城市污水处理处理工艺

一、人工湿地

湿地是分布于陆地生态系统和水域生态系统之间具有独特水文、土壤、植被与生物特征的生态系统。按拉姆萨尔公约将湿地的定义为：天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地、水域地带，静止或流动的淡水、半咸水、咸水体，包括低潮时水深不超过6 米的水域。

人工湿地系统是模拟自然湿地的人工生态系统，类似自然沼泽地，它由人工建造、监督和控制，是一种人为将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择地植入植物的污水处理生态系统。目前人工湿地污水处理尚处于开发和应用研究阶段，缺乏成熟的设计规范和经验，许多工作还有待进一步研究。但一般而言，其设计过程中应充分考虑以下几个因素。

（一）污水量和污水水质确定进行污水量的调查和污水水质分析，确定处理的规模以及有针对性地去除有关污染物，设计处理后的污水 必须达到一定的污水排放标准。

（二）污水处理工艺选择人工湿地系统去除的污染物种类广泛，包括BOD、COD、SS、氮、磷、钾、微量金属、病原体等。为减免经常性的清污、降低人工湿地的作业困难，污水的前期处理十分必要。此外，应根据不同的污水来源选择不同的处理工艺。

（三）人工湿地的植物选择应选择耐污、净化、抗逆能力强的乡土植物作为人工湿地的种植植物。如美国人工湿地常用的植物有芦苇、香蒲、灯心草、水葱、竹等；深圳市白泥坑人工湿地栽种了芦苇、茳芏、灯心草、蒲草等。有些人工湿地中还兼养耐污能力强的鲤、鲫等鱼种组成水生生物塘，使整个湿地变成一个花草繁茂、鱼儿欢跃的系统绿化工程。

（四）人工湿地的工艺参数在人工湿地的设计中，长宽值可按公式：W=Q/Ks×S×d 计算。式中，W 为湿地宽(米)；Q 为湿地平均处理流量(立方米)；d 为湿地深(米)；Ks 为填料导水率[立方米/(平方米·天)]；S 为湿地床坡度。

为保证废水以推流方式流经湿地，其长度应＞20 米；长宽比应＞3。根据现有人工湿地的设计与运行经验，一般单个碎石床的长度＜50 米，宽度25 米～30 米。人工湿地的深度一般是按水生植物根系自然扩展的深度来设计的，多数为0.6 米～0.7米。如藤草床深度为0.76 米；芦苇床推荐深度为0.6 米～0.7米；茳芏、席草和灯心草湿地池深度为0.45 米～0.6 米；香蒲、灯心草的湿地池深度以0.2 米～0.6 米为宜。

根据废水的流经方式可将人工湿地分为三类：表面流型、潜流型、立式流型。可根据不同的污染物去除要求及地理条件选择建造不同的类型。潜流型人工湿地由于水在填充料的表面下渗流，可充分利用各系统的协调作用，而且相对于其他类型而言不容易滋生蚊虫，卫生条件较好，造价较低，在我国应用较多。

二、人工湿地系统处理污水的作用机理

人工湿地系统是由一些适合在污染环境条件下生存的以大型水生植物为主的高、低等生物和处于饱和状态的基质组成的人工复合体---污水生态系统。人工基质（土壤、砂石等）、水生植物和微生物是人工湿地的主要组成部分。人工基质为微生物生长提供稳定的依附表面，为水生植物提供滋生载体和营养物质，并通过一些物理和化学途径净化污水；水生植物直接吸收营养物质，吸附和富集一些有毒、有害物质，并把氧输送到根区，以维持水力传输；微生物则起代谢作用。人工湿地处理污水的原理复杂，目前还缺少较为深入的研究。现有研究认为，湿地之所以能够净化污水，是其中物理、化学及生物协调作用和影响的结果。各主要物质净化简要机理见表1。

表1. 各主要物质净化简要机理

由于人工湿地系统是利用湿地床中植物、微生物及填料的物理、化学和生物协同作用净化污水的，融合了生物膜法和自然净化的优点，且能在系统中形成物理、化学和生物的协同作用净化污水，因此具有很强的污水净化能力，特别是脱氮除磷能力。与传统的污水二级生物处理相比，人工湿地技术其投资、能耗、处理成本及技术含量都要低得多，是正在不断得到研究应用和发展的廉价污水处理技术。该技术在我国的污水处理建设中，尤其是我国广大农村和中小城市的污水处理建设中具有广阔的应用前景。

三、人工湿地污水处理国内外研究概况

国外对人工湿地的研究起步较早。1953 年，德国的Max Planck 研究所首例采用人工湿地净化污水，该研究所的Seidel博士在研究中发现芦苇能有效地去除无机和有机污染物。1972年修建运行的美国密歇根州Vermontville 生活污水湿地处理系统。国外第一个完整的人工湿地试验始于1974 年西德的Othfrensen 湿地建造。美国加利福尼亚州1988 年修建的Chevron Richmond 化工废水人工湿地处理系统；挪威Esval 垃圾填埋场渗滤液人工湿地处理系统等。

人工湿地污水处理在我国有广泛的应用。首例采用人工湿地处理污水的研究工作始于1987 年，由天津市环境保护研究所建成的占地6 公顷的处理规模为1400 立方米/ 天的芦苇湿地工程。1989 年建成了北京昌平自由水面人工湿地，处理量为500公斤/ 天的生活污水和工业废水，处理效果良好，优于传统的二级处理工艺。上世纪90 年代又在深圳建了白泥坑人工湿地示范工程。此后，国家环境保护局与中国科学院各单位相继采用人工湿地处理污水进行过一系列试验, 对人工湿地的构建与净化功能进行了阐述。其他如20 世纪末建成的成都“活水”和上海南汇区建成的处理能力为50000 立方米/ 天的芦苇湿地系统，这些都是人工湿地系统污水处理的典型范例。

四、研究与应用的发展趋势

人工湿地污水处理系统具有出水水质稳定, 对N 和P 去除能力强，基建运行费用低，易于维护，耐冲击负荷强，适于处理间歇排放的污水，并具有美学价值等优点,发展前景十分广阔。但由于湿地的“黑箱效应”，人们对污水进入湿地系统后污染物的迁移转化机理与过程的认识尚不充分。因此，为全面了解污水在湿地中的净化机制,以下几个方面将成为今后的研究热点：一是对不同构造的湿地系统中污水的流体力学特性进行研究，探讨水力负荷、污水停留时间、出水速率、湿地容水体积(空隙度)和出水量等与污水净化效果的偶合关系，以揭示水力学特点对污水净化效果的影响规律；二是深入研究湿地系统中O2 的供应与不同类型植物的输氧能力对基质中微生物生境的影响；三是重点研究在提高人工湿地氧化、硝化能力的同时如何提高其反硝化能力，以解决有机物与总氮的高效去除问题。

人工湿地污水处理系统在发达国家与发展中国家的生活污水处理中均得到了广泛的应用。人工湿地独特而复杂的净化机理使其能够在重金属工业废水、难降解有机废水的处理中发挥良好的作用, 因此人工湿地污水处理系统的应用有向特殊工业废水与农业面源污染治理方面转移的趋势。近年来，国内外许多学者与工程技术人员已对人工湿地进行工艺改进或与其他系统联合后用于农业面源污染、城市与公路非点源污染的治理。美国、德国还将其推广应用于垃圾渗滤液的处理。目前，应用人工湿地对工业废水的研究主要集中于对淀粉、制糖、奶制品、炼油、造纸和油田开采等工业废水以及矿山酸性废水的处理。这些废水的特征污染物主要有重金属离子、BOD、COD 和病原菌及油类污染物等。为更好地采用人工湿地处理工业废水与农业废水及公路径流污水，今后需在以下几个方面进行研究：一是以废水的特征污染物为指标，研究合理的人工湿地构造与工程参数，推算系统设计方程；二是研究低浓度、高盐、有毒、难降解有机废水对湿地系统中氧的分布、微生物生境的影响；三是结合不同地区、不同污水的特性，筛选出抗性强、净化效果好的工程植物；四是根据不同地区、不同气候条件及不同特性工业废水的使用数据建立数据库，促进人工湿地处理工业废水治理技术的推广。。

五、结语

人工湿地系统具有经济、环境和社会效益。人工湿地处理后的出水水质较好，可再利用于农、林、牧、副、渔业,亦可用于娱乐业,湿地植物也可回收利用，如用其生产沼气、生产饲料等；人工湿地可利用荒废的山沟地、低洼地改造而成，在合理开发利用土地的同时，给环境增加了绿色，为野生动物增加了栖息场所，从而提高了区域景观价值，给人们带来了美的享受；人工湿地还可作为环境教育与宣传的基地，有助于改变人们的生态观念，提倡节约水资源、重复利用可再生资源的理念，使人们建立起尊重自然的崭新生活观。