人工濕地
人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面，將、有控制的投配到經人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動的過程中，主要利用土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用，對污水、污泥進行處理的一種技術。其作用機理包括吸附、滯留、過濾、、沉淀、、轉化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養分吸收及各類動物的作用。
人工濕地是一個綜合的生態系統，它應用生態系統中物種共生、物質循環再生原理，結構與功能協調原則，在促進廢水中污染的前提下，充分發揮資源的生產潛力，防止環境的再污染，獲得污水處理與資源化的最佳效益。
人工濕地的植物還能夠為水體輸送氧氣，增加水體的活性。濕地植物在控制水質污染，降解有害物質上也起到了重要的作用。
濕地系統中的微生物是降解水體中污染物的主力軍。好氧微生物通過呼吸作用，將廢水中的大部分有機物分解成為二氧化碳和水，厭氧細菌將有機物質分解成二氧化碳和甲烷，硝化細菌將銨鹽硝化，反硝化細菌將還原成氮氣，等等。通過這一系列的作用，污水中的主要有機污染物都能得到降解同化，成為微生物細胞的一部分，其余的變成對環境無害的無機物質回歸到自然界中。
濕地生態系統中還存在某些原生動物及后生動物，甚至一些濕地昆蟲和鳥類也能參與吞食濕地系統中沉積的有機顆粒，然后進行同化作用，將有機顆粒作為營養物質吸收，從而在某種程度上去除污水中的顆粒物。
凈化污水
人工濕地artifical wetland ,constructed wetland
用人工筑成水池或溝槽，底面鋪設防滲漏隔水層，填充一定深度的土壤或填料層，種植蘆葦一類的維管束植物或根系發達的水生植物，污水由濕地的一端通過布水管渠進入，以推流方式與布滿生物膜的介質表面和溶解氧進行充分的植物根區接觸而獲得凈化。人工濕地分為表面徑流人工濕地和人工潛流濕地。
人工濕地與傳統污水處理廠相比具有投資少、運行成本低等明顯優勢，在農村地區，由于人口密度相對較小，人工濕地同傳統污水處理廠相比，一般投資可節省1/3—1/2。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，運行費用低，污水處理廠處理每噸廢水的價格在1元左右，而人工濕地平均不到2毛。
因此，在人口密度較低的農村地區，建設人工濕地比傳統污水處理廠更加經濟。
人工濕地在農村地區的使用效果也優于傳統污水處理廠，首先人工濕地使用純生物技術進行水質凈化，而污水處理廠則使用化學方法，因此污水處理廠在處理過程中會產生大量富含有害化學成分的淤泥、廢渣影響環境，而人工濕地則不存在二次污染。其次人工濕地以水生植物水生花卉為主要處理植物，在處理污水的同時還具有良好的景觀效果，有利于改造農村環境。另外，人工濕地還擁有可持續的經濟效益，在人工濕地上可選種一些具備凈化效果和一定經濟價值較高的水生植物，在污水處理的同時產生經濟效益。
人工濕地的運行管理也比污水處理廠簡單、便捷，因為人工濕地完全采取生物方法自行運轉因此基本不需專人負責，只需定期清理格柵池、隔油池、每年收割一次水生植物即可。人工濕地中起主要處理作用的還是微生物，不是土壤的過濾作用，所以濕地設計中應包括防止濕地填料堵塞問題、植物死亡問題和過冬問題。人工濕地服務年限一般按照10-15年計算，也就是說設計比較完善的濕地系統15年以后才需要清理填料床，達到服務年限的人工濕地系統在清理填料床后，即可重新投入使用。另外，人工濕地的建設周期短，建設一座傳統污水處理廠和完成相關管道的鋪設往往需要一年以上，而人工濕地的平均建設周期在3個月以內，因此建設人工濕地見效更快。
結論：在人口密度較低、污染排放較少的農村地區，“人工濕地”生活污水處理設施有很多優點，該處理設施充分利用農戶住房周邊的地形特點，因地制宜、實施簡單，可造在住宅旁的空地上，也可利用水塘以及公園的景觀池改造；規?？纱罂尚?，可以二三十戶家庭共用一塊，也可以一戶人家造一塊；投資少，維護方便，且占地面積小，配合種植水生植物，還可達到美化景觀的效果。
凈化空氣
SS的去除主要靠物理沉淀、過濾作用，BOD的去除主要靠微生物吸附和代謝作用，代謝產物均為無害的穩定物質，因此可以使處理后水中殘余的BOD濃度很低。污水中COD去除的原理與BOD基本相同。
N、P去除人工濕地主要利用生物脫氮及植物吸收方法。
作用機理：對污染物的去除與影響物理沉淀可沉淀固體在濕地中重力沉降去除、過濾，通過顆粒間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體被阻截而去除；化學微生物代謝：利用懸浮的底泥和寄生于植物上的細菌的代謝作用將懸浮物、膠體、可溶性固體分解成無機物；通過生物硝化-反硝化作用去除氮；部分微量元素被微生物、植物利用氧化并經阻截或結合而被去除。自然死亡：細菌和病毒處于不適宜環境中會引起自然衰敗及死亡，植物植物代謝利用植物對有機物的吸收而去除，植物對大腸桿菌和病原體有滅活作用植物吸收相當數量的氮和磷能被植物吸收而去除，多年生生植物，每年收割一次，可將氮、磷吸收、合成后分移出人工濕地系統。
污水進入濕地系統，污水中的固體顆粒與基質顆粒之間會發生作用，水流中的固體顆粒直接碰到基質顆粒表面被攔截。水中顆粒遷移到表面時，在范德華力和靜電力作用下以及某些和某些特殊的力作用下，被粘附與基質顆粒上，也可能因為存在絮凝顆粒的架橋作用而被吸附。
此外，由于濕地床體長時間處于浸水狀態，床體很多區域內基質形成土壤膠體，土壤膠體本身具有極大的吸附性能，也能夠截留和吸附進水中的懸浮顆粒。
物理過濾和吸附作用是濕地系統對污水中的污染物進行攔截從而達到凈化污水的目的的重要途徑之一。
植物是人工濕地的重要組成部分。人工濕地根據主要植物優勢種的不同，被分為浮水植物人工濕地，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。濕地中的植物對于濕地凈化污水的作用能起到極重要的影響。
首先，濕地植物和所有進行光合自養的有機體一樣，具有分解和轉化有機物和其他物質的能力。植物通過吸收，能直接從中吸收可利用的營養物質，如水體中的氮和磷等。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。
其次，植物的根系能吸附和富集重金屬和有毒有害物質。植物的根莖葉都有吸收富集重金屬的作用，其中根部的吸收能力最強。在不同的植物種類中，沉水植物的吸附能力較強。根系密集發達交織在一起的植物亦能對固體顆粒起到攔截吸附作用。
再次，植物為微生物的吸附生長提供了更大的表面積。植物的根系是微生物重要的棲息、附著和繁殖的場所。相關文獻表明，植物根際的微生物數量比非根際微生物數量多得多，而微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。
人工具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡單、投資省、運行費用低等特點，非常適合中、的污水處理。
人工濕地處理系統可以分為以下幾種類型：（1）自由水面人工濕地處理系統；（2）人工處理系統。（3）垂直水流型人工濕地處理系統。
優缺點
人工濕地污水處理系統是一個綜合的生態系統，具有如下優點:
①建造和運行費用便宜
②易于維護,技術含量低
③可進行有效可靠的廢水處理
④可緩沖對水力和污染負荷的沖擊
⑤可提供和間接提供效益,如水產、畜產、造紙原料、建材、綠化、野生動物棲息、娛樂和教育。
但也有不足
①占地面積大
②易受病蟲害影響
③生物和水力復雜性加大了對其處理機制、工藝動力學和影響因素的認識理解，設計運行參數不精確，因此常由于設計不當使出水達不到設計要求或不能達標排放，有的人工濕地反而成了污染源。
另外，據已有數據,當上下表面植物密度增大時, 人工濕地系統處理效率提高,在達到其最優效率時,需2~3個生長周期，所以需建成幾年后才達到完全穩定的運行。因此，目前最大問題在于缺乏長期運行系統的詳細資料。
總的來說, 人工濕地污水處理系統是一種較好的廢水處理方式，特別是它充分發揮資源的生產潛力,防止環境的再污染,獲得污水處理與資源化的最佳效益，因此具有較高的環境效益、經濟效益及社會效益,比較適合于處理水量不大、水質變化不很大、管理水平不很高的,如我國農村中、小城鎮的污水處理。人工濕地作為一種處理污水的新技術有待于進一步改良，有必要更細致地研究不同地區特征和運行數據以便在將來的建設中提供更合理的參數。
運用人工濕地處理污水可追溯到1903年，建在英國約克郡Earby，被認為是世界上第一個用于處理污水的人工濕地，連續運行直到1992年。而人工濕地生態系統在世界各地逐漸受到重視并被運用，還是在20世紀70年代德國學者Kichunth提出根區法（the root-zone-method）理論之后開始的，根區法理論強調高等植物在濕地污水處理系統中的作用，首先是他們能夠為其根圍的異養微生物供應氧氣，從而在還原性基質中創造了一種富氧的微環境，微生物在水生植物的根系上生長，他們就與較高的植物建立了共生合作關系，增加廢水中污染物的降解速度，在遠離根區的地方為兼氧和厭氧環境，有利于兼氧和厭氧凈化作用，另一方面，水生植物根的生長有利于提高床基質層的水力傳導性能。[3]
類型
表面流濕地與地表漫流土地處理系統非常相似，不同的是：（1）在表面流濕地系統中，四周筑有一定高度的圍墻，維持一定的水層厚度（一般為10~30cm）；（2）濕地中種植挺水型植物（如蘆葦等）。
向濕地表面布水，水流在濕地表面呈推流式前進，在流動過程中，與土壤、植物及植物根部的生物膜接觸，通過物理、化學以及生物反應，污水得到凈化，并在終端流出。
潛流式人工合成濕地
人工濕地的核心技術是潛流式濕地。一般由兩級濕地串聯，處理單元并聯組成。濕地中根據處理污染物的不同而填有不同介質，種植不同種類的凈化植物。水通過基質、植物和微生物的物理、化學和生物的途徑共同完成系統的凈化，對BOD、COD、TSS、TP、TN、藻類、石油類等有顯著的去除效率；此外該工藝獨有的流態和結構形成的良好的硝化與功能區對TN、TP、石油類的去除明顯優于其他處理方式。主要包括內部、活性酶體介質系統、植物的培植與搭配系統、
布水與集水系統、防堵塞技術、冬季運行技術。
潛流式人工合成濕地的形式分為垂直流潛流式人工濕地和水平流潛流式人工濕地。利用濕地中不同流態特點凈化進水。經過潛流式濕地凈化后的河水可達到地表水Ⅲ類標準，再通過排放。
垂直流潛流式人工濕地：
在垂直潛流系統中，污水由表面縱向流至床底，在縱向流的過程中污水依次經過不同的專利介質層，達到凈化的目的。垂直流潛流式濕地具有完整的布水系統和集水系統，其優點是占地面積較其它形式濕地小，處理效率高，整個系統可以完全建在地下，地上可以建成綠地和配合景觀規劃使用。
水平流潛流式人工濕地：
是潛流式濕地的另一種形式，污水由進水口一端沿水平方向流動的過程中依次通過砂石、介質、植物根系，流向出水口一端，以達到凈化目的。
溝渠型人工濕地：
溝渠型濕地床包括植物系統、介質系統、收集系統。主要對雨水等面源污染進行收集處理，通過過濾、吸附、生化達到凈化雨水及污水的目的。是小流域水質治理、保護的有效手段。
技術要求
人工濕地系統水質凈化技術作為一種新型生態污水凈化處理方法,其基本原理是在人工濕地填料上種植特定的濕地植物，從而建立起一個人工濕地生態系統。當污水通過濕地系統時，其中的污染物質和營養物質被系統吸收或分解，而使水質得到凈化。
人工濕地系統水質凈化的關鍵在于工藝的選擇和對植物的選擇及應用配置。如何選擇和搭配適宜的濕地植物，并且將其應用于不同類型的濕地系統中成了我們在營建人工濕地前必須思考的問題。
1．人工濕地污水處理系統植物的選用原則（1）（2）
1.1 植物在具有良好的生態適應能力和生態營建功能；
管理簡單、方便是人工濕地生態污水處理工程的主要特點之一。若能篩選出凈化能力強、相仿,而較小的植物,將會減少管理上尤其是對植物體后處理上的許多麻煩。一般應選用當地或本地區天然濕地中存在的植物。
1.2 植物具有很強的生命力和旺盛的生長勢；
① 抗凍、抗熱能力
由于污水處理系統是全年連續運行的,故要求水生植物即使在惡劣的環境下也能基本正常生長,而那些對自然條件適應性較差或不能適應的植物都將直接影響凈化效果。
② 抗病蟲害能力
污水生態處理系統中的植物易滋生病蟲害,抗病蟲害能力直接關系到植物自身的生長與生存,也直接影響其在處理系統中的凈化效果。
③ 對周圍環境的適應能力
由于人工濕地中的植物根系要長期浸泡在水中和接觸濃度較高且變化較大的污染物,因此所選用的水生植物除了耐污能力要強外,對當地的氣候條件、土壤條件和周圍的動植物環境都要有很好的適應能力。
1.3 所引種的植物必須具有較強的耐污染能力；
水生植物對污水中的BOD5、COD、TN、TP主要是靠附著生長在根區表面及附近的微生物去除的,因此應選擇根系比較發達，對污水承受能力強的水生植物。
1.4 植物的年生長期長，最好是冬季半枯萎或常綠植物；
人工濕地處理系統中常會出現因冬季植物枯萎死亡或生長休眠而導致功能下降的現象，因此，應著重選用常綠冬季生長旺盛的水生植物類型。
1.5 所選擇的植物將不對當地的生態環境構成隱患或威脅，具有生態安全性；
1.6 具有一定的經濟效益、文化價值、景觀效益和綜合利用價值。
若所處理的污水不含有毒、有害成分,其綜合利用可從以下幾個方面考慮:①作飼料,一般選擇粗蛋白的含量>20%(干重)的水生植物；②作肥料,應考慮植物體含肥料有效成分較高,易分解；③生產沼氣,應考慮發酵、產氣植物的碳氮比,一般選用植物體的碳氮比為25～30.5/1；④工業或手工業原料，如蘆葦可以用來造紙，水蔥、燈心草、香蒲、莞草等都是編制草席的原料。
由于城鎮污水的處理系統一般都靠近城郊,同時面積較大,故美化景觀也是必須考慮的。
然而在實際工作中，很多人工濕地的工藝設計者和建設者考慮得最多的是植物的獨有性和觀賞價值等表在因素，沒有考慮到栽種該植物后的植株生長效果、濕地的運行效果、生長表現以及對生態的安全性等，導致人工濕地在運行一段時間后功能驟降或運行費用劇增，最后導致系統癱費或閑置。
2．人工濕地植物特性的研究及植物配置分析
2．1 根據植物類型分析
2．1．1 漂浮植物
漂浮植物中常用作人工濕地系統處理的有水葫蘆、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。
根據對這些植物的植物學特性進行分析，發現它們具有以下幾個特點：①生命力強，對環境適應性好，根系發達；②生物量大，生長迅速；③具有季節性休眠現象，如冬季休眠或死亡的水葫蘆、大薸、水蕹菜，夏季休眠的水芹菜、豆瓣菜等。生長的旺盛季節主要集中在每年的3-10月或9月-次年5月；④生育周期短，主要以營養生長為主，對N的需求量最高。
由于漂浮植物具有上述的植物學特性，因此，在進行人工濕地植物配置的時候我們必須充分考慮它們各自的優點：①由于這類植物的環境適應能力強，因此在進行植物配置時應當作地方優勢品種予以優先考慮；②人工濕地系統中，水體中養分的去除主要依靠植物的吸收利用，因此，生物量大、根系發達、年生育周期多和吸收能力好的植物成為我們選擇的目標；③利用植物季節性休眠特性，我們可以給予正確的植物搭配，如冬季低溫時配置水芹菜而夏季高溫時則配置水葫蘆、大薸等適宜高溫生長的植物，以避免因植物品種選擇搭配單一而出現季節性的功能失調現象；④由于這類植物以營養生長為主，對N的吸收利用率要高，因此，在進行植物配置時應重視其對N的吸收利用效果，可作為N去除的優勢植物而加以利用，從而提高系統對N的去除效果。
2．1．2 根莖、球莖及種子植物
這類植物主要包括睡蓮、荷花、馬蹄蓮、慈姑、荸薺、芋、澤瀉、菱角、薏米、芡實等。它們或具有發達的地下根莖或塊根，或能產生大量的種子果實，多為季節性類型，一般是冬季枯萎春季萌發，生長季節主要集中在4-9月。
根莖、球莖、種子類植物具有以下特點：①耐淤能力較好，適宜生長在淤土層深厚肥沃的地方，生長離不開土壤；②適宜生長環境的水深一般為40-100CM左右；③具有發達的地下塊根或塊莖，其根莖的形成對P元素的需求較多，因此，對P的吸收量較大；④種子果實類植物，其種子和果實的形成需要大量的P和K元素。（3）
由于這類植物具有以下特點，因此在進行人工濕地植物應用配置時應予以充分考慮：①基于這些植物的特性，其應用一般為表面流人工濕地系統和濕地的穩定系統；②利用這些植物的生長（主要是塊根、球莖和果實的生長）需要大量的P、K元素的特性，將其作為P去除的優勢植物應用，以提高系統對P的去除效果。
2．1．3 挺水草本植物類型
這類植物包括蘆葦、茭草、香蒲、旱傘竹、皇竹草、藨草、水蔥、水莎草、紙莎草等，為人工濕地系統主要的植物選配品種。這些植物的共同特性在于：①適應能力強，或為本土優勢品種；②根系發達，大，營養生長與生殖生長并存，對N和P、K的吸收都比較豐富；③能于無土環境生長。
根據這類植物的生長特性，它們可以搭配種植于潛流式人工濕地，也可以種植于表流式人工濕地系統中。
根據植物的根系分布深淺及分布范圍，可以將這類植物分成四種生長類型，即深根叢生型、深根散生型、淺根叢生型和淺根散生型。
（1）深根叢生型的植物，其根系的分布深度一般在30CM以上，分布較深而分布面積不廣。植株的地上部分叢生，如皇竹草、蘆竹、旱傘竹、野茭草、薏米、紙莎草等。由于這類植物的根系入土深度較大，根系接觸面廣，配置栽種于潛流式人工濕地中更能顯示出它們的處理凈化性能。
（2）深根散生型植物根系一般分布于20-30CM之間，植株分散，這類植物有香蒲、菖蒲、水蔥、藨草、水莎草、野山姜等，這類植物的根系入土深度也較深，因此適宜配置栽種于潛流式人工濕地。
（3）淺根散生型的一些植物如美人蕉、蘆葦、荸薺、慈姑、蓮藕等，其根系分布一般都在5-20CM之間。由于這些植物的根系分布淺，而且一般原生于，因此適宜配置于表流式人工濕地中。
（4）淺根叢生型的植物如燈心草、芋頭等叢生型植物，由于根系分布淺，且一般原生于土壤環境，因此僅適宜配置于表面流人工濕地系統中。
2．1．4 沉水植物類型
沉水植物一般原生于水質清潔的環境，其生長對水質要求比較高，因此，沉水植物只能用作人工濕地系統中最后的強化穩定植物加以應用，以提高出水水質。
2．1．5 其它類型的植物
一些如水生景觀植物之類的，由于長時間的人工選擇，使其對污染環境的適應能力比較弱，因此也只能作為最后的強化穩定植物或濕地系統的景觀植物而應用。
2．2 根據植物原生環境分析
根據植物的原生環境分析，原生于實土環境的一些植物如美人蕉、蘆葦、燈心草、旱傘竹、皇竹草、蘆竹、薏米等，其根系生長有一定的向土性，配置于表面流濕地系統中，生長會更旺盛。但由于它們的根系大都垂直向下生長，因此，凈化處理的效果不及應用于潛流式濕地中；對于一些原生于、、草炭濕地、湖泊水面的植物如水蔥、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等，由于其生長已經適應了無土環境，因此更適宜配置于潛流式人工濕地；而對于一些塊根塊莖類的水生植物如荷花、睡蓮、慈姑、芋頭等則只能配置于表面流濕地中。
2．3 根據植物對養分的需求類型分析
根據植物對養分的需求情況分析，由于潛流式人工濕地濕地系統填料之間的空隙大，植物根系與水體養分接觸的面積要較表流式人工濕地濕地廣，因此對于營養生長旺盛、植株生長迅速、植株生物量大、一年有數個萌發高峰的植物如香蒲、水蔥、苔草、水莎草等植物適宜栽種于潛流濕地；而對于營養生長與生殖生長并存，生長相對緩慢，一年只有一個萌發高峰期的一些植物如蘆葦、茭草、薏米等則配置于表面流濕地系統。
2．4 根據植物對污水的適應能力分析
不同植物對污水的適應能力不同。一般高濃度污水主要集中在濕地工藝的前端部分。因此，在人工濕地建設時，前端工藝部分如強氧化塘、潛流濕地等工藝一般選擇耐污染能力強的植物品種。末端工藝如、景觀塘等處理段中，由于污水濃度降低，因此可以更多考慮植物的景觀效果。
3．小結
一個人工濕地系統的建立，植物的選擇和配置是很重要的考慮因素。在系統建立和植物栽種配置時要將系統的主要功能與植物的植物學特性充分結合起來考慮。只有這樣，才能充分發揮不同植物各自的優勢，達到更好的處理凈化效果。
濕地植物的栽種配置要根據具體的應用環境和系統工藝來確定，對于一些應用工藝范圍較廣的植物類型，要充分考慮其在該工藝中的優勢，能使其充分發揮自己的長處而居于主導地位。
為達到全面的處理和利用效果，應進行有機的搭配，如深根系植物與淺根系植物搭配，叢生型植物與散生型植物搭配，吸收N多的植物與吸收P多的植物搭配，以及常綠植物與季節性植物的季相搭配等。在進行綜合處理的一些工藝或工藝段中，切忌配置單一品種，以避免出現季節性的功能下降或功能單一。作為濕地公園規劃建設的人工濕地還要考慮景觀搭配。
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