。

1．芦苇管理

（1）种植和生长管理

选择适合当地生长的优良品种，保留两个完整根节为一段，间隔2m栽植。种植季节通常选择在清明前后（气温在10℃以上）。种植后浇水保持湿度，待发芽长高后不断提高水深，以不淹没芽顶为限。为促使根系发育和主根扎深，应周期性停水晒田。

（2）收割

芦苇每年收割一次，收割可将成熟的芦苇连同吸收的营养物和其他成分从湿地田中移出，促使芦苇生根和维持下年度生长和吸收、净化污水中污染物的作用。收割前应停止进水使地面干燥，还要及时清理落下的残枝败叶，并平整土地，铲除凸起部分，填平沟道。收割时应保持留下的芦苇茬在20～30cm，便于冬季运行时支持冰面，也有利于春季发芽生产。

（3）病虫害防治

天然湿地是近年来全球生态环境保护的热点，它们对于缓冲暴雨径流水量、调节气候和提供生物栖息地、降解多种污染物具有重要作用。但人工湿地规模小、生态平衡能力弱，易发生植物病虫害问题，特别是在湿地运行初期应注意采取相应防治措施。

2．日常运行管理

北方地区春季干旱少雨，蒸发量大，芦苇处于发芽和幼苗期，应及时调控进水，防止水量过大淹没苇芽或水量过小形成盐分浓缩伤害苗期发育。

夏季气温高，湿地田前积累的污泥因分解快和供氧不足产生恶臭。如进水有机物浓度较高，可采取出水回流提高流速，冲刷前部积泥，增大前部水深，减轻恶臭问题。

夏、秋季发生暴雨时，注意调节进水量和保持湿地中水流流速在最大设计流速范围内，防止因过度冲刷破坏处理田土层。

北方冬季气温低，会影响处理效果。宜在初冻时加大水深，当表面结冰后，芦苇茬支撑冰面，污水在冰下流动。多数情况下，由于污水温度较高，湿地并不结冰或只有湿地后部结冰，应根据监测结果对运行加以调控。