【正文】 濕地植物具有很大的生物質(zhì)能價(jià)值，開發(fā)合適的經(jīng)濟(jì)的生物質(zhì)能的利用技術(shù)，最大化人工濕地系統(tǒng)資源利用，在發(fā)揮其生態(tài)效益的同時(shí)，可增加一定的經(jīng)濟(jì)效益。除了對(duì)現(xiàn)有的人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行研究以改良和優(yōu)化工程設(shè)計(jì)參數(shù)外，對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行能力和管理問題也正在得到深入研究。因此，建立必要的數(shù)據(jù)庫(kù)，有助于濕地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理維護(hù)。而在北方地區(qū)，氣溫則是影響構(gòu)建濕地運(yùn)行的最重要因素，系統(tǒng)的處理效率最低或者甚至為零。以深圳沙田污水廠為例，總用地為4m2/m3。由于水流的不斷流動(dòng)、沖刷，造成處理單元的坡降發(fā)生改變，致使配水不均，增加了單位面積處理單元的水力負(fù)荷，同時(shí)也使得有機(jī)負(fù)荷的區(qū)域分配不均，降低了處理效果。目前，多數(shù)能源植物的研究尚處于實(shí)驗(yàn)和示范階段，而我國(guó)在能源植物作為濕地植物種植方面所開展的工作幾乎空白。利用人工濕地處理系統(tǒng)處理城市公園、綠地景觀水的同時(shí)，也美化了環(huán)境，為市民、游人創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境，取得了顯著的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用二級(jí)生化處理工藝來集中處理量大面廣的生活污水，往往需要龐大的充氧曝氣設(shè)施，大規(guī)模的收集管網(wǎng)，較高的運(yùn)行費(fèi)用和管理水平。隨著研究的逐漸深入，人工濕地還被用于改善飲用水源的水質(zhì)，如利用人工濕地改善北京官?gòu)d水庫(kù)水質(zhì)，出水基本滿足地面水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。1990年7月，國(guó)家環(huán)保局華南科學(xué)研究所在深圳市郊設(shè)計(jì)、建成了白泥坑人工濕地污水處理試驗(yàn)工程，整個(gè)系統(tǒng)采用潛流式植物碎石體和兼性穩(wěn)定塘相組合的設(shè)計(jì)，COD去除效率為71%，BOD去除效率為90%。據(jù)現(xiàn)有資料分析，濕地處理系統(tǒng)不僅可處理以耗氧有機(jī)物和氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為主的生活污水，尤其是對(duì)重金屬和酸性的有機(jī)及無機(jī)礦物質(zhì)污染有良好的去除效果。,床體處于不飽和狀態(tài),氧可通過大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地系統(tǒng),但生物作用主要是厭氧反應(yīng)。植物如蘆葦、風(fēng)車草等水生植物,可以直接吸收污水中的有機(jī)物作為其生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),也可以吸附、富集一些有毒的重金屬,可以將空氣中的氧氣輸送到根區(qū),為床體中好氧和厭氧微生物提供良好的環(huán)境。人工濕地作為一種處理污水的新技術(shù)有待于進(jìn)一步改良，有必要更細(xì)致地研究不同地區(qū)特征和運(yùn)行數(shù)據(jù)以便在將來的建設(shè)中提供更合理的參數(shù)。但也有不足：①占地面積大②易受病蟲害影響③生物和水力復(fù)雜性加大了對(duì)其處理機(jī)制、工藝動(dòng)力學(xué)和影響因素的認(rèn)識(shí)理解，設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)不精確，因此常由于設(shè)計(jì)不當(dāng)使出水達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或不能達(dá)標(biāo)排放，有的人工濕地反而成了污染源。人工濕地處理系統(tǒng)特點(diǎn)：人工濕地處理系統(tǒng)具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡(jiǎn)單、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，非常適合中、小城鎮(zhèn)的污水處理。根系密集發(fā)達(dá)交織在一起的植物亦能對(duì)固體顆粒起到攔截吸附作用。水中的銨鹽、硝酸鹽以及磷酸鹽都能通過這種作用被植物體吸收，最后通過被收割而離開水體。人工濕地根據(jù)主要植物優(yōu)勢(shì)種的不同，被分為浮水植物人工濕地，浮葉植物人工濕地，挺水植物人工濕地，沉水植物人工濕地等不同類型。水中顆粒遷移到基質(zhì)顆粒表面時(shí)，在范德華力和靜電力作用下以及某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力作用下，被粘附與基質(zhì)顆粒上，也可能因?yàn)榇嬖谛跄w粒的架橋作用而被吸附。N、P去除人工濕地主要利用生物脫氮及植物吸收方法。另外，人工濕地的建設(shè)周期短，建設(shè)一座傳統(tǒng)污水處理廠和完成相關(guān)管道的鋪設(shè)往往需要一年以上，而人工濕地的平均建設(shè)周期在3個(gè)月以內(nèi)，因此建設(shè)人工濕地見效更快。另外，人工濕地還擁有可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)效益，在人工濕地上可選種一些具備凈化效果和一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的水生植物，在污水處理的同時(shí)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。在處理過程中，人工濕地基本上采用重力自流的方式，處理過程中基本無能耗，運(yùn)行費(fèi)用低，污水處理廠處理每噸廢水的價(jià)格在1元左右，而人工濕地平均不到2毛。其作用機(jī)理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養(yǎng)分吸收及各類動(dòng)物的作用。人工濕地生態(tài)系統(tǒng)主要有濕地床和透水性基質(zhì)、濕地植物、水體、好氧厭氧微生物種群和后生動(dòng)物組成。人工濕地是三個(gè)互相依存要素的組合體，即土壤、植物和微生物。.①建造和運(yùn)行費(fèi)用便宜；②易于維護(hù)，技術(shù)含量低；③可進(jìn)行有效可靠的污水處理；④可緩沖對(duì)水力和污染負(fù)荷的沖擊；⑤可直接和間接提供效益，如水產(chǎn)、畜產(chǎn)、造紙?jiān)?、建材、綠化、野生動(dòng)物棲息、娛樂和教育。l 由預(yù)處理單元和人工濕地單元組成，通過合理設(shè)計(jì)處理效果可達(dá)到二級(jí)和高級(jí)水平。不管土壤最初的孔隙率如何，大型植物可穩(wěn)根際的導(dǎo)水性相當(dāng)于粗砂25倍。濕地系指天然的或人工的，長(zhǎng)久的或暫時(shí)的沼澤地、泥炭地或水域地帶，帶有或靜止或流動(dòng)、或?yàn)榈?、半咸水或咸水體者，包括低潮時(shí)水深不超過6m的水域。，應(yīng)該通過預(yù)處理使進(jìn)水在排入濕地系統(tǒng)之前，使金屬的濃度減少到危險(xiǎn)水平以下。前期的COD去除主要靠過濾、吸附，濕地中微生物的生長(zhǎng)有一個(gè)產(chǎn)生、適應(yīng)和增殖過程。首例采用人工濕地處理污水的研究工作始于19891990年在北京昌平進(jìn)行的自由水面流人工濕地。這需要厭氧環(huán)境和較低的氧化還原電位，此外還需要足夠的硫源以滿足金屬的需要?？梢圆捎锰厥獾牧钐盍蠘I(yè)吸收和儲(chǔ)存大量的磷。、植物吸收和沉淀儲(chǔ)存。前者通過沉淀和過濾可迅速去除，而溶解性有機(jī)物則通過微生物作用降解。浮游水生植物系統(tǒng)對(duì)于減少BOD和懸浮固體總量尤其有效。：①?gòu)浹a(bǔ)或減小因農(nóng)業(yè)和城市發(fā)展造成的天然濕地的影響；②構(gòu)建水生系統(tǒng)，生產(chǎn)食物和纖維；③防洪；④進(jìn)行污水處理，改善水質(zhì)。（4）污水在人工濕地中運(yùn)行情況相當(dāng)復(fù)雜，給人們對(duì)其水力學(xué)特征的研究帶來了很大困難，一些工藝參數(shù)只能依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因而導(dǎo)致了系統(tǒng)水力學(xué)設(shè)計(jì)不合理，出水效果不理想。存在的問題與研究設(shè)想在我國(guó)，人工濕地污水處理技術(shù)還處于開發(fā)階段，還沒有成熟的設(shè)計(jì)參數(shù)，工業(yè)設(shè)計(jì)也還處于試驗(yàn)階段，其中存在的很多問題都有待研究和解決。當(dāng)出水端控制水面時(shí)，床堤的底坡選擇對(duì)工程造價(jià)和水流流態(tài)有較大影響。為有效地控制濕地水位，一般在填料層底部設(shè)穿孔集水管，并設(shè)置旋轉(zhuǎn)彎頭和控制閥門。多孔管設(shè)于床面上方時(shí)，以防床面淤泥和雜草積累而影響配水。表2[7]為深圳白泥坑人工濕地系統(tǒng)各單元的設(shè)計(jì)參數(shù)。3．濕地床深度的確定。由上述各式，即可確定濕地床的基本尺寸。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)際試驗(yàn)，某一特定SFS系統(tǒng)的K20與床體填料的孔隙率n有關(guān)，關(guān)系式為，對(duì)典型城市污水取K0=，高濃度有機(jī)工業(yè)廢水K0=。當(dāng)濕地床中所用填料的粒徑不大，污水充滿整個(gè)填料縫隙并處于飽和狀態(tài)時(shí)水流為層流，此時(shí)填料床的坡度可用Darcy公式計(jì)算[8,10]：對(duì)于其中的滲透系數(shù)Ks，到目前為止尚無準(zhǔn)確的測(cè)定，如果是以礫石為主的濕地床，歐洲人建議取103m/s，而美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為Ks不宜大于104m/s。在確定水力負(fù)荷的同時(shí)應(yīng)考慮氣候、土壤狀況、滲透系數(shù)和植被類型等場(chǎng)地類型，還應(yīng)考慮接納水體的水質(zhì)要求，尤其注意由于蒸發(fā)、蒸騰的失水量對(duì)夏季處理的影響及在干旱地區(qū)設(shè)計(jì)濕地的可行性[7]。d)。根據(jù)現(xiàn)有人工濕地的設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般單個(gè)碎石床的長(zhǎng)度＜50m，寬度為25～30m，濕地床的深度一般根據(jù)水生植物自然根系的延伸程度來設(shè)計(jì)的，～。基本技術(shù)參數(shù)見表1[7]?！?mm的礫石或花崗巖鋪設(shè)，～，有時(shí)也采用粒徑在5～10mm或12～25mm石灰石填料。插植的最佳季節(jié)在秋季或早春，插植密度可為1～3株/m2?？偟膩碚f，選擇植物應(yīng)該滿足：(1)耐污能力和抗寒能力強(qiáng)，適宜于本土生長(zhǎng)，最好以本鄉(xiāng)土植物為主；(2)根系發(fā)達(dá)，莖葉茂密；(3)抗病蟲害能力強(qiáng)；(4)有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。然后，根據(jù)地質(zhì)、地貌、水文、污水出口等自然狀況以及市政規(guī)劃等因素選定人工濕地地址。a cbd 圖1 人工濕地的基本流程；；；acbd圖2 人工濕地的不同組合方式 ；；；圖3 人工濕地一般工藝處理流程 人工濕地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人工濕地污水處理技術(shù)還處于開發(fā)階段，尤其在我國(guó)還沒有比較成熟的設(shè)計(jì)參數(shù)，其工藝設(shè)計(jì)也還處于試驗(yàn)階段。前處理一般包括化糞池、格柵、沉砂池、沉淀池、厭氧池和兼性塘等。實(shí)際設(shè)計(jì)中，人工濕地的運(yùn)行可根據(jù)處理規(guī)模的大小進(jìn)行多級(jí)串聯(lián)或附加必要的預(yù)處理、后處理設(shè)施構(gòu)成。人工濕地的工藝流程有多種，目前采用的主要有：推流式、階梯進(jìn)水式、回流式和綜合式4種，如圖1所示[7]。FWS系統(tǒng)中，廢水在濕地的土壤表層流動(dòng)，水深較淺(～)。本文將在闡述人工濕地污水處理系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及存在的若干問題的同時(shí)，提出一些開展人工濕地工藝設(shè)計(jì)研究的設(shè)想和展望，以供廣大環(huán)境保護(hù)工作者參考。70年代以來，人工濕地處理技術(shù)的提出和發(fā)展，為綜合解決上述問題提供了一種新的選擇。wastewater treatment。人工濕地作為一種處理污水的新技術(shù)有待于進(jìn)一步改良，有必要更細(xì)致地研究不同地區(qū)特征和運(yùn)行數(shù)據(jù)以便在將來的建設(shè)中提供更合理的參數(shù)。但也有不足：①占地面積大；②易受病蟲害影響；③生物和水力復(fù)雜性加大了對(duì)其處理機(jī)制、工藝動(dòng)力學(xué)和影響因素的認(rèn)識(shí)理解，設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)不精確，因此常由于設(shè)計(jì)不當(dāng)使出水達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或不能達(dá)標(biāo)排放，有的人工濕地反而成了污染源。挺水植物系統(tǒng)根據(jù)廢水流經(jīng)的方式，可分為表面流濕地(SFW)、潛流濕地(SSFW)、立式流濕地(VFW)。根據(jù)濕地中主要植物形式人工濕地可分為：浮游植物系統(tǒng)；挺水植物系統(tǒng)；沉水植物系統(tǒng)。有關(guān)研究結(jié)果表明，在進(jìn)水濃度較低的條件下，人工濕地對(duì)BOD5的去除率可達(dá)85%――95%，COD去除率可達(dá)80%以上，處理出水中BOD5的濃度在10mg/l左右，SS小于20mg/l。結(jié)語(yǔ)人工濕地系統(tǒng)是一個(gè)完整的人造生態(tài)系統(tǒng)，它形成了良好的生態(tài)循環(huán)，不僅具有較好的污水凈化效果，而且具有較好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。①加強(qiáng)濕地植物的篩選工作，選擇一些耐污能力強(qiáng)，去污效果好的濕地植物，同時(shí)加強(qiáng)多種植物的合理搭配的研究。人工濕地處理污水的機(jī)理非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)的范圍也很廣。有研究表明，細(xì)菌的反硝化作用受溫度影響，在10～30℃范圍內(nèi)，高溫有利于反硝化。5）環(huán)境因子的影響與管理措施。一般來說，含有機(jī)質(zhì)豐富的基質(zhì)有助于吸附各種污染物；土壤基質(zhì)的去污能力不如礫石基質(zhì)[3]；含CaCO3較多的石灰石基質(zhì)可以有效地去除磷，沸石石灰石組合的基質(zhì)可以有效地去除TN，TP [6]；煤渣草炭基質(zhì)對(duì)磷具有較強(qiáng)的吸附能力，在不種植濕地植物的情況下對(duì)TP %～%，可以作為垂直流人工濕地