人工湿地技术讲义（精品）.ppt

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1、人工湿地技术讲义（精品）Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2湿地概况湿地概况3 “湿地”一词源自英文wetland，是包括天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，包括或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体的水域，一般指低潮时水深不超过6米的水域。摘自1971年湿地公约湿地的定义湿地的定义4湿地的类型湿地的类型从人类干扰的角从人类干扰的角度度自然湿地自然湿地人工湿地人工湿地从水分含盐量的从水分含盐量的角度角度淡水湿地淡水湿地半咸水湿地半咸水湿

2、地咸水湿地咸水湿地从从系统的系统的分类角分类角度度沼泽湿地沼泽湿地湖泊湿地湖泊湿地河流湿地河流湿地浅海滩涂湿地浅海滩涂湿地人工人工湿地湿地全球湿地概况全球湿地概况5占地球陆地面积的占地球陆地面积的6，其中，其中湖泊占湖泊占2藓类沼泽占藓类沼泽占30草本沼泽占草本沼泽占26森林沼泽占森林沼泽占20洪泛平原占洪泛平原占15世界红树林的面积约世界红树林的面积约24 万万km2，珊瑚礁约，珊瑚礁约60万万km2中国湿地概况中国湿地概况6中国湿地面积约中国湿地面积约6594万公顷（其中还不包万公顷（其中还不包括江河、池塘等），括江河、池塘等），占世界湿地的占世界湿地的10，位居亚洲第一位，世位居亚洲第一

3、位，世界第四位。界第四位。湿地的生态、经济及社会效益湿地的生态、经济及社会效益7维持生物多样性维持生物多样性调蓄水量和调节气候调蓄水量和调节气候降解有毒物质降解有毒物质保护堤岸，防止盐水入侵保护堤岸，防止盐水入侵 提供丰富的动植物产品提供丰富的动植物产品在输、储和供水等方面发挥巨大作用在输、储和供水等方面发挥巨大作用 提供矿物资源提供矿物资源可为人们提供旅游、娱乐的场所可为人们提供旅游、娱乐的场所 为教育和科学研究提供了对象、材料和试验基地为教育和科学研究提供了对象、材料和试验基地 1公顷湿地生态系统每年创造的价值高达公顷湿地生态系统每年创造的价值高达1万多美元，是热带雨林的万多美元，是热带雨

4、林的7倍，是农田生态系统的倍，是农田生态系统的160倍倍!人工湿地简介人工湿地简介8人工湿地的定义人工湿地的定义9 人工湿地(Constructed Wetlands)，是一种为了达到环保处理效果，模仿自然湿地而人工设计的复杂的具有渗透性能的地层生态结构，包括有浮现性、浸没式植物、动物和水体等不同的组成部分。10人工湿地与传统系统的比较人工湿地与传统系统的比较人工湿地人工湿地传统系统传统系统特特点点比比较较占地面积大占地面积大能耗高能耗高使用微生物使用微生物使用植物使用植物使用化学药品使用化学药品土壤土壤钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构输入能量少输入能量少建造费用建造费用$3,664,00$4,1

5、12,000使用和维修费用使用和维修费用$45,000/年年$152,000/年年备注备注兼性氧化塘和人工湿地兼性氧化塘和人工湿地带硝化功能的传统活性污泥法带硝化功能的传统活性污泥法的二级水处理厂的二级水处理厂废水废水=1MGD/3786(m3/D)根据根据植物的存在状态植物的存在状态，人工湿地主要分为三种类型：，人工湿地主要分为三种类型：浮水植物系统、沉水植物系统、挺水植物系统。不同类浮水植物系统、沉水植物系统、挺水植物系统。不同类型人工湿地结合使用以及和传统污水处理方法联合使用型人工湿地结合使用以及和传统污水处理方法联合使用可以获得更好的出水水质。可以获得更好的出水水质。（1）浮水植物系统

6、浮水植物系统 此系统中水生植物漂浮于水面；此系统中水生植物漂浮于水面；根系呈淹没状态。浮水植物目前主要用于根系呈淹没状态。浮水植物目前主要用于N N和和P P的去除和的去除和提高稳定塘的效率。提高稳定塘的效率。人工湿地的分类及组成人工湿地的分类及组成人工湿地的分类人工湿地的分类（2）沉水植物系统沉水植物系统 此系统水生植物完全淹没于水中。此系统水生植物完全淹没于水中。系统中水的浊度不能太高，否则会影响植物的光合作用。该系统中水的浊度不能太高，否则会影响植物的光合作用。该系统还处于试验阶段，主要用于初级处理与二级处理后的精系统还处于试验阶段，主要用于初级处理与二级处理后的精处理。处理。（3）挺水

7、植物系统挺水植物系统 以挺水植物为主，植物根系发达，以挺水植物为主，植物根系发达，可通过根系向基质送氧，使基质中形成多个好氧、兼性厌氧、可通过根系向基质送氧，使基质中形成多个好氧、兼性厌氧、厌氧小区，利于多种微生物繁殖，便于污染物的多途径降解；厌氧小区，利于多种微生物繁殖，便于污染物的多途径降解；目前人工湿地主要指挺水植物系统。目前人工湿地主要指挺水植物系统。根据根据水的流动状态水的流动状态，该系统分为如下类型：自由水面，该系统分为如下类型：自由水面系统系统（FWS），又称表面流湿地；潜流系统（），又称表面流湿地；潜流系统（SFS），又），又称潜流湿地。潜流湿地又分为水平流潜流系统（称潜流湿地

8、。潜流湿地又分为水平流潜流系统（HFS）和）和垂直流潜流系统（垂直流潜流系统（VFS）。）。（1）自由水面系统自由水面系统自由水面系统的污水从系统表面流过，水深较浅自由水面系统的污水从系统表面流过，水深较浅(一一般在般在0.1-0.6)，氧通过自由扩散补给。进水中所含的溶，氧通过自由扩散补给。进水中所含的溶解性和颗粒性污染物与系统介质和植物根系接触。常用解性和颗粒性污染物与系统介质和植物根系接触。常用的植物包括香蒲、芦苇、慈姑、莎草等。与的植物包括香蒲、芦苇、慈姑、莎草等。与SFS系统相比，系统相比，其优点是投资省，缺点是负荷低。北方地区冬季表面会其优点是投资省，缺点是负荷低。北方地区冬季表面

9、会结冰，夏季会滋生蚊蝇、散发臭味，目前已较少采用。结冰，夏季会滋生蚊蝇、散发臭味，目前已较少采用。（2）潜流系统）潜流系统在在潜流系统潜流系统中，污水在湿地床的表面下流动，一方面可以充中，污水在湿地床的表面下流动，一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留等作用，提高处理效果和处理能力；另一方面由于水流在地截留等作用，提高处理效果和处理能力；另一方面由于水流在地表下流动，保温性好处理效果受气候影响较小，且卫生条件较好，表下流动，保温性好处理效果受气候影响较小，且卫生条件较好，是目前国际上较多研究和应用的一种湿

10、地处理系统，但此系统的是目前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统，但此系统的投资比投资比系统略高。系统略高。水平流潜流系统：污水从进口经由砂石等系统介质，水平流潜流系统：污水从进口经由砂石等系统介质，以近水平流方式在系统表面以下流向出口。此过程中，以近水平流方式在系统表面以下流向出口。此过程中，污染物得到降解。介质通常选用水力传导性良好的材料。污染物得到降解。介质通常选用水力传导性良好的材料。氧主要通过植物根系释放。在欧洲主要应用芦苇，因此氧主要通过植物根系释放。在欧洲主要应用芦苇，因此又称芦苇床处理系统。香蒲也是常用的湿地植物。又称芦苇床处理系统。香蒲也是常用的湿地植物。垂直流潜流系统：该

11、系统通常在整个表面设置配垂直流潜流系统：该系统通常在整个表面设置配水系统，并周期性进水。系统下部排水，水流处于系统水系统，并周期性进水。系统下部排水，水流处于系统表面以下。目的是系统可以排空水，以最大程度地进行表面以下。目的是系统可以排空水，以最大程度地进行氧补给。氧补给。17三种湿地的示意图三种湿地的示意图1.2 人工湿地的类型（1 1）表面流湿地（）表面流湿地（Free Water Surface WetlandsFree Water Surface Wetlands）（2 2）潜流湿地（）潜流湿地（Vegetated Submerged Beds 或 sub-surface Flow）人

12、工湿地的组成人工湿地的组成绝大多数人工湿地由五部分构成：绝大多数人工湿地由五部分构成：基质，基质，具有透水性，如土壤、砂、砾石；具有透水性，如土壤、砂、砾石；水体水体（在基质表面上或下流动的水）；（在基质表面上或下流动的水）；植物，植物，适于在饱和水和厌氧基质中生长，如芦苇；适于在饱和水和厌氧基质中生长，如芦苇；无脊椎或脊椎无脊椎或脊椎动物动物；好氧或厌氧好氧或厌氧微生物微生物种群。种群。湿地系统正是在这种有一定长宽比和底面坡湿地系统正是在这种有一定长宽比和底面坡度的洼地中，由土壤和填料（如砾石等）混合组度的洼地中，由土壤和填料（如砾石等）混合组成的填料床，污水在床体的填料缝隙中流动或在成的填

13、料床，污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好、床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物（如芦苇、蒲草等），从而经济价值的水生植物（如芦苇、蒲草等），从而形成一个独特的动植物生态系统。形成一个独特的动植物生态系统。人工湿地净化废水的机理人工湿地净化废水的机理人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物组人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物组成的生态系统。生活在土壤中的微生物（细菌和真菌）成的生态系统。生活在土壤中的微生物（细菌和真菌）在有机物的去除中起主要作

14、用，湿地植物的根系将氧气在有机物的去除中起主要作用，湿地植物的根系将氧气带入周围的土壤，但远离根部的环境处于厌氧，形成处带入周围的土壤，但远离根部的环境处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加强了人工湿地去除复杂污染物理环境的变化带，这就加强了人工湿地去除复杂污染物的难处理污染物的能力。大部分有机物的去除是靠土壤的难处理污染物的能力。大部分有机物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污染物如重金属、硫、磷等依赖于中的微生物，但某些污染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。土壤和植物的作用。23物理作用物理作用过滤和沉淀过滤和沉淀能除去含有能除去含有C、N、P的有机的有机及无机颗粒物和悬浮固体及无

15、机颗粒物和悬浮固体微生物作用微生物作用氧化还原反应氧化还原反应吸收降解吸收降解化学作用化学作用植物作用植物作用吸附和絮凝吸附和絮凝可溶性的有机化合物可溶性的有机化合物阴离子（阴离子（PO43-）和阳离子）和阳离子（重金属阳离子）（重金属阳离子）挥发作用挥发作用挥发性有机物挥发性有机物(VOC)气体运输作用气体运输作用植物吸收植物吸收根系有利于微生物繁殖根系有利于微生物繁殖人工湿地净化废水的原理人工湿地净化废水的原理 人工湿地的净化机理人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物组成的生态系统。生活在土壤中的微生物（细菌组成的生态系统。生活在土壤中的微生物

16、（细菌和真菌）在有机物的去除中起主要作用，湿地植和真菌）在有机物的去除中起主要作用，湿地植物的根系将氧气带入周围的土壤，但远离根部的物的根系将氧气带入周围的土壤，但远离根部的环境处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加环境处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加强了人工湿地去除复杂污染物的能力。大部分有强了人工湿地去除复杂污染物的能力。大部分有机物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污染物机物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。净化废水的机理净化废水的机理 通俗地说，人工湿地对废水的处理综合了通俗地说，人工湿地对废水

17、的处理综合了物理、化学、生物的三种作用。实地系统成熟物理、化学、生物的三种作用。实地系统成熟后，填料表面和植物根系将因大量微生物的生后，填料表面和植物根系将因大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时，大量长而形成生物膜。废水流经生物膜时，大量SSSS被填料和植物根系阻挡截留，有机污染物则通被填料和植物根系阻挡截留，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除。过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境中依次出现好氧、缺氧、厌氧状态，周围的环境中依次出现好氧、缺氧、厌氧状态，通过硝化、反硝化作用

18、将其除去，最后湿地系通过硝化、反硝化作用将其除去，最后湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去。统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去。悬浮物去除悬浮物去除 污水中的悬浮物含有大量的污染物质，例如有机物、污水中的悬浮物含有大量的污染物质，例如有机物、氮磷、重金属和病原菌等，因此去除悬浮物可以提高污氮磷、重金属和病原菌等，因此去除悬浮物可以提高污水的去除率。悬浮物主要通过过滤、沉淀、湿地介质表水的去除率。悬浮物主要通过过滤、沉淀、湿地介质表面的吸附及微生物生长等作用从水中去除。湿地对悬浮面的吸附及微生物生长等作用从水中去除。湿地对悬浮物的去除非常有效，悬浮固体出水值一般低于物的去除非常有

19、效，悬浮固体出水值一般低于10mg/L。为防止在进水口附近发生堵塞，进水前必须设置预处理为防止在进水口附近发生堵塞，进水前必须设置预处理以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。以降低总固体浓度，一般设置沉淀池即可。有机物的去除有机物的去除污水中的有机物包括包括颗粒性有机物和溶解性有机污水中的有机物包括包括颗粒性有机物和溶解性有机物。前者通过沉淀和过滤可迅速去除，而后者则通过植物。前者通过沉淀和过滤可迅速去除，而后者则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解而去除。微生物降解有机物又分为好氧降解和厌氧降解而去除。微生物降解有机物又分为好

20、氧降解和厌氧降解。好氧降解主要由好氧异氧菌控制：好氧降解主要由好氧异氧菌控制：CH2O+O2=CO2+H2O厌氧降解由兼性厌氧菌和专性厌氧菌控制，该过程分厌氧降解由兼性厌氧菌和专性厌氧菌控制，该过程分两步进行。第一步主要产物为脂肪酸，如乙酸、乳酸、两步进行。第一步主要产物为脂肪酸，如乙酸、乳酸、乙醇、乙醇、CO2和和H2。C6H12O6+2H2O=2CH3COOH+4H2+2CO2 C6H12O6=2CH3CHOHCOOH C6H12O6=2CO2+2CH3CH2OH硫酸盐还原菌和产甲烷菌利用上述脂肪酸进行代谢活动。硫酸盐还原菌和产甲烷菌利用上述脂肪酸进行代谢活动。CH3COOH+H2SO4=

21、2CO2+2H2O+H2S CH3COOH+4H2=2H2O+2CH4 CO2+4H2=CH4+2H2OBOD的去除包括几个生物化学过程：好氧呼吸，厌氧消减的去除包括几个生物化学过程：好氧呼吸，厌氧消减和硫酸盐还原。和硫酸盐还原。氮、磷的去除氮、磷的去除污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮、亚硝污水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐。有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。研究酸盐和硝酸盐。有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。研究表明，人工湿地处理系统对氮的去除作用包括基质的吸附、过表明，人工湿地处理系统对氮的去除作用包括基质的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微

22、生物硝化、反硝化作用。滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生物硝化、反硝化作用。人工湿地系统中对人工湿地系统中对P的去除主要通过下面三个方面：微生物的去除主要通过下面三个方面：微生物正常的同化或植物的吸收作用；聚磷菌的过量摄正常的同化或植物的吸收作用；聚磷菌的过量摄P作用；基质的作用；基质的物理化合作用。其中最主要的是基质对物理化合作用。其中最主要的是基质对P的吸附作用及其纳的吸附作用及其纳P容容量，其吸附作用与基质中量，其吸附作用与基质中Fe，Al 和和Ca等金属离子有关，而植等金属离子有关，而植物吸收对物吸收对P的去除效率影响不大。的去除效率影响不大。重金属去除重金属去除 人工湿地对重金属也有很

23、强的去除能力。金属离子去除人工湿地对重金属也有很强的去除能力。金属离子去除机理主要有：植物的吸收和富集作用、土壤胶体颗粒的吸附、机理主要有：植物的吸收和富集作用、土壤胶体颗粒的吸附、悬浮颗粒的过滤和沉淀，人工湿地对污水中重金属去除是通悬浮颗粒的过滤和沉淀，人工湿地对污水中重金属去除是通过植物、微生物、土壤基质等组成成分共同起作用的。过植物、微生物、土壤基质等组成成分共同起作用的。人工湿地处理系统及性能人工湿地处理系统及性能人工湿地处理系统人工湿地处理系统人工湿地污水处理系统由人工湿地污水处理系统由预处理单元预处理单元和和人工湿地单人工湿地单元元组成。通过合理设计可将组成。通过合理设计可将BOD

24、5、SS、营养盐、原生动、营养盐、原生动物、金属离子和其他物质处理达到二级和高级处理水平。物、金属离子和其他物质处理达到二级和高级处理水平。预处理主要去除粗颗粒和降低有机负荷。构筑物包预处理主要去除粗颗粒和降低有机负荷。构筑物包括双层沉淀池、化粪池、稳定塘或初沉池。括双层沉淀池、化粪池、稳定塘或初沉池。人工湿地中的流态采用推流式、回流式、阶梯进水人工湿地中的流态采用推流式、回流式、阶梯进水或综合式。或综合式。推流式推流式回流式回流式阶梯式进水阶梯式进水综合式综合式 人工湿地污水处理系统的性能人工湿地污水处理系统的性能人工湿地污水处理系统主要由植物、微生物、基质、水体人工湿地污水处理系统主要由植

25、物、微生物、基质、水体及动物组成及动物组成,各组成成分分别起着不同的作用各组成成分分别起着不同的作用,并且相互协并且相互协同同,使得整个湿地生态系统平衡运转使得整个湿地生态系统平衡运转,发挥良好的净化功能发挥良好的净化功能.植物植物植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地净化污水过程植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地净化污水过程中中,植物的作用可以归纳为植物的作用可以归纳为3 3个重要的方面个重要的方面:回收利用污水回收利用污水中可利用态的营养物质中可利用态的营养物质,吸附、富集重金属和一些有毒有害吸附、富集重金属和一些有毒有害物质物质;为根区好氧微生物输送氧气为根区好氧微生物输送氧气;增强

26、和维持介质的增强和维持介质的水力传输。水力传输。一般来说一般来说,选择湿地植物要注意几个原则：选择湿地植物要注意几个原则：净化能力，净化能力，耐污能力和抗寒、抗热能力强，对不同的污染物采用相应的耐污能力和抗寒、抗热能力强，对不同的污染物采用相应的植物种类；植物种类；选择在本地适应性好的植物，最好是本地植物；选择在本地适应性好的植物，最好是本地植物；根系发达、生物量大；根系发达、生物量大；抗病虫害能力强；抗病虫害能力强；最好有广泛最好有广泛用途或经济价值；用途或经济价值；易管理，综合利用价值高。易管理，综合利用价值高。不同的植物类型对不同的污染物质具有一定的针对性。不同的植物类型对不同的污染物质

27、具有一定的针对性。对氮磷去除效果较好的湿地植物，如茭白、芦苇、水烛、灯对氮磷去除效果较好的湿地植物，如茭白、芦苇、水烛、灯心草。对重金属有较好的去除作用的植物是：宽叶香蒲，且心草。对重金属有较好的去除作用的植物是：宽叶香蒲，且对对Pb、Zn、Cd 等重金属有较好的去除作用。等重金属有较好的去除作用。人工湿地中植物能将光合作用产生的氧气通过气道输送人工湿地中植物能将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区至根区,在植物根区的还原态介质中形成氧化态的微环境。在植物根区的还原态介质中形成氧化态的微环境。这种根区有氧区域和缺氧区域的共同存在为根区的好氧、兼这种根区有氧区域和缺氧区域的共同存在为根区的好氧、

28、兼性和厌氧微生物提供了各自适宜的小生境性和厌氧微生物提供了各自适宜的小生境,使不同的微生物使不同的微生物各得其所各得其所,发挥相辅相成的作用。由于植物根和根系对介质发挥相辅相成的作用。由于植物根和根系对介质的穿透作用的穿透作用,在介质中形成了许多微小的气室或间隙在介质中形成了许多微小的气室或间隙,减小了减小了介质的封闭性介质的封闭性,增强了介质的疏松度增强了介质的疏松度,从而使得介质的水力传从而使得介质的水力传输得到加强和维持。输得到加强和维持。影响植物处理效果的因素有季节性衰退影响植物处理效果的因素有季节性衰退,如直接损伤、擦如直接损伤、擦伤、水质和基质的不同组成、水位的高低以及富营养状态都

29、伤、水质和基质的不同组成、水位的高低以及富营养状态都能引起水生植物的衰退。能引起水生植物的衰退。微生物微生物人工湿地中微生物是净化污水的人工湿地中微生物是净化污水的“主力军主力军”。其数量在一定。其数量在一定程度上可反映人工湿地净化污水的能力。它们把有机质作为丰富程度上可反映人工湿地净化污水的能力。它们把有机质作为丰富的能源，将其转化为营养物质和能量。人工湿地在处理污水之前，的能源，将其转化为营养物质和能量。人工湿地在处理污水之前，各类微生物的数量与自然湿地基本相同。但随着污水不断进入人各类微生物的数量与自然湿地基本相同。但随着污水不断进入人工湿地系统，某些微生物的数量将逐渐增加，并在一定时间

30、内达工湿地系统，某些微生物的数量将逐渐增加，并在一定时间内达到最大值而趋于稳定。到最大值而趋于稳定。人工湿地系统中的微生物主要去除污水中的有机质和人工湿地系统中的微生物主要去除污水中的有机质和N，某些，某些难降解的有机物质和有毒物质需要运用微生物的诱发变异特性，难降解的有机物质和有毒物质需要运用微生物的诱发变异特性，培育驯化适宜吸收和消化这些有机物质和有毒物质的优势细菌，培育驯化适宜吸收和消化这些有机物质和有毒物质的优势细菌，进行降解。人工湿地中微生物的活动是湿地净化污水的最主要因进行降解。人工湿地中微生物的活动是湿地净化污水的最主要因素。现有研究已经发现在素。现有研究已经发现在BOD5、CO

31、D 以及氮等降解的过程中微以及氮等降解的过程中微生物都发挥了重要作用。生物都发挥了重要作用。人工湿地中的优势菌种有假单胞杆菌属人工湿地中的优势菌种有假单胞杆菌属Pseudomonas、产、产碱杆菌属碱杆菌属Alcaligens 和黄杆菌属和黄杆菌属Flavobacterium，均为生长快，均为生长快速的微生物，其体内含有降解质粒，是分解有机物的主体微生速的微生物，其体内含有降解质粒，是分解有机物的主体微生物种群。此外，对于有些难降解的有机物和有毒物须运用微生物种群。此外，对于有些难降解的有机物和有毒物须运用微生物诱导变异特性，培育驯化适宜吸收和消化这些物质的优势种，物诱导变异特性，培育驯化适宜

32、吸收和消化这些物质的优势种，进行降解。进行降解。同时，研究发现湿地中的微生物数目和种类与污水净化效同时，研究发现湿地中的微生物数目和种类与污水净化效果也有一定的关系。其数量越多则去除率越高。其中污水中果也有一定的关系。其数量越多则去除率越高。其中污水中BOD5的去除率与湿地细菌总数显著相关，氨氮的去除率与硝的去除率与湿地细菌总数显著相关，氨氮的去除率与硝化细菌和反硝化细菌的数量密切相关，污水中总大肠杆菌的去化细菌和反硝化细菌的数量密切相关，污水中总大肠杆菌的去除率与湿地原生动物和放线菌数量也存在显著相关性。这也从除率与湿地原生动物和放线菌数量也存在显著相关性。这也从一个方面说明湿地微生物在污染

33、物降解中起到了重要作用。一个方面说明湿地微生物在污染物降解中起到了重要作用。基质基质基质基质,又称填料又称填料,是人为设计的由不同大小的砾、沙、土是人为设计的由不同大小的砾、沙、土颗粒等按一定厚度铺成的供植物生长、微生物附着的床体。基颗粒等按一定厚度铺成的供植物生长、微生物附着的床体。基质是污水处理的主要场所质是污水处理的主要场所,也是微生物的主要载体，同时又可也是微生物的主要载体，同时又可以为水生植物提供支持载体和生长所需的营养物质，当这些营以为水生植物提供支持载体和生长所需的营养物质，当这些营养物质通过污水流经人工湿地时养物质通过污水流经人工湿地时,基质通过一些物理、化学途基质通过一些物理

34、、化学途径径(如吸附、吸收、过滤、沉淀、络合反应和离子交换等如吸附、吸收、过滤、沉淀、络合反应和离子交换等)来来去除污水中的去除污水中的SS、N、P等营养物质。等营养物质。自由表面流系统多以土壤为基质自由表面流系统多以土壤为基质,潜流与垂直流系统则根潜流与垂直流系统则根据不同的特征污染物选择不同的基质据不同的特征污染物选择不同的基质,并须考虑便宜、易于取并须考虑便宜、易于取材等因素。材等因素。动物动物动物是作为人工湿地生态系统中必不可少的一部分动物是作为人工湿地生态系统中必不可少的一部分,其在其在食物链与营养级的生态平衡中起到重要作用食物链与营养级的生态平衡中起到重要作用,进而对人工湿地进而对

35、人工湿地污水处理系统的稳定性作出了重要贡献。目前污水处理系统的稳定性作出了重要贡献。目前,关于人工湿地关于人工湿地中动物参与污染物净化方面的研究甚少中动物参与污染物净化方面的研究甚少,有研究提到了蚯蚓有研究提到了蚯蚓(Drilonema)能起到清洁垃圾的作用能起到清洁垃圾的作用,从而减少了排泥次数。从而减少了排泥次数。蚯蚓和沙蚕蚯蚓和沙蚕(Nereisdiversicolor)对重金属有富集作用对重金属有富集作用,可可以推测这些动物对污水中的重金属去除也能起一些作用以推测这些动物对污水中的重金属去除也能起一些作用。5、存在的问题及解决方案、存在的问题及解决方案温度问题温度问题温度影响包括温度影

36、响包括:低温时生物活性下降和植物的死亡；低温时生物活性下降和植物的死亡；对于表面流和竖流湿地对于表面流和竖流湿地,低温时表面会结冰，冰层覆盖不低温时表面会结冰，冰层覆盖不仅阻碍了大气的复氧过程仅阻碍了大气的复氧过程,使生化水平降低使生化水平降低,而且冰层的而且冰层的存在减少了有效水深存在减少了有效水深,从而缩短了停留时间从而缩短了停留时间,进而对处理进而对处理效果产生影响。因此效果产生影响。因此,低温会导致处理效果的显著降低。低温会导致处理效果的显著降低。目前目前,湿地中温度带来的问题还没有完全解决湿地中温度带来的问题还没有完全解决,但可以采但可以采取一些措施适当的降低温度带来的影响。取一些措

37、施适当的降低温度带来的影响。首先首先,在工艺上可以采用潜流人工湿地在工艺上可以采用潜流人工湿地:在该工艺中在该工艺中覆盖表面的表层土以及植物的落叶可以起到一定的保温覆盖表面的表层土以及植物的落叶可以起到一定的保温效果效果,而且没有表面结冰问题而且没有表面结冰问题,因此受温度的影响较小。因此受温度的影响较小。其次可以采用适当的保温措施。最后其次可以采用适当的保温措施。最后,可以加强前处理单可以加强前处理单元元,以减轻湿地的处理负荷以减轻湿地的处理负荷,这种方法可以适当降低温度这种方法可以适当降低温度对处理效果的影响。对处理效果的影响。占地面积问题占地面积问题人工湿地净化的机理与特点使其与传统的污

38、水处理工人工湿地净化的机理与特点使其与传统的污水处理工艺相比较需要较大的占地面积艺相比较需要较大的占地面积,一般认为大约是传统污水一般认为大约是传统污水处理工艺的处理工艺的23倍左右。而当今倍左右。而当今,土地资源对于很多城市土地资源对于很多城市来说是非常宝贵的来说是非常宝贵的,这就为应用该技术带来了很大的障碍。这就为应用该技术带来了很大的障碍。由于自身处理过程的特殊性由于自身处理过程的特殊性,人工湿地技术在占地上的人工湿地技术在占地上的问题很难完全解决。但可以采取适当的措施以减少占用有效问题很难完全解决。但可以采取适当的措施以减少占用有效的土地资源。首先的土地资源。首先,选址时要考虑到环境、

39、经济效益综合最选址时要考虑到环境、经济效益综合最优化和规模化的因素优化和规模化的因素,为了不占用宝贵的市区土地资源为了不占用宝贵的市区土地资源,可可将工程选址在市郊区域将工程选址在市郊区域,这样做还能减轻风沙等对市区的影这样做还能减轻风沙等对市区的影响和破坏。另外响和破坏。另外,可采用组合工艺可采用组合工艺,以提高效率以提高效率,减少占地面减少占地面积。积。出水污染物浓度回升问题出水污染物浓度回升问题水生植物生长周期较短和补给水源水质等环境的变化会水生植物生长周期较短和补给水源水质等环境的变化会引起植株的衰竭和腐烂，腐烂的茎、叶容易消耗水体中的溶引起植株的衰竭和腐烂，腐烂的茎、叶容易消耗水体中

40、的溶解氧使河床上升、底泥增多，其中释放出的有机物、氨氮等解氧使河床上升、底泥增多，其中释放出的有机物、氨氮等导致水体污染物回升，容易造成水体的二次污染。导致水体污染物回升，容易造成水体的二次污染。解决办法：及时收割调控，并将茎和叶移出水体，以解决办法：及时收割调控，并将茎和叶移出水体，以便有效削减氮、磷并培育维护良好生态系统和促进健康水便有效削减氮、磷并培育维护良好生态系统和促进健康水体的形成。体的形成。堵塞问题堵塞问题随着时间推移随着时间推移,湿地中部分营养物质会逐渐积累湿地中部分营养物质会逐渐积累,湿地湿地中的微生物也相应繁殖中的微生物也相应繁殖,再加上植物的腐败再加上植物的腐败,若维护不

41、当若维护不当,很容易产生淤积、阻塞现象。这种现象不仅会影响水的流很容易产生淤积、阻塞现象。这种现象不仅会影响水的流速速,而且会影响水的复氧而且会影响水的复氧,从而影响到微生物的活性进而从而影响到微生物的活性进而影响到处理效果。解决办法为影响到处理效果。解决办法为:选择适当的填料，最好是选择适当的填料，最好是多孔、质轻、不易板结的材质多孔、质轻、不易板结的材质,采用合适的操作工艺采用合适的操作工艺,可可以通过一定的间歇进水来恢复湿地的渗透速率以通过一定的间歇进水来恢复湿地的渗透速率,选择适当选择适当的植物密度并及时维护的植物密度并及时维护。人工湿地的环境及经济效应人工湿地的环境及经济效应湿地是一

42、种极有价值的生态系统类型，它具有各种生态湿地是一种极有价值的生态系统类型，它具有各种生态系统的功能，是单位面积生态最高的陆地生态系统。人工湿系统的功能，是单位面积生态最高的陆地生态系统。人工湿地具有自然湿地生态系统同样的功能和效应。地具有自然湿地生态系统同样的功能和效应。环境效应：环境效应：增加大气湿度；对污水净化作用；减灾和保护濒危动植增加大气湿度；对污水净化作用；减灾和保护濒危动植物；人工湿地植物多样性和景观效应；美化市容景观、衬托物；人工湿地植物多样性和景观效应；美化市容景观、衬托建筑、增加艺术效果的功能；调节区域气候。建筑、增加艺术效果的功能；调节区域气候。经济效应：经济效应：人工湿地

43、的旅游环境和景观作用；人工湿地植物的药用人工湿地的旅游环境和景观作用；人工湿地植物的药用价值；人工湿地植物的纤维作用。价值；人工湿地植物的纤维作用。人工湿地的发展趋势人工湿地的发展趋势目前目前,虽然人工湿地的研究和应用正方兴未艾，虽然人工湿地的研究和应用正方兴未艾，但其也有但其也有不足之处，今后人工湿地污水处理系统的发展趋势将体现在以不足之处，今后人工湿地污水处理系统的发展趋势将体现在以下几个方面下几个方面:开发数据库和设计指南开发数据库和设计指南由于各地的气候条件、湿地规模、负荷率、几何布置、植由于各地的气候条件、湿地规模、负荷率、几何布置、植物种类构成及废水的类型构成等变化很大，因而对人工

44、湿地很物种类构成及废水的类型构成等变化很大，因而对人工湿地很难有统一的设计和运行参数。因此要细致地研究不同地区特征难有统一的设计和运行参数。因此要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。和运行数据，以便在将来的建设中提供更合理的参数。改良人工湿地技术改良人工湿地技术目前，世界各国都投入了大量精力以改良人工湿地技目前，世界各国都投入了大量精力以改良人工湿地技术术,将一些传统污水处理技术引入人工湿地，对现有的人工将一些传统污水处理技术引入人工湿地，对现有的人工湿地系统进行研究以改良和优化工程设计参数。如北美湿湿地系统进行研究以改良和优化工程设计参数。如北美湿地工程公司

45、地工程公司(NAWE)借鉴污泥回流技术和鼓风曝气开发了循借鉴污泥回流技术和鼓风曝气开发了循环流湿地工艺和通风强化床工艺。环流湿地工艺和通风强化床工艺。另外，对系统的长期运行能力和管理问题进行研究，另外，对系统的长期运行能力和管理问题进行研究，优化工程设计参数也是一个重要的方面；由于其所涉及机优化工程设计参数也是一个重要的方面；由于其所涉及机理的复杂性和领域的广泛性，虽然有些机理研究已经得到理的复杂性和领域的广泛性，虽然有些机理研究已经得到初步的认可，但是仍有许多问题需要进一步研究。初步的认可，但是仍有许多问题需要进一步研究。不断扩大应用范围不断扩大应用范围人工湿地自广泛使用以来表现出极大的发展

46、潜力，从人工湿地自广泛使用以来表现出极大的发展潜力，从而得到公众的普遍接受。应用于人工湿地中的各种强化手而得到公众的普遍接受。应用于人工湿地中的各种强化手段旨在提高其净化效能、扩大其应用范围、增强其运行稳段旨在提高其净化效能、扩大其应用范围、增强其运行稳定性、延长其使用寿命。相信在未来定性、延长其使用寿命。相信在未来,越来越多的强化技术越来越多的强化技术会应用于其中，使得人工湿地在工业废水、农业面源污染、会应用于其中，使得人工湿地在工业废水、农业面源污染、暴雨径流、中水回用、再生及生物方面发挥更大的作用。暴雨径流、中水回用、再生及生物方面发挥更大的作用。在我国在我国,人工湿地的研究起步较晚人工

47、湿地的研究起步较晚,因此有关湿地植物的研因此有关湿地植物的研究还需不断深入、探索。今后我国人工湿地水生植物的研究可究还需不断深入、探索。今后我国人工湿地水生植物的研究可以着重关注以下几方面：以着重关注以下几方面：人工湿地生境条件下水生植物的生理生态研究；人工湿地生境条件下水生植物的生理生态研究；人工湿地水生植物对有毒有害污染废水净化方面的研究；人工湿地水生植物对有毒有害污染废水净化方面的研究；人工湿地水生植物种类的筛选及其适宜人工生境的研究人工湿地水生植物种类的筛选及其适宜人工生境的研究与创建；与创建；通过人工湿地水生植物种类的选择或对水生植物的管理通过人工湿地水生植物种类的选择或对水生植物的

48、管理来激发新根生长以提高氧的传递；来激发新根生长以提高氧的传递；关于收割植物对人工湿地有机质影响的研究。关于收割植物对人工湿地有机质影响的研究。人工湿地的应用51利用人工湿地处理利用人工湿地处理生活污水的工艺流程生活污水的工艺流程 52潜流人工湿地设计示意图潜流人工湿地设计示意图(一一)53潜流人工湿地设计示意图潜流人工湿地设计示意图(二二)54深圳白泥坑人工湿地处理系统深圳白泥坑人工湿地处理系统 我国我国“七五七五”开始对人工湿地进行研究，已建成一开始对人工湿地进行研究，已建成一些示范工程，并于些示范工程，并于1990年年7月在深圳建起我国第一个人工月在深圳建起我国第一个人工湿地污水处理工程

49、湿地污水处理工程白泥坑人工湿地处理系统。白泥坑人工湿地处理系统。白泥坑人工湿地污水处理系统位于深圳市宝安县百白泥坑人工湿地污水处理系统位于深圳市宝安县百泥坑村南泥坑村南500m处。水系沿山角流向海湾属海洋性气候。处。水系沿山角流向海湾属海洋性气候。占地面积占地面积189亩，日处理量亩，日处理量3100m3/d废水。其处理流程见废水。其处理流程见图图1：人工湿地及氧化塘系统各单元的设计参数见表人工湿地及氧化塘系统各单元的设计参数见表1：经过近两年的试验运转，出水效果较好。除氨氮指标经过近两年的试验运转，出水效果较好。除氨氮指标效果不明显外，其余指标均能达到国家规定的二级处理效果不明显外，其余指标

50、均能达到国家规定的二级处理排放标准。该工程无动力消耗，管理较方便，除每月作排放标准。该工程无动力消耗，管理较方便，除每月作一次水质监测外，平时无需其它管理。从外观看，进水一次水质监测外，平时无需其它管理。从外观看，进水水质略显浑浊，但无色无臭，是一个村镇排出的生活污水质略显浑浊，但无色无臭，是一个村镇排出的生活污水及少量村办企业的废水汇合而成。其运行费用为水及少量村办企业的废水汇合而成。其运行费用为0.02元元/m3仅为传统活性污泥法的仅为传统活性污泥法的10。深圳人工湿地系统与其它污水处理厂的经济比较深圳人工湿地系统与其它污水处理厂的经济比较：从表可以看出，人工湿地的工程总投资，处理单位污水