20120110--人工湿地

人工湿地开放分类： 交叉学科 环境科学 科学 人工湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，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。概念:人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，人工湿地概念图将污水、污泥有控制的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，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。机理:吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。特点:人工湿地具有缓冲容量大、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。人工湿地 - 类型 表层流人工湿地: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，表层流人工湿地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。1 潜流式人工湿地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。湿地中根据处理污染物的不同而填有不同介质，种植不同种类的净化植物。水通过基质、植物和微生物的物理、化学和生物的途径共同完成系统的净化，对BOD、COD、TSS、TP、TN、藻类、石油类等有显著的去除效率；此外该工艺独有的流态和结构形成的良好的硝化与反硝化功能区对TN、TP、石油类的去除明显优于其他处理方式。主要包括内部构造系统、活性酶体介质系统、植物的培植与搭配系统、布水与集水系统、防堵塞技术、冬季运行技术。潜流式人工合成湿地的形式分为垂直流潜流式人工湿地和水平流潜流式人工湿地。利用湿地中不同流态特点净化进水。经过潜流式湿地净化后的河水可达到地表水类标准，再通过排水系统排放。垂直流潜流式人工湿地 垂直流潜流式人工湿地在垂直潜流系统中，污水由表面纵向流至床底，在纵向流的过程中污水依次经过不同的专利介质层，达到净化的目的。垂直流潜流式湿地具有完整的布水系统和集水系统，其优点是占地面积较其它形式湿地小，处理效率高，整个系统可以完全建在地下，地上可以建成绿地和配合景观规划使用。 水平流潜流式人工湿地水平流潜流式人工湿地在水平潜流系统中，污水由进水口一端沿水平方向流动的过程中依次通过砂石、介质、植物根系，流向出水口一端，以达到净化目的。 沟渠型人工湿地沟渠型人工湿地沟渠型湿地床包括植物系统、介质系统、收集系统。主要对雨水等面源污染进行收集处理，通过过滤、吸附、生化达到净化雨水及污水的目的。是小流域水质治理、保护的有效手段。人工湿地 - 机理 水质中的悬浮物的去除主要靠物理沉淀、过滤作用，对污染物的去除与影响物理沉淀可沉淀固体在湿地中重力沉降去除、过滤，通过颗粒间相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固体被阻截而去除。BOD的去除主要靠微生物吸附和代谢作用，代谢产物均为无害的稳定物质，因此可以使处理后水中残余的BOD浓度很低。污水中COD去除的原理与BOD基本相同。湿地基质的过滤吸附作用污水进入湿地系统，污水中的固体颗粒与基质颗粒之间会发生作用，湿地基质水流中的固体颗粒直接碰到基质颗粒表面被拦截。水中颗粒迁移到基质颗粒表面时，在范德华力和静电力作用下以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下，被粘附与基质颗粒上，也可能因为存在絮凝颗粒的架桥作用而被吸附。此外，由于湿地床体长时间处于浸水状态，床体很多区域内基质形成土壤胶体，土壤胶体本身具有极大的吸附性能，也能够截留和吸附进水中的悬浮颗粒。物理过滤和吸附作用是湿地系统对污水中的污染物进行拦截从而达到净化污水的目的的重要途径之一。 湿地植物的作用植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地根据主要植物优势种的不同，湿地植物被分为浮水植物人工湿地，浮叶植物人工湿地，挺水植物人工湿地，沉水植物人工湿地等不同类型。湿地中的植物对于湿地净化污水的作用能起到极重要的影响。首先，湿地植物和所有进行光合自养的有机体一样，具有分解和转化有机物和其他物质的能力。植物通过吸收同化作用，能直接从污水中吸收可利用的营养物质，如水体中的氮和磷等。水中的铵盐、硝酸盐以及磷酸盐都能通过这种作用被植物体吸收，最后通过被收割而离开水体。其次，植物的根系能吸附和富集重金属和有毒有害物质。植物的根茎叶都有吸收富集重金属的作用，其中根部的吸收能力最强。在不同的植物种类中，沉水植物的吸附能力较强。根系密集发达交织在一起的植物亦能对固体颗粒起到拦截吸附作用。再次，植物为微生物的吸附生长提供了更大的表面积。植物的根系是微生物重要的栖息、附着和繁殖的场所。相关文献表明，植物根际的微生物数量比非根际微生物数量多得多，而微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。最后，植物还能够为水体输送氧气，增加水体的活性。由此可见，湿地植物在控制水质污染，降解有害物质上也起到了重要的作用。 微生物的消解作用湿地系统中的微生物是降解水体中污染物的主力军。好氧微生物通过呼吸作用，将废水中的大部分有机物分解成为二氧化碳和水，厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷，硝化细菌将铵盐硝化，反硝化细菌将硝态氮还原成氮气，等等。通过这一系列的作用，污水中的主要有机污染物都能得到降解同化，成为微生物细胞的一部分，其余的变成对环境无害的无机物质回归到自然界中。此外，湿地生态系统中还存在某些原生动物及后生动物，甚至一些湿地昆虫和鸟类也能参与吞食湿地系统中沉积的有机颗粒，然后进行同化作用，将有机颗粒作为营养物质吸收，从而在某种程度上去除污水中的颗粒物。人工湿地 - 优缺点 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：建造和运行费用便宜人工湿地原理图易于维护，技术含量低可进行有效可靠的废水处理可缓冲对水力和污染负荷的冲击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、娱乐和教育。但也有如下不足：占地面积大易受病虫害影响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，人工湿地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，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23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。总的来说，人工湿地污水处理系统是一种较好的废水处理方式，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。人工湿地 - 植物类型 漂浮植物漂浮植物中常用作人工湿地系统处理的有水葫芦、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。根据对这些植物的植物学特性进行分析，发现它们具有以下几个特点：水葫芦生命力强，对环境适应性好，根系发达；生物量大，生长迅速；具有季节性休眠现象，如冬季休眠或死亡的水葫芦、大薸、水蕹菜，夏季休眠的水芹菜、豆瓣菜等。生长的旺盛季节主要集中在每年的3-10月或9月-次年5月；生育周期短，主要以营养生长为主，对N的需求量最高。由于漂浮植物具有上述的植物学特性，因此，在进行人工湿地植物配置的时候我们必须充分考虑它们各自的优点：由于这类植物的环境适应能力强，因此在进行植物配置时应当作地方优势品种予以优先考虑；人工湿地系统中，水体中养分的去除主要依靠植物的吸收利用，因此，生物量大、根系发达、年生育周期多和吸收能力好的植物成为我们选择的目标；利用植物季节性休眠特性，我们可以给予正确的植物搭配，如冬季低温时配置水芹菜而夏季高温时则配置水葫芦、大薸等适宜高温生长的植物，以避免因植物品种选择搭配单一而出现季节性的功能失调现象；由于这类植物以营养生长为主，对N的吸收利用率要高，因此，在进行植物配置时应重视其对N的吸收利用效果，可作为N去除的优势植物而加以利用，从而提高系统对N的去除效果。根茎、球茎及种子植物这类植物主要包括睡莲、荷花、马蹄莲、慈姑、荸荠、芋、泽泻、菱角、薏米、芡实等。荷花它们或具有发达的地下根茎或块根，或能产生大量的种子果实，多为季节性休眠植物类型，一般是冬季枯萎春季萌发，生长季节主要集中在4-9月。根茎、球茎、种子类植物具有以下特点：耐淤能力较好，适宜生长在淤土层深厚肥沃的地方，生长离不开土壤；适宜生长环境的水深一般为40-100CM左右；具有发达的地下块根或块茎，其根茎的形成对P元素的需求较多，因此，对P的吸收量较大；种子果实类植物，其种子和果实的形成需要大量的P和K元素。由于这类植物具有以下特点，因此在进行人工湿地植物应用配置时应予以充分考虑：基于这些植物的特性，其应用一般为表面流人工湿地系统和湿地的稳定系统；利用这些植物的生长（主要是块根、球茎和果实的生长）需要大量的P、K元素的特性，将其作为P去除的优势植物应用，以提高系统对P的去除效果。挺水草本植物类型这类植物包括芦苇、茭草、香蒲、旱伞竹、皇竹草、藨草、水葱、水莎草、纸莎草等，为人工湿地系统主要的植物选配品种。这些植物的共同特性在于：适应能力强，或为本土优势品种；根系发达，生长量大，营养生长与生殖生长并存，对N和P、K的吸收都比较丰富；能于无土环境生长。根据植物的根系分布深浅及分布范围，可以将这类植物分成四种生长类型，即深根丛生型、深根散生型、浅根丛生型和浅根散生型。（1）深根丛生型的植物，其根系的分布深度一般在30CM以上，分布较深而分布面积不广。植株的地上部分丛生，如皇竹草、芦竹、旱伞竹、野茭草、薏米、纸莎草等。由于这类植物的根系入土深度较大，根系接触面广，配置栽种于潜流式人工湿地中更能显示出它们的处理净化性能。（2）深根散生型植物根系一般分布于20-30CM之间，植株分散，这类植物有香蒲、菖蒲、水葱、藨草、水莎草、野山姜等，这类植物的根系入土深度也较深，因此适宜配置栽种于潜流式人工湿地。（3）浅根散生型的一些植物如美人蕉、芦苇、荸荠、慈姑、莲藕等，其根系分布一般都在5-20CM之间。由于这些植物的根系分布浅，而且一般原生于土壤环境，因此适宜配置于表流式人工湿地中。（4）浅根丛生型的植物如灯心草、芋头等丛生型植物，由于根系分布浅，且一般原生于土壤环境，因此仅适宜配置于表面流人工湿地系统中。沉水植物类型沉水植物一般原生于水质清洁的环境，其生长对水质要求比较高，因此，沉水植物只能用作人工湿地系统中最后的强化稳定植物加以应用，以提高出水水质。其它类型的植物一些如水生景观植物之类的，由于长时间的人工选择，使其对污染环境的适应能力比较弱，因此也只能作为最后的强化稳定植物或湿地系统的景观植物而应用。2 人工湿地 - 比较 费用人工湿地与传统污水处理厂相比具有投资少、运行成本低等明显优势，在农村地区，污水处理厂由于人工密度相对较小，人工湿地同传统污水处理厂相比，一般投资可节省1/31/2。在处理过程中，人工湿地基本上采用重力自流的方式，处理过程中基本无能耗，运行费用低，污水处理厂处理每吨废水的价格在1元左右，而人工湿地平均不到2毛。因此，在人口密度较低的农村地区，建设人工湿地比传统污水处理厂更加经济。 使用效果人工湿地在农村地区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水生花卉为主要处理植物，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。 运行管理人工湿地的运行管理也比污水处理厂简单、便捷，人工湿地因为人工湿地完全采取生物方法自行运转因此基本不需专人负责，只需定期清理格栅池、隔油池、每年收割一次水生植物即可。人工湿地中起主要处理作用的还是微生物，不是土壤的过滤作用，所以湿地设计中应包括防止湿地填料堵塞问题、植物死亡问题和过冬问题。人工湿地服务年限一般按照10-15年计算，也就是说设计比较完善的湿地系统15年以后才需要清理填料床，达到服务年限的人工湿地系统在清理填料床后，即可重新投入使用。另外，人工湿地的建设周期短，建设一座传统污水处理厂和完成相关管道的铺设往往需要一年以上，而人工湿地的平均建设周期在3个月以内，因此建设人工湿地见效更快。3 相关文献万方数据期刊论文 人工湿地处理污水的机理与效率 - 生态学杂志 - 2002 21 ( 4 ) 万方数据期刊论文 人工湿地处理农村生活污水的脱氮影响因素 - 江苏大学学报(自然科学版) - 2011 32 ( 4 ) 万方数据期刊论文 不同基质对人工湿地脱氮效果和硝化及反硝化细菌分布的影响 - 东南大学学报（自然科学版） - 2011 41 ( 2 ) 中国湿地分类湿地与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统类型。根据中国的湿地现状以及湿地公约分类系统，初步确定了全国湿地分类框架，共分为5大类28个类型。各湿地类型及其划分标准如下：沼泽湿地1藓类沼泽：以藓类植物为主，盖度100%的泥炭沼泽。 2草本沼泽：植被盖度30、以草本植物为主的沼泽。 3沼泽化草甸：包括分布在平原地区的沼泽化草甸以及高山和高原地区具有高寒性质的沼泽化草甸、冻原池塘、融雪形成的临时水域。 4灌丛沼泽：以灌木为主的沼泽，植被盖度30。 5森林沼泽：有明显主干、高于6m、郁闭度0.2的木本植物群落沼泽。 6内陆盐沼：分布于我国北方干旱和半干旱地区的盐沼。由一年生和多年生盐生植物群落组成，水含盐量达0.6以上，植被盖度30。 7地热湿地：由温泉水补给的沼泽湿地。 8淡水泉或绿洲湿地 湖泊湿地1永久性淡水湖：常年积水的海岸带范围以外的淡水湖泊。 2季节性淡水湖：季节性或临时性的泛洪平原湖。 3永久性咸水湖：常年积水的咸水湖。 4季节性咸水湖：季节性或临时性积水的咸水湖。 河流湿地1永久性河流：仅包括河床，同时也包括河流中面积小于100hm2的水库（塘）。 2季节性或间歇性河流 3泛洪平原湿地：河水泛滥淹没（以多年平均洪水位为准）的河流两岸地势平坦地区，包括河滩、泛滥的河谷、季节性泛滥的草地。 滨海湿地1浅海水域：低潮时水深不超过6m的永久水域，植被盖度30，包括海湾、海峡。 2潮下水生层：海洋低潮线以下，植被盖度30，包括海草层、海洋草地。 3珊瑚礁：由珊瑚聚集生长而成的湿地。包括珊瑚岛及其有珊瑚生长的海域。 4岩石性海岸：底部基质75以上是岩石，盖度30的植被覆盖的硬质海岸，包括岩石性沿海岛屿、海岩峭壁。本次调查指低潮水线至高潮浪花所及地带。 5潮间沙石海滩：潮间植被盖度30，底质以砂、砾石为主。 6潮间淤泥海滩：植被盖度30，底质以淤泥为主。 7潮间盐水沼泽：植被盖度30的盐沼。 8红树林沼泽：以红树植物群落为主的潮间沼泽。 9海岸性咸水湖：海岸带范围内的咸水湖泊。 10海岸性淡水湖：海岸带范围内的淡水湖泊。 11河口水域：从近口段的潮区界（潮差为零）至口外海滨段的淡水舌锋缘之间的永久性水域。 12三角洲湿地：河口区由沙岛、沙洲、沙嘴等发育而成的低冲积平原。 人工湿地1水产池塘：例如鱼、虾养殖池塘。 2水塘：包括农用池塘、储水池塘，一般面积小于8公顷。 3灌溉地：包括灌溉渠系和稻田。 4农用泛洪湿地：季节性泛滥的农用地，包括集约管理或放牧的草地。 5盐田：晒盐池、采盐场等。 6蓄水区：水库、拦河坝、堤坝形成的一般大于8公顷的储水区。 7采掘区：积水取土坑、采矿地。 8废水处理场所：污水场、处理池、氧化池等。 9运河、排水渠：输水渠系。 10地下输水系统：人工管护的岩溶洞穴水系等。 13 / 13