人工濕地的現(xiàn)狀與展望課件

人工濕地的現(xiàn)狀與展望匯報(bào)人：.人工濕地的現(xiàn)狀與展望匯報(bào)人：.1人工濕地概述01人工濕地的應(yīng)用02人工濕地的優(yōu)勢(shì)03未來(lái)展望及挑戰(zhàn)04目錄頁(yè).人工濕地概述01人工濕地的應(yīng)用02人工濕地的優(yōu)勢(shì)03未來(lái)展望2人工濕地概述1人工濕地概述著名案例人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀.人工濕地概述1人工濕地概述著名案例人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀.3

人工濕地概述

人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類(lèi)似的地面，將污水、污泥有控制的投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動(dòng)的過(guò)程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對(duì)污水、污泥進(jìn)行處理的一種技術(shù)。.人工濕地概述人工濕地是由人工建造和控4人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀

從歷史的考察看，利用濕地改善水質(zhì)并非一個(gè)新發(fā)明，早在古代中國(guó)和埃及，這種觀念就貫穿于人們的日常生活之中。那時(shí)所謂的濕地主要是指天然濕地。20世紀(jì)60年代末，通過(guò)人工調(diào)控的方法對(duì)污水進(jìn)行處理的工藝開(kāi)始逐漸受到世界各國(guó)有關(guān)領(lǐng)域研究者們的關(guān)注。人工濕地(Constructedwetland)的概念，是20世紀(jì)70年代始才提出的。從起初的實(shí)驗(yàn)研究、理論探索，逐步走向今天大規(guī)模推廣應(yīng)用，也不過(guò)30多年的歷史。隨著科學(xué)家們對(duì)人工濕地研究的深人和工藝的改進(jìn)，現(xiàn)在的人工濕地已發(fā)展成一種較為完備和獨(dú)立的污水處理技術(shù)。有關(guān)人工濕地最早報(bào)道是1904年澳大利亞學(xué)者BrianMackey的研究，后來(lái)出現(xiàn)由德國(guó)Seidel在1953年研究的Max-Planck-Institute-Process處理系統(tǒng)和Kickuth于20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)的“根區(qū)法”，荷蘭1967年的LelystadProcess表面流處理系統(tǒng)，美國(guó)20世紀(jì)70年代NASA的國(guó)家空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究的“礫石床”系統(tǒng)。1974年德國(guó)首先建造了人工濕地。此后在歐洲國(guó)家、美國(guó)、加拿達(dá)等國(guó)家得到推廣和規(guī)模發(fā)展。

.人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀從歷史的考察看，利用濕5人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)人工濕地的研究，始于上世紀(jì)50年代，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所是最早開(kāi)展人工濕地生態(tài)工程的單位。一大批濕地科學(xué)家開(kāi)展了石化廢水的氧化塘生物處理、城市污水和湖泊綜合污染、水生態(tài)重建等研究，取得了大量的研究成果，為我國(guó)污水處理提供了科學(xué)方法，為人工濕地的構(gòu)建和工程示范提供了設(shè)計(jì)參數(shù)，也為進(jìn)一步深入研究奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代中期吳振斌組織申報(bào)成功了歐洲聯(lián)盟重大國(guó)際科技合作項(xiàng)目“熱帶與亞熱帶區(qū)域水質(zhì)改善、回用與水生態(tài)系統(tǒng)重建的生物工藝學(xué)對(duì)策研究”。研發(fā)了以復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）為核心的生態(tài)工程技術(shù)，對(duì)濕地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程、植物選擇與組合、處理效果、凈化機(jī)制、運(yùn)行管理等方面展開(kāi)了系統(tǒng)研究，發(fā)表大量論文并獲得國(guó)家專(zhuān)利。此研究成果已廣泛應(yīng)用于地表徑流面源污染、城鎮(zhèn)綜合生活污水、漁業(yè)養(yǎng)殖、公園水質(zhì)調(diào)控、食品、造紙、礦山等工業(yè)廢水的處理與回用；也用于河流、湖泊、近岸海域污染水體的修復(fù)等諸多領(lǐng)域。這不僅對(duì)推進(jìn)我國(guó)人工濕地的構(gòu)建、污水處理與回用具有重要指導(dǎo)意義，且在世界范圍內(nèi)人工濕地的研究和應(yīng)用也產(chǎn)生了重大影響。.人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)人工濕地的研究，始于上6著名案例

阿德菜植物園FirstCreek濕地

Adelaide植物園濕地位于FirstCreek，這里是一個(gè)高度城市化的水路區(qū)域，距離Adelaide市中心不遠(yuǎn)。這片濕地對(duì)于改善洪水泛濫，凈化污染的暴雨徑流具有十分重要的作用，它是含水土層儲(chǔ)存和恢復(fù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)ASR）的來(lái)源，為眾多植物和昆蟲(chóng)提供了棲息地，同時(shí)又是一個(gè)具有教育意義和娛樂(lè)意義的場(chǎng)地，十分有價(jià)值。.著名案例.7著名案例

美國(guó)波特蘭坦納斯普林斯公園

公園位于波特蘭珍珠區(qū)，項(xiàng)目場(chǎng)地的前身是一塊濕地，后被開(kāi)發(fā)為工業(yè)用地。公園的設(shè)計(jì)理念是：用“現(xiàn)代的新技術(shù)再現(xiàn)過(guò)去”。因此設(shè)計(jì)在工業(yè)廢棄地上重現(xiàn)濕地景觀，一方面為城市提供綠色空間，另一方面通過(guò)水和濕地生境喚起場(chǎng)地的濕地景觀，是對(duì)歷史的追溯。設(shè)計(jì)利用場(chǎng)地地形由南向北逐漸降化的特點(diǎn)，匯集周邊下墊面的雨水，匯入凈化系統(tǒng)，結(jié)合噴泉曝氣功能形成趣味性水景。場(chǎng)地中的藝術(shù)景墻的設(shè)置喚起了對(duì)于歷史鐵路的追憶。在城市綠地中，這個(gè)小型的濕地公園改善了小氣候、豐富了物種多樣性，同時(shí)為城市提供了休閑娛樂(lè)的場(chǎng)所.著名案例.8著名案例

上海世博會(huì)后灘濕地公園

后灘公園位于上海2010世博園的核心綠地景觀之一，位于上海市中心，位于園區(qū)西南角，黃浦江之東岸，延黃浦江的岸線(xiàn)長(zhǎng)約1.7km,總面積約為1.42公頃。后灘公園建立了一個(gè)可以復(fù)制的水系統(tǒng)的生態(tài)凈化模式，創(chuàng)立了新的公園管理模式，它不僅滿(mǎn)足安全疏散、游憩等候的功能，還承擔(dān)著濕地保護(hù)、科普教育、濕地水處理和生態(tài)風(fēng)景觀賞的職能。.著名案例.9人工濕地的應(yīng)用2人工濕地的特性人工濕地的分類(lèi)人工濕地的去污機(jī)理人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素.人工濕地的應(yīng)用2人工濕地的特性人工濕地的分類(lèi)人工濕地的去污機(jī)10人工濕地的特性濕地是陸地與水生系統(tǒng)之間的過(guò)渡地帶,有著很高的生產(chǎn)力以及轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽的能力。濕地處于水陸交錯(cuò)帶可對(duì)流經(jīng)其的水流及其攜帶的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)起到過(guò)濾凈化作用,由于其在水分和化學(xué)循環(huán)中所表現(xiàn)出來(lái)的功能,被譽(yù)為“地球之腎”。所有的污染處理過(guò)程都同時(shí)發(fā)生在濕地這一單獨(dú)的“生態(tài)系統(tǒng)”反應(yīng)堆里。濕地作為水污染凈化處理的系統(tǒng)有著耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用低、無(wú)二次污染等諸多優(yōu)勢(shì),人們意識(shí)到不僅可以利用自然濕地來(lái)達(dá)到這一目的,更多地開(kāi)始建立人工濕地以達(dá)到更大范圍的水污染處理應(yīng)用。目前,國(guó)內(nèi)外人工濕地在水污染處理方面的研究涉及到工業(yè)廢水處理、動(dòng)物排泄物污染、造紙廠污水、城市和農(nóng)村生活污水以及城市暴雨徑流污染等多個(gè)方面。.人工濕地的特性濕地是陸地與水生系統(tǒng)之間的過(guò)渡地帶,有11人工濕地的分類(lèi)

20世紀(jì)50年代以來(lái)的研究表明,人工濕地之所以能實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效凈化,是因?yàn)槿斯竦啬軌蚶没|(zhì)—微生物—植物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用,通過(guò)沉淀與過(guò)濾、吸附、離子交換、植物吸收、微生物轉(zhuǎn)化與降解、沉淀析出和泥炭加積等作用去除污染物,同時(shí)通過(guò)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán),促進(jìn)植物生長(zhǎng)并使其增產(chǎn),實(shí)現(xiàn)廢水的資源化與無(wú)害化。目前越來(lái)越多的城市和地區(qū)開(kāi)始根據(jù)不同污染物類(lèi)型以及當(dāng)?shù)刈匀粭l件,構(gòu)建不同類(lèi)型的人工濕地,模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)理,更加有效地進(jìn)行各類(lèi)水污染處理.人工濕地的分類(lèi)20世紀(jì)50年代以來(lái)的研究表明,人工濕12自由表面流人工濕地我國(guó)在“七五”期間開(kāi)展人工濕地的研究,分別在北京昌平、深圳白泥坑、天津等地建成不同處理規(guī)模的人工濕地處理工程,這些處理系統(tǒng)大多為自由表面流人工濕地,這種類(lèi)型的人工濕地具有投資少、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)則是占地面積大,水力負(fù)荷低,去污能力有限,受氣候影響較大,夏季會(huì)孽生蚊蠅、散發(fā)臭味。

表面流人工濕地典型結(jié)構(gòu)如圖，又稱(chēng)自由表面流人工濕地系統(tǒng)（freewatersurfaceconstructedwetland），在北美地區(qū)采用較多。濕地通常由一個(gè)或幾個(gè)池體組成，池體間設(shè)隔墻，底部及墻體采取防滲措施以防止污水?dāng)U散。種有效的廢水處理技術(shù)。池中一般填有土壤、砂或者其它合適的基質(zhì)供水生植物根系的發(fā)育和固定。此類(lèi)濕地流動(dòng)水位較淺，多在(0.1~0.6)m，污水在濕地單元中緩慢水平流動(dòng)，污水中的絕大部分有機(jī)物的去除是由生長(zhǎng)在植物水下莖桿上的生物膜來(lái)完成，與自然濕地最為接近。.自由表面流人工濕地我國(guó)在“七五”期間開(kāi)展人工濕地的研13潛流型人工濕地水平潛流人工濕地及垂直潛流人工濕地的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。潛流濕地的主體結(jié)構(gòu)類(lèi)似表面流人工濕地，但污水在基質(zhì)中流動(dòng)時(shí)，水面低于基質(zhì)表面，呈潛流狀態(tài)，因而一方面充分利用了基質(zhì)表面生長(zhǎng)的生物膜、豐富的植物根系及基質(zhì)的截留作用，提高了處理效果和處理能力，另一方面由于水流一直在基質(zhì)表面以下流動(dòng)，避免了表面流濕地中的蚊蠅及臭味問(wèn)題，并一定程度上降低溫度變化的影響。潛流型人工濕地的污染物降解接觸點(diǎn)多，微生物豐富，耐沖擊；負(fù)荷較大，占地面積小，污水處理效率高。缺點(diǎn)是建造費(fèi)用高，有機(jī)負(fù)荷較高時(shí)，容易發(fā)生堵塞，因此維護(hù)和管理費(fèi)用也較高。.潛流型人工濕地水平潛流人工濕地及垂直潛流人工濕地的典14潛流型人工濕地水平潛流人工濕地污水從以水平方式在基質(zhì)空隙中流動(dòng)，污染物在微生物、基質(zhì)和植物的共同作用下，通過(guò)一系列的物理、物化和生物作用得以去除。與表面流濕地相比，水平潛流濕地水力負(fù)荷高，對(duì)BOD、COD、SS、重金屬等污染物的去除效果較好，且無(wú)惡臭和蚊蠅孳生，是目前采用最廣泛的一種濕地形式。但控制相對(duì)復(fù)雜，N、P去除效果不如垂直流人工濕地。垂直流濕地分為下向流和上向流兩種，下向流垂直流濕地以其操作相對(duì)簡(jiǎn)單更為常用，污水從濕地表面流入，從上到下流經(jīng)濕地基質(zhì)層，由底部流出。上向流水流方向反之。由于氧氣可通過(guò)大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入濕地系統(tǒng)，其內(nèi)部充氧更為充分，有利于好氧微生物的生長(zhǎng)和硝化反應(yīng)的進(jìn)行，氮、磷去除效果較好。.潛流型人工濕地水平潛流人工濕地污水從以水平方式在15自由漂浮的大型植物人工濕地過(guò)去人工濕地去污功能的研究多在蘆葦或香蒲等濕地上進(jìn)行,用自由漂浮的大型植物人工濕地去除污染物的研究相對(duì)較少。隨著人們生活水平的提高,極大地促進(jìn)了畜牧業(yè)的發(fā)展,但同時(shí),由于對(duì)牲畜的排泄物及沖洗圈舍的廢水處理不當(dāng)給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。目前,部分地區(qū)開(kāi)始建造自由漂浮的大型植物人工濕地來(lái)凈化畜牧養(yǎng)殖排放的廢水,以去除廢水中的氮、磷和有機(jī)污染物。在這種系統(tǒng)中,廢水從濕地表面流過(guò),覆蓋整個(gè)植物根系,系統(tǒng)中的植物通過(guò)光合作用和根系的滲透作用將氧傳輸?shù)礁橘|(zhì),并且為與氮磷循環(huán)有關(guān)的微生物生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境,微生物是消除污染物的作用者,它能夠在去除氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物的同時(shí)把有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量,根系通過(guò)吸收廢水中的氮、磷以及其他營(yíng)養(yǎng)元素以便滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)需要,最終收獲系統(tǒng)中的植物把廢水中的氮、磷等污染物去除。該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于設(shè)施簡(jiǎn)單、投資少、建造簡(jiǎn)易、管理方便,病蟲(chóng)害亦較少發(fā)生,去污效果良好,適用范圍廣泛,它不僅適用于污染物含量高的養(yǎng)豬場(chǎng)等畜牧業(yè)污水治理,也適用于污染物濃度較低的生活污水的治理,該系統(tǒng)所選擇的植物種類(lèi)對(duì)污水中采用常規(guī)方法難以處理的氮、磷的吸收去除能力較強(qiáng),并且通常情況下該系統(tǒng)中生長(zhǎng)的植物不需人為另外施肥,利用水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)即可滿(mǎn)足植物的生長(zhǎng)需要,且收獲的植物可作為飼料喂養(yǎng)牲畜。目前在此類(lèi)人工濕地種植的植物主要有水葫蘆、美人蕉、風(fēng)車(chē)草等。.自由漂浮的大型植物人工濕地過(guò)去人工濕地去污功能的研究16人工濕地的去污機(jī)理人工濕地脫氮機(jī)理

人工濕地脫除水體中氮素的主要方法：（1）利用植物去除水體中的氮素，濕地植物的根、莖、葉等組織對(duì)氮素有著不同的吸收能力；（2）利用基質(zhì)吸附水體中氮素；（3）利用硝化-反硝化作用脫氮。其中，硝化-反硝化作用是當(dāng)前濕地去除水體中氮素的最主要機(jī)理。硝化反應(yīng)如下：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O硝化作用與濕地內(nèi)部溶解氧（DO）有著密切關(guān)聯(lián)，通常DO充裕時(shí)，硝化過(guò)程可以順利進(jìn)行。反硝化反應(yīng)如下：NO3-+2e-+2H+=NO2-+H2ONO2-+e-+2H+=NO+H2O2NO+2e-+2H+=N2O+H2ON2O+2e-+2H+=N2+H2O.人工濕地的去污機(jī)理人工濕地脫氮機(jī)理.17人工濕地的去污機(jī)理人工濕地脫氮機(jī)理反硝化作用與濕地進(jìn)水中碳源含量有著密切關(guān)聯(lián)，當(dāng)濕地內(nèi)部碳源充足時(shí)，反硝化過(guò)程可以正常進(jìn)行。在濕地中，硝化反應(yīng)僅改變氨氮的形態(tài)，使其轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮，但硝態(tài)氮還是存在于水體中，濕地并未從真正意義上將氮去除。而反硝化反應(yīng)則是完全將水體中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮，完成了濕地脫氮的最終目標(biāo)。從這個(gè)意義而言，反硝化作用對(duì)人工濕地去除水體中氮素而言意義重大。

濕地系統(tǒng)中因植物根系對(duì)氧的傳遞釋放,使其周?chē)沫h(huán)境中依次出現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài),保證了廢水中的氮不僅能通過(guò)植物和微生物作為營(yíng)養(yǎng)吸收,還可以通過(guò)硝化、反硝化作用將其除去,最后通過(guò)植物的收割將氮從污水和濕地系統(tǒng)中去除。.人工濕地的去污機(jī)理人工濕地脫氮機(jī)理濕地系統(tǒng)中因18人工濕地的去污機(jī)理人工濕地中脫磷機(jī)理

人工濕地去除水體中磷的主要方式有物理作用、生物作用和化學(xué)作用。物理作用：磷通過(guò)其自身重力作用沉降后被去除。生物作用：（1）濕地中植物利用根、莖、葉等組織吸收水體中的磷；（2）濕地中豐富的微生物也可以積累并去除一部分水體中的磷?；瘜W(xué)作用：（1）磷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成沉淀后被去除；（2）基質(zhì)或植物通過(guò)吸附過(guò)程去除水體中的磷元素。植物收割和基質(zhì)更替是最終將磷從人工濕地中去除的有效途徑。作為濕地植物生長(zhǎng)的必需元素，磷通常因?yàn)橹参锔康暮粑饔枚晃皆谥参锔蹈浇?，或者直接被植物吸收利用后除去。此外，基質(zhì)吸附作用通常由其表面性質(zhì)決定，基質(zhì)的礦物組成和pH也決定了其對(duì)磷的沉淀作用。微生物的同化和積累對(duì)磷去除也有重要貢獻(xiàn)，因此微生物的種類(lèi)和數(shù)量是濕地除磷的重要衡量參數(shù)。.人工濕地的去污機(jī)理人工濕地中脫磷機(jī)理.19人工濕地的去污機(jī)理人工濕地中有機(jī)物的去除機(jī)理有機(jī)物進(jìn)入人工濕地的主要途徑：（1）濕地進(jìn)水中帶入的有機(jī)物；（2）濕地微生物及植物在代謝過(guò)程中所產(chǎn)生的降解物質(zhì)；（3）大氣沉降中的含碳化合物和水體中的碳水化合物。人工濕地去除有機(jī)物的主要方式：（1）通過(guò)物理作用將懸浮性有機(jī)污染物從水體中去除。濕地中的基質(zhì)和植物可攔截水體中的懸浮性有機(jī)污染顆粒，并最終通過(guò)沉降作用將其去除。（2）通過(guò)氧化還原反應(yīng)降解水體中易生物降解的有機(jī)物質(zhì)，使其分解為小分子的可溶性物質(zhì)。（3）通過(guò)微生物作用去除難降解的有機(jī)物質(zhì)。濕地中有著數(shù)量繁多且品種豐富的微生物，其可處理并去除各類(lèi)復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)。此外，植物也可以通過(guò)吸收作用協(xié)同去除難降解的有機(jī)物質(zhì)。.人工濕地的去污機(jī)理人工濕地中有機(jī)物的去除機(jī)理.20人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素植物

在人工濕地中，植物不僅具有景觀效應(yīng)，更是濕地獲取氧氣的重要途徑。因?yàn)橹参锏拇嬖?，濕地?nèi)部可形成好氧及厭氧交替的環(huán)境，有利于多種微生物的繁殖生長(zhǎng)，同時(shí)為微生物降解各類(lèi)污染物質(zhì)提供適宜的環(huán)境條件。此外，植物本身也可以吸附和吸收氮、磷、懸浮物及有機(jī)物等多種污染物質(zhì)。例如：金魚(yú)藻可有效去除水體中的氮和有機(jī)物；狐尾藻可有效去除水體中的磷酸鹽、有機(jī)物和氨氮；荷花及睡蓮除了可有效去除水體中的N、P及有機(jī)物染物外，還對(duì)PAHs、Cu、Cr和Pb等污染物質(zhì)也較好的吸收效果；水蔥可吸收水體中有機(jī)物、氮磷及重金屬類(lèi)物質(zhì)，且對(duì)5000mg/L的高含鹽量再生水具有較好的去除效果。在選擇濕地植物時(shí)，盡可能篩選當(dāng)?shù)厣锪看?、根系粗廣、去污能力強(qiáng)的植物。同時(shí)，注重植物間的正確搭配，使植物發(fā)揮協(xié)同去污能力，提高濕地的除污效果。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素植物.21人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素基質(zhì)

基質(zhì)對(duì)人工濕地凈化水體有著重要作用和意義：（1）為微生物提供生長(zhǎng)表面；（2）為植物生長(zhǎng)提供介質(zhì)；（3）通過(guò)吸附、過(guò)濾和沉淀等方式凈化污染物。不同種類(lèi)的基質(zhì)除污能力不同，這取決于基質(zhì)的理化屬性。例如：孔隙率大的基質(zhì)更易使污水滲透到濕地中，有利于濕地基質(zhì)內(nèi)部形成各類(lèi)去污效應(yīng)，進(jìn)一步提高基質(zhì)的除污效率。國(guó)內(nèi)外對(duì)人工濕地基質(zhì)的研究主要集中在：蛙石、沸石、頁(yè)巖陶瓷、礫石、石英砂、粉煤灰、鋼渣、干渣、白云石等。在選擇濕地基質(zhì)時(shí)，最先篩選去污能力強(qiáng)的當(dāng)?shù)夭牧?，提高去污效能的同時(shí)，減少基質(zhì)材料的使用成本。此外，還要重視基質(zhì)之間的搭配使用，以發(fā)揮基質(zhì)之間的協(xié)同凈化能力，提高人工濕地去污效率。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素基質(zhì).22人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素碳源

在人工濕地中，碳源對(duì)于濕地反硝化過(guò)程的順利進(jìn)行有著重要的意義和作用，投加不同碳源后濕地的反硝化效果存在差異。目前，人工濕地中外加碳源主要有如下幾類(lèi)：（1）乳糖、葡萄糖和蔗糖等傳統(tǒng)固體碳源；（2）乙醇、乙酸鈉和草酸等傳統(tǒng)液體碳源，這類(lèi)傳統(tǒng)碳源不僅使用成本較高，且對(duì)水源安全具有一定影響?？紤]到上述傳統(tǒng)碳源制品的使用弊端，新型固體碳源正日益受到關(guān)注，包括：（1）秸稈、濕地植物枯葉及其提取液；（2）稻殼、棉花及報(bào)紙等天然有機(jī)物。新型固體碳源易得、經(jīng)濟(jì)且高效，是提高人工濕地脫氮效率的重要研究方向。此外，藻類(lèi)生物量中富含蛋白質(zhì)、氨基酸和碳水化合物等，如對(duì)藻類(lèi)資源加以合理利用，其可用作天然碳源物質(zhì)。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素碳源.23人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素溶解氧

溶解氧（DO）含量對(duì)人工濕地水質(zhì)凈化有著重要意義，尤其對(duì)凈化水體中的氮和有機(jī)物有著重要影響。濕地中DO主要來(lái)源：植物泌氧作用、大氣自然復(fù)氧和水體更新復(fù)氧。大氣自然復(fù)氧是濕地內(nèi)氧含量的主要來(lái)源，溫度對(duì)飽和DO含量有著直接影響。水體更新復(fù)氧：濕地內(nèi)每一次進(jìn)水及排水過(guò)程中，都會(huì)將溶解氧帶入水體。植物泌氧是指濕地中植物利用光合泌氧能力，通過(guò)根、莖和葉等組織將O2傳送至根區(qū)，豐富根區(qū)的氧環(huán)境，與此同時(shí)遠(yuǎn)離根系的區(qū)域則保持缺氧/厭氧環(huán)境，為濕地內(nèi)降解各類(lèi)污染物質(zhì)的微生物提供了相應(yīng)的生境。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素溶解氧.24人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素微生物

微生物是人工濕地水質(zhì)凈化過(guò)程中重要的參與者。作為濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生物主體，微生物通過(guò)降解和吸收作用去除水體中的污染物質(zhì)。微生物群落的組成和其功能的發(fā)揮將決定人工濕地的水質(zhì)凈化效果。人工濕地中微生物群落特征與濕地構(gòu)造有著密切關(guān)聯(lián)，而微生物活性則與溫度直接相關(guān)。人工濕地的構(gòu)造決定了其內(nèi)部呈現(xiàn)好氧/厭氧交替的過(guò)程，通常濕地上層由于植物根系泌氧作用和大氣復(fù)氧作用而呈現(xiàn)好氧環(huán)境，有利于好氧微生物的生長(zhǎng)和活動(dòng)，而濕地下層往往呈現(xiàn)厭氧狀態(tài)，有利于厭氧微生物的生長(zhǎng)或活動(dòng)。夏季高溫有利于提高微生物的活性，使微生物加速分解污染物質(zhì)，而秋冬季節(jié)隨著微生物活性下降，濕地中污染物去除率隨之下降。杜剛等發(fā)現(xiàn)，人工濕地中微生物數(shù)量與總氮去除率之間呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。梁威等發(fā)現(xiàn)，濕地中微生物數(shù)量與凱氏氮（KN）以及COD的去除率存在顯著相關(guān)性。劉慎坦等研究發(fā)現(xiàn)，濕地基質(zhì)中硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的數(shù)量與氨氮和總氮的去除呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。濕地中微生物數(shù)量與密度越高，越有利于濕地去除和分解水體中的污染物。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素微生物.25人工濕地的優(yōu)勢(shì)3具有較高的處理效率具有多重生態(tài)服務(wù)功能植物再資源化利用發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力.人工濕地的優(yōu)勢(shì)3具有較高的處理效率具有多重生態(tài)服務(wù)功能植物再26人工濕地具有較高的處理效率

近年來(lái)，依據(jù)不同污水處理目的，研發(fā)出了復(fù)合型人工濕地，即將一個(gè)或多個(gè)表面流人工濕地與一個(gè)或多個(gè)潛流型人工濕地以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接起來(lái)運(yùn)行，有利于硝化和反硝化作用的發(fā)生，達(dá)到更好的氮去除效果。通過(guò)文獻(xiàn)、研究報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)等途徑的數(shù)據(jù)搜索，研究分析了我國(guó)50個(gè)污水處理廠和202個(gè)人工濕地的進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人工濕地的氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、化學(xué)需氧量（COD）和生物需氧量（BOD5）的平均去除率分別為59.8%、44.3%、62.1%、73.4%和81.8%（表1），而污水污水處理廠相應(yīng)的平均處理效率為30%、30.1%、40%、77.9%和83.9%，在氮、磷的去除方面人工濕地比污水處理廠具有優(yōu)勢(shì)。.人工濕地具有較高的處理效率.27人工濕地具有多重生態(tài)服務(wù)功能

人工濕地的主要設(shè)計(jì)目的是對(duì)污水進(jìn)行凈化，此外，人工濕地還能提供多重生態(tài)服務(wù)功能。人工濕地能吸收二氧化碳釋放氧氣調(diào)節(jié)區(qū)域微氣候，通過(guò)植物生物量生產(chǎn)固碳，阻滯沙塵、降低噪聲。人工濕地系統(tǒng)在污水凈化工程中促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，增加綠化面積，并能為動(dòng)植物提供棲息地，有利于生物多樣性的保護(hù)。人工濕地在處理城市公園、綠地景觀水、河湖濱岸帶等地表水質(zhì)的同時(shí)，還能為人們提供更舒適的生活環(huán)境和教育娛樂(lè)用途等，具有顯著的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。自然濕地雖也具有固碳、教育及娛樂(lè)等功能，但比起污水處理廠、人工濕地而言，其污水處理能力明顯較低。而污水處理廠雖然具有一定的污水處理能力，但卻不具備上述其他的生態(tài)服務(wù)功能。人工濕地系統(tǒng)不僅可以作為一種可持續(xù)的景觀生態(tài)系統(tǒng)，還可以達(dá)到處理污水的目的，充分發(fā)揮濕地植物的多重生態(tài)功能，在人地矛盾緊張的中國(guó)無(wú)疑是一種值得大范圍推廣的污水處理發(fā)展模式。.人工濕地具有多重生態(tài)服務(wù)功能.28人工濕地具有多重生態(tài)服務(wù)功能自然濕地、人工濕地、污水處理廠的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能.人工濕地具有多重生態(tài)服務(wù)功能自然濕地、人工濕地、污水處理廠的29人工濕地的植物再資源化利用

人工濕地植物是其污水處理的核心，在人工濕地污水處理過(guò)程中起著重要作用，主要包括直接吸收氮、磷等污染物，通過(guò)根系輸氧促進(jìn)根區(qū)的氧化還原反應(yīng)與好氧微生物活動(dòng)，以及增強(qiáng)和維持介質(zhì)的水力傳輸?shù)?。人工濕地中種植的植物類(lèi)型主要有四種：浮葉植物（如睡蓮等），漂浮植物（如鳳眼藍(lán)等），挺水植物（如蘆葦?shù)龋?，沉水植物（如金魚(yú)藻等）。目前，挺水植物被廣泛用于人工濕地污水處理系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外對(duì)人工濕地植物的研究多集中在植物吸收氮效率、植物與微生物作用機(jī)制機(jī)理、植物選種配置等方面。事實(shí)上，人工濕地植物不但可以去除廢水污染物，還可直接吸收利用污水中可利用態(tài)的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，供其正常生長(zhǎng)，以達(dá)到促進(jìn)廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和再利用的目的，而此項(xiàng)研究一直被人們忽視。目前我國(guó)實(shí)際運(yùn)行的人工濕地中，植物被收割后普遍沒(méi)有得到妥善處置，造成了資源浪費(fèi)和二次污染等問(wèn)題。如把這部分植物收集起來(lái)，用做生物質(zhì)能原料便可實(shí)現(xiàn)人工濕地系統(tǒng)的再資源化利用，同時(shí)還有可能解決傳統(tǒng)生物質(zhì)發(fā)電的原料供應(yīng)與農(nóng)作物爭(zhēng)地的矛盾問(wèn)題。從理論上講，人工濕地植物有與玉米秸稈等相近的熱值，具有較高的纖維素含量和較低的木質(zhì)素含量，可以通過(guò)沼氣發(fā)酵、燃料乙醇技術(shù)、生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)等加以利用，成為一種較具潛力的生物質(zhì)能源原料。但在實(shí)際運(yùn)用中還有很多問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究，如人工濕地運(yùn)行處理效果、生物量生產(chǎn)及其能源轉(zhuǎn)化技術(shù)的協(xié)調(diào)性等。.人工濕地的植物再資源化利用.30中國(guó)人工濕地發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力

我國(guó)傳統(tǒng)的污水處理管理方式多采取“自上而下”的管理模式即由中央、地方政府撥款進(jìn)行建造，然而這種管理形式對(duì)于人工濕地的應(yīng)用推廣效果并不理想。一些政府建設(shè)的人工濕地由于不恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸和管理模式甚至不能維持良好運(yùn)行，究其原因多在于公眾和社會(huì)團(tuán)體對(duì)人工濕地認(rèn)知較少，導(dǎo)致人工濕地污水處理系統(tǒng)存在不負(fù)責(zé)任和義務(wù)脫節(jié)的“公地的悲劇”。隨著近年來(lái)污水處理市場(chǎng)化運(yùn)作PPP新模式的出現(xiàn)，可以通過(guò)配套融資政策彌補(bǔ)該行業(yè)重資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式的短板，這種“自下而上”的驅(qū)動(dòng)機(jī)制正慢慢成為政府投資引導(dǎo)之外的另一重要發(fā)展驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的普及應(yīng)用，以及人們環(huán)保意識(shí)的提升，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注人工濕地污水處理技術(shù)的發(fā)展，特別是我國(guó)大部分地區(qū)土地資源都較為緊張的情況下，公眾更期待人工濕地的高處理運(yùn)行功能和多重的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。這種由社會(huì)力量“自下而上”的驅(qū)動(dòng)將能使人工濕地的效率發(fā)揮最大化。因此，在環(huán)境政策管理方面迫切需要加強(qiáng)公眾、社會(huì)機(jī)構(gòu)、當(dāng)?shù)仄髽I(yè)等的“刺激”驅(qū)動(dòng)作用，共同來(lái)實(shí)現(xiàn)維護(hù)污水處理設(shè)施的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。.中國(guó)人工濕地發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力.31未來(lái)展望及挑戰(zhàn)4.未來(lái)展望及挑戰(zhàn)4.32未來(lái)展望及挑戰(zhàn)

在過(guò)去的20年里，我國(guó)多個(gè)省份建立了大量人工濕地，但與中國(guó)的污水產(chǎn)生量相比，目前的人工濕地?cái)?shù)量和規(guī)模還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，有關(guān)處理技術(shù)的研究也需不斷拓展。未來(lái)隨著我國(guó)污水產(chǎn)生量的不斷增長(zhǎng)，人工濕地技術(shù)可與其他處理方法相結(jié)合來(lái)形成新的污水處理模式和措施。如在我國(guó)大多數(shù)城市，廢水處理系統(tǒng)和暴雨收集系統(tǒng)是共用的，盡管暴雨中污染物因子（總氮、總磷和有機(jī)物）濃度比廢水中要低，但暴雨較大的徑流量需要更大的處理面積，尤其在雨季，在污水處理廠數(shù)量規(guī)模有限且處理低濃度污染物效率較低的情況下，人工濕地系統(tǒng)可作為它的有效補(bǔ)充來(lái)處理暴雨污水。另外，針對(duì)大多數(shù)地區(qū)普遍存在的污水處理廠處理后的排放水濃度未能滿(mǎn)足地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，可在污水處理廠尾部構(gòu)建人工濕地，從而將廢水進(jìn)行深度處理后再排入外界水體，以防止進(jìn)一步造成水體污染。人工濕地系統(tǒng)不僅可用于污水處理，還能兼具生物多樣性保護(hù)、洪水調(diào)蓄等生態(tài)服務(wù)功能，是一種污水處理的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展模式。但它的局限性也不容忽視，如在處理高濃度污水時(shí)，需要建造相應(yīng)負(fù)荷流量的更大面積的人工濕地，這在我國(guó)土地資源非常缺乏的情況下應(yīng)做充分權(quán)衡。此外，濕地植物在我國(guó)北方的抗凍性問(wèn)題、基質(zhì)的淤堵問(wèn)題、植物的再資源化利用問(wèn)題等也尚需進(jìn)行深入的科學(xué)研究。.未來(lái)展望及挑戰(zhàn).33參考文獻(xiàn)

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人工濕地概述

人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類(lèi)似的地面，將污水、污泥有控制的投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動(dòng)的過(guò)程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對(duì)污水、污泥進(jìn)行處理的一種技術(shù)。.人工濕地概述人工濕地是由人工建造和控39人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀

從歷史的考察看，利用濕地改善水質(zhì)并非一個(gè)新發(fā)明，早在古代中國(guó)和埃及，這種觀念就貫穿于人們的日常生活之中。那時(shí)所謂的濕地主要是指天然濕地。20世紀(jì)60年代末，通過(guò)人工調(diào)控的方法對(duì)污水進(jìn)行處理的工藝開(kāi)始逐漸受到世界各國(guó)有關(guān)領(lǐng)域研究者們的關(guān)注。人工濕地(Constructedwetland)的概念，是20世紀(jì)70年代始才提出的。從起初的實(shí)驗(yàn)研究、理論探索，逐步走向今天大規(guī)模推廣應(yīng)用，也不過(guò)30多年的歷史。隨著科學(xué)家們對(duì)人工濕地研究的深人和工藝的改進(jìn)，現(xiàn)在的人工濕地已發(fā)展成一種較為完備和獨(dú)立的污水處理技術(shù)。有關(guān)人工濕地最早報(bào)道是1904年澳大利亞學(xué)者BrianMackey的研究，后來(lái)出現(xiàn)由德國(guó)Seidel在1953年研究的Max-Planck-Institute-Process處理系統(tǒng)和Kickuth于20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)的“根區(qū)法”，荷蘭1967年的LelystadProcess表面流處理系統(tǒng)，美國(guó)20世紀(jì)70年代NASA的國(guó)家空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究的“礫石床”系統(tǒng)。1974年德國(guó)首先建造了人工濕地。此后在歐洲國(guó)家、美國(guó)、加拿達(dá)等國(guó)家得到推廣和規(guī)模發(fā)展。

.人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀從歷史的考察看，利用濕40人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)人工濕地的研究，始于上世紀(jì)50年代，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所是最早開(kāi)展人工濕地生態(tài)工程的單位。一大批濕地科學(xué)家開(kāi)展了石化廢水的氧化塘生物處理、城市污水和湖泊綜合污染、水生態(tài)重建等研究，取得了大量的研究成果，為我國(guó)污水處理提供了科學(xué)方法，為人工濕地的構(gòu)建和工程示范提供了設(shè)計(jì)參數(shù)，也為進(jìn)一步深入研究奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代中期吳振斌組織申報(bào)成功了歐洲聯(lián)盟重大國(guó)際科技合作項(xiàng)目“熱帶與亞熱帶區(qū)域水質(zhì)改善、回用與水生態(tài)系統(tǒng)重建的生物工藝學(xué)對(duì)策研究”。研發(fā)了以復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）為核心的生態(tài)工程技術(shù)，對(duì)濕地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程、植物選擇與組合、處理效果、凈化機(jī)制、運(yùn)行管理等方面展開(kāi)了系統(tǒng)研究，發(fā)表大量論文并獲得國(guó)家專(zhuān)利。此研究成果已廣泛應(yīng)用于地表徑流面源污染、城鎮(zhèn)綜合生活污水、漁業(yè)養(yǎng)殖、公園水質(zhì)調(diào)控、食品、造紙、礦山等工業(yè)廢水的處理與回用；也用于河流、湖泊、近岸海域污染水體的修復(fù)等諸多領(lǐng)域。這不僅對(duì)推進(jìn)我國(guó)人工濕地的構(gòu)建、污水處理與回用具有重要指導(dǎo)意義，且在世界范圍內(nèi)人工濕地的研究和應(yīng)用也產(chǎn)生了重大影響。.人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)人工濕地的研究，始于上41著名案例

阿德菜植物園FirstCreek濕地

Adelaide植物園濕地位于FirstCreek，這里是一個(gè)高度城市化的水路區(qū)域，距離Adelaide市中心不遠(yuǎn)。這片濕地對(duì)于改善洪水泛濫，凈化污染的暴雨徑流具有十分重要的作用，它是含水土層儲(chǔ)存和恢復(fù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)ASR）的來(lái)源，為眾多植物和昆蟲(chóng)提供了棲息地，同時(shí)又是一個(gè)具有教育意義和娛樂(lè)意義的場(chǎng)地，十分有價(jià)值。.著名案例.42著名案例

美國(guó)波特蘭坦納斯普林斯公園

公園位于波特蘭珍珠區(qū)，項(xiàng)目場(chǎng)地的前身是一塊濕地，后被開(kāi)發(fā)為工業(yè)用地。公園的設(shè)計(jì)理念是：用“現(xiàn)代的新技術(shù)再現(xiàn)過(guò)去”。因此設(shè)計(jì)在工業(yè)廢棄地上重現(xiàn)濕地景觀，一方面為城市提供綠色空間，另一方面通過(guò)水和濕地生境喚起場(chǎng)地的濕地景觀，是對(duì)歷史的追溯。設(shè)計(jì)利用場(chǎng)地地形由南向北逐漸降化的特點(diǎn)，匯集周邊下墊面的雨水，匯入凈化系統(tǒng)，結(jié)合噴泉曝氣功能形成趣味性水景。場(chǎng)地中的藝術(shù)景墻的設(shè)置喚起了對(duì)于歷史鐵路的追憶。在城市綠地中，這個(gè)小型的濕地公園改善了小氣候、豐富了物種多樣性，同時(shí)為城市提供了休閑娛樂(lè)的場(chǎng)所.著名案例.43著名案例

上海世博會(huì)后灘濕地公園

后灘公園位于上海2010世博園的核心綠地景觀之一，位于上海市中心，位于園區(qū)西南角，黃浦江之東岸，延黃浦江的岸線(xiàn)長(zhǎng)約1.7km,總面積約為1.42公頃。后灘公園建立了一個(gè)可以復(fù)制的水系統(tǒng)的生態(tài)凈化模式，創(chuàng)立了新的公園管理模式，它不僅滿(mǎn)足安全疏散、游憩等候的功能，還承擔(dān)著濕地保護(hù)、科普教育、濕地水處理和生態(tài)風(fēng)景觀賞的職能。.著名案例.44人工濕地的應(yīng)用2人工濕地的特性人工濕地的分類(lèi)人工濕地的去污機(jī)理人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素.人工濕地的應(yīng)用2人工濕地的特性人工濕地的分類(lèi)人工濕地的去污機(jī)45人工濕地的特性濕地是陸地與水生系統(tǒng)之間的過(guò)渡地帶,有著很高的生產(chǎn)力以及轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽的能力。濕地處于水陸交錯(cuò)帶可對(duì)流經(jīng)其的水流及其攜帶的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)起到過(guò)濾凈化作用,由于其在水分和化學(xué)循環(huán)中所表現(xiàn)出來(lái)的功能,被譽(yù)為“地球之腎”。所有的污染處理過(guò)程都同時(shí)發(fā)生在濕地這一單獨(dú)的“生態(tài)系統(tǒng)”反應(yīng)堆里。濕地作為水污染凈化處理的系統(tǒng)有著耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用低、無(wú)二次污染等諸多優(yōu)勢(shì),人們意識(shí)到不僅可以利用自然濕地來(lái)達(dá)到這一目的,更多地開(kāi)始建立人工濕地以達(dá)到更大范圍的水污染處理應(yīng)用。目前,國(guó)內(nèi)外人工濕地在水污染處理方面的研究涉及到工業(yè)廢水處理、動(dòng)物排泄物污染、造紙廠污水、城市和農(nóng)村生活污水以及城市暴雨徑流污染等多個(gè)方面。.人工濕地的特性濕地是陸地與水生系統(tǒng)之間的過(guò)渡地帶,有46人工濕地的分類(lèi)

20世紀(jì)50年代以來(lái)的研究表明,人工濕地之所以能實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效凈化,是因?yàn)槿斯竦啬軌蚶没|(zhì)—微生物—植物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用,通過(guò)沉淀與過(guò)濾、吸附、離子交換、植物吸收、微生物轉(zhuǎn)化與降解、沉淀析出和泥炭加積等作用去除污染物,同時(shí)通過(guò)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán),促進(jìn)植物生長(zhǎng)并使其增產(chǎn),實(shí)現(xiàn)廢水的資源化與無(wú)害化。目前越來(lái)越多的城市和地區(qū)開(kāi)始根據(jù)不同污染物類(lèi)型以及當(dāng)?shù)刈匀粭l件,構(gòu)建不同類(lèi)型的人工濕地,模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)理,更加有效地進(jìn)行各類(lèi)水污染處理.人工濕地的分類(lèi)20世紀(jì)50年代以來(lái)的研究表明,人工濕47自由表面流人工濕地我國(guó)在“七五”期間開(kāi)展人工濕地的研究,分別在北京昌平、深圳白泥坑、天津等地建成不同處理規(guī)模的人工濕地處理工程,這些處理系統(tǒng)大多為自由表面流人工濕地,這種類(lèi)型的人工濕地具有投資少、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)則是占地面積大,水力負(fù)荷低,去污能力有限,受氣候影響較大,夏季會(huì)孽生蚊蠅、散發(fā)臭味。

表面流人工濕地典型結(jié)構(gòu)如圖，又稱(chēng)自由表面流人工濕地系統(tǒng)（freewatersurfaceconstructedwetland），在北美地區(qū)采用較多。濕地通常由一個(gè)或幾個(gè)池體組成，池體間設(shè)隔墻，底部及墻體采取防滲措施以防止污水?dāng)U散。種有效的廢水處理技術(shù)。池中一般填有土壤、砂或者其它合適的基質(zhì)供水生植物根系的發(fā)育和固定。此類(lèi)濕地流動(dòng)水位較淺，多在(0.1~0.6)m，污水在濕地單元中緩慢水平流動(dòng)，污水中的絕大部分有機(jī)物的去除是由生長(zhǎng)在植物水下莖桿上的生物膜來(lái)完成，與自然濕地最為接近。.自由表面流人工濕地我國(guó)在“七五”期間開(kāi)展人工濕地的研48潛流型人工濕地水平潛流人工濕地及垂直潛流人工濕地的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。潛流濕地的主體結(jié)構(gòu)類(lèi)似表面流人工濕地，但污水在基質(zhì)中流動(dòng)時(shí)，水面低于基質(zhì)表面，呈潛流狀態(tài)，因而一方面充分利用了基質(zhì)表面生長(zhǎng)的生物膜、豐富的植物根系及基質(zhì)的截留作用，提高了處理效果和處理能力，另一方面由于水流一直在基質(zhì)表面以下流動(dòng)，避免了表面流濕地中的蚊蠅及臭味問(wèn)題，并一定程度上降低溫度變化的影響。潛流型人工濕地的污染物降解接觸點(diǎn)多，微生物豐富，耐沖擊；負(fù)荷較大，占地面積小，污水處理效率高。缺點(diǎn)是建造費(fèi)用高，有機(jī)負(fù)荷較高時(shí)，容易發(fā)生堵塞，因此維護(hù)和管理費(fèi)用也較高。.潛流型人工濕地水平潛流人工濕地及垂直潛流人工濕地的典49潛流型人工濕地水平潛流人工濕地污水從以水平方式在基質(zhì)空隙中流動(dòng)，污染物在微生物、基質(zhì)和植物的共同作用下，通過(guò)一系列的物理、物化和生物作用得以去除。與表面流濕地相比，水平潛流濕地水力負(fù)荷高，對(duì)BOD、COD、SS、重金屬等污染物的去除效果較好，且無(wú)惡臭和蚊蠅孳生，是目前采用最廣泛的一種濕地形式。但控制相對(duì)復(fù)雜，N、P去除效果不如垂直流人工濕地。垂直流濕地分為下向流和上向流兩種，下向流垂直流濕地以其操作相對(duì)簡(jiǎn)單更為常用，污水從濕地表面流入，從上到下流經(jīng)濕地基質(zhì)層，由底部流出。上向流水流方向反之。由于氧氣可通過(guò)大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入濕地系統(tǒng)，其內(nèi)部充氧更為充分，有利于好氧微生物的生長(zhǎng)和硝化反應(yīng)的進(jìn)行，氮、磷去除效果較好。.潛流型人工濕地水平潛流人工濕地污水從以水平方式在50自由漂浮的大型植物人工濕地過(guò)去人工濕地去污功能的研究多在蘆葦或香蒲等濕地上進(jìn)行,用自由漂浮的大型植物人工濕地去除污染物的研究相對(duì)較少。隨著人們生活水平的提高,極大地促進(jìn)了畜牧業(yè)的發(fā)展,但同時(shí),由于對(duì)牲畜的排泄物及沖洗圈舍的廢水處理不當(dāng)給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。目前,部分地區(qū)開(kāi)始建造自由漂浮的大型植物人工濕地來(lái)凈化畜牧養(yǎng)殖排放的廢水,以去除廢水中的氮、磷和有機(jī)污染物。在這種系統(tǒng)中,廢水從濕地表面流過(guò),覆蓋整個(gè)植物根系,系統(tǒng)中的植物通過(guò)光合作用和根系的滲透作用將氧傳輸?shù)礁橘|(zhì),并且為與氮磷循環(huán)有關(guān)的微生物生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境,微生物是消除污染物的作用者,它能夠在去除氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物的同時(shí)把有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量,根系通過(guò)吸收廢水中的氮、磷以及其他營(yíng)養(yǎng)元素以便滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)需要,最終收獲系統(tǒng)中的植物把廢水中的氮、磷等污染物去除。該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于設(shè)施簡(jiǎn)單、投資少、建造簡(jiǎn)易、管理方便,病蟲(chóng)害亦較少發(fā)生,去污效果良好,適用范圍廣泛,它不僅適用于污染物含量高的養(yǎng)豬場(chǎng)等畜牧業(yè)污水治理,也適用于污染物濃度較低的生活污水的治理,該系統(tǒng)所選擇的植物種類(lèi)對(duì)污水中采用常規(guī)方法難以處理的氮、磷的吸收去除能力較強(qiáng),并且通常情況下該系統(tǒng)中生長(zhǎng)的植物不需人為另外施肥,利用水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)即可滿(mǎn)足植物的生長(zhǎng)需要,且收獲的植物可作為飼料喂養(yǎng)牲畜。目前在此類(lèi)人工濕地種植的植物主要有水葫蘆、美人蕉、風(fēng)車(chē)草等。.自由漂浮的大型植物人工濕地過(guò)去人工濕地去污功能的研究51人工濕地的去污機(jī)理人工濕地脫氮機(jī)理

人工濕地脫除水體中氮素的主要方法：（1）利用植物去除水體中的氮素，濕地植物的根、莖、葉等組織對(duì)氮素有著不同的吸收能力；（2）利用基質(zhì)吸附水體中氮素；（3）利用硝化-反硝化作用脫氮。其中，硝化-反硝化作用是當(dāng)前濕地去除水體中氮素的最主要機(jī)理。硝化反應(yīng)如下：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O硝化作用與濕地內(nèi)部溶解氧（DO）有著密切關(guān)聯(lián)，通常DO充裕時(shí)，硝化過(guò)程可以順利進(jìn)行。反硝化反應(yīng)如下：NO3-+2e-+2H+=NO2-+H2ONO2-+e-+2H+=NO+H2O2NO+2e-+2H+=N2O+H2ON2O+2e-+2H+=N2+H2O.人工濕地的去污機(jī)理人工濕地脫氮機(jī)理.52人工濕地的去污機(jī)理人工濕地脫氮機(jī)理反硝化作用與濕地進(jìn)水中碳源含量有著密切關(guān)聯(lián)，當(dāng)濕地內(nèi)部碳源充足時(shí)，反硝化過(guò)程可以正常進(jìn)行。在濕地中，硝化反應(yīng)僅改變氨氮的形態(tài)，使其轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮，但硝態(tài)氮還是存在于水體中，濕地并未從真正意義上將氮去除。而反硝化反應(yīng)則是完全將水體中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮，完成了濕地脫氮的最終目標(biāo)。從這個(gè)意義而言，反硝化作用對(duì)人工濕地去除水體中氮素而言意義重大。

濕地系統(tǒng)中因植物根系對(duì)氧的傳遞釋放,使其周?chē)沫h(huán)境中依次出現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài),保證了廢水中的氮不僅能通過(guò)植物和微生物作為營(yíng)養(yǎng)吸收,還可以通過(guò)硝化、反硝化作用將其除去,最后通過(guò)植物的收割將氮從污水和濕地系統(tǒng)中去除。.人工濕地的去污機(jī)理人工濕地脫氮機(jī)理濕地系統(tǒng)中因53人工濕地的去污機(jī)理人工濕地中脫磷機(jī)理

人工濕地去除水體中磷的主要方式有物理作用、生物作用和化學(xué)作用。物理作用：磷通過(guò)其自身重力作用沉降后被去除。生物作用：（1）濕地中植物利用根、莖、葉等組織吸收水體中的磷；（2）濕地中豐富的微生物也可以積累并去除一部分水體中的磷?；瘜W(xué)作用：（1）磷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成沉淀后被去除；（2）基質(zhì)或植物通過(guò)吸附過(guò)程去除水體中的磷元素。植物收割和基質(zhì)更替是最終將磷從人工濕地中去除的有效途徑。作為濕地植物生長(zhǎng)的必需元素，磷通常因?yàn)橹参锔康暮粑饔枚晃皆谥参锔蹈浇?，或者直接被植物吸收利用后除去。此外，基質(zhì)吸附作用通常由其表面性質(zhì)決定，基質(zhì)的礦物組成和pH也決定了其對(duì)磷的沉淀作用。微生物的同化和積累對(duì)磷去除也有重要貢獻(xiàn)，因此微生物的種類(lèi)和數(shù)量是濕地除磷的重要衡量參數(shù)。.人工濕地的去污機(jī)理人工濕地中脫磷機(jī)理.54人工濕地的去污機(jī)理人工濕地中有機(jī)物的去除機(jī)理有機(jī)物進(jìn)入人工濕地的主要途徑：（1）濕地進(jìn)水中帶入的有機(jī)物；（2）濕地微生物及植物在代謝過(guò)程中所產(chǎn)生的降解物質(zhì)；（3）大氣沉降中的含碳化合物和水體中的碳水化合物。人工濕地去除有機(jī)物的主要方式：（1）通過(guò)物理作用將懸浮性有機(jī)污染物從水體中去除。濕地中的基質(zhì)和植物可攔截水體中的懸浮性有機(jī)污染顆粒，并最終通過(guò)沉降作用將其去除。（2）通過(guò)氧化還原反應(yīng)降解水體中易生物降解的有機(jī)物質(zhì)，使其分解為小分子的可溶性物質(zhì)。（3）通過(guò)微生物作用去除難降解的有機(jī)物質(zhì)。濕地中有著數(shù)量繁多且品種豐富的微生物，其可處理并去除各類(lèi)復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)。此外，植物也可以通過(guò)吸收作用協(xié)同去除難降解的有機(jī)物質(zhì)。.人工濕地的去污機(jī)理人工濕地中有機(jī)物的去除機(jī)理.55人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素植物

在人工濕地中，植物不僅具有景觀效應(yīng)，更是濕地獲取氧氣的重要途徑。因?yàn)橹参锏拇嬖?，濕地?nèi)部可形成好氧及厭氧交替的環(huán)境，有利于多種微生物的繁殖生長(zhǎng)，同時(shí)為微生物降解各類(lèi)污染物質(zhì)提供適宜的環(huán)境條件。此外，植物本身也可以吸附和吸收氮、磷、懸浮物及有機(jī)物等多種污染物質(zhì)。例如：金魚(yú)藻可有效去除水體中的氮和有機(jī)物；狐尾藻可有效去除水體中的磷酸鹽、有機(jī)物和氨氮；荷花及睡蓮除了可有效去除水體中的N、P及有機(jī)物染物外，還對(duì)PAHs、Cu、Cr和Pb等污染物質(zhì)也較好的吸收效果；水蔥可吸收水體中有機(jī)物、氮磷及重金屬類(lèi)物質(zhì)，且對(duì)5000mg/L的高含鹽量再生水具有較好的去除效果。在選擇濕地植物時(shí)，盡可能篩選當(dāng)?shù)厣锪看?、根系粗廣、去污能力強(qiáng)的植物。同時(shí)，注重植物間的正確搭配，使植物發(fā)揮協(xié)同去污能力，提高濕地的除污效果。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素植物.56人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素基質(zhì)

基質(zhì)對(duì)人工濕地凈化水體有著重要作用和意義：（1）為微生物提供生長(zhǎng)表面；（2）為植物生長(zhǎng)提供介質(zhì)；（3）通過(guò)吸附、過(guò)濾和沉淀等方式凈化污染物。不同種類(lèi)的基質(zhì)除污能力不同，這取決于基質(zhì)的理化屬性。例如：孔隙率大的基質(zhì)更易使污水滲透到濕地中，有利于濕地基質(zhì)內(nèi)部形成各類(lèi)去污效應(yīng)，進(jìn)一步提高基質(zhì)的除污效率。國(guó)內(nèi)外對(duì)人工濕地基質(zhì)的研究主要集中在：蛙石、沸石、頁(yè)巖陶瓷、礫石、石英砂、粉煤灰、鋼渣、干渣、白云石等。在選擇濕地基質(zhì)時(shí)，最先篩選去污能力強(qiáng)的當(dāng)?shù)夭牧?，提高去污效能的同時(shí)，減少基質(zhì)材料的使用成本。此外，還要重視基質(zhì)之間的搭配使用，以發(fā)揮基質(zhì)之間的協(xié)同凈化能力，提高人工濕地去污效率。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素基質(zhì).57人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素碳源

在人工濕地中，碳源對(duì)于濕地反硝化過(guò)程的順利進(jìn)行有著重要的意義和作用，投加不同碳源后濕地的反硝化效果存在差異。目前，人工濕地中外加碳源主要有如下幾類(lèi)：（1）乳糖、葡萄糖和蔗糖等傳統(tǒng)固體碳源；（2）乙醇、乙酸鈉和草酸等傳統(tǒng)液體碳源，這類(lèi)傳統(tǒng)碳源不僅使用成本較高，且對(duì)水源安全具有一定影響。考慮到上述傳統(tǒng)碳源制品的使用弊端，新型固體碳源正日益受到關(guān)注，包括：（1）秸稈、濕地植物枯葉及其提取液；（2）稻殼、棉花及報(bào)紙等天然有機(jī)物。新型固體碳源易得、經(jīng)濟(jì)且高效，是提高人工濕地脫氮效率的重要研究方向。此外，藻類(lèi)生物量中富含蛋白質(zhì)、氨基酸和碳水化合物等，如對(duì)藻類(lèi)資源加以合理利用，其可用作天然碳源物質(zhì)。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素碳源.58人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素溶解氧

溶解氧（DO）含量對(duì)人工濕地水質(zhì)凈化有著重要意義，尤其對(duì)凈化水體中的氮和有機(jī)物有著重要影響。濕地中DO主要來(lái)源：植物泌氧作用、大氣自然復(fù)氧和水體更新復(fù)氧。大氣自然復(fù)氧是濕地內(nèi)氧含量的主要來(lái)源，溫度對(duì)飽和DO含量有著直接影響。水體更新復(fù)氧：濕地內(nèi)每一次進(jìn)水及排水過(guò)程中，都會(huì)將溶解氧帶入水體。植物泌氧是指濕地中植物利用光合泌氧能力，通過(guò)根、莖和葉等組織將O2傳送至根區(qū)，豐富根區(qū)的氧環(huán)境，與此同時(shí)遠(yuǎn)離根系的區(qū)域則保持缺氧/厭氧環(huán)境，為濕地內(nèi)降解各類(lèi)污染物質(zhì)的微生物提供了相應(yīng)的生境。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素溶解氧.59人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素微生物

微生物是人工濕地水質(zhì)凈化過(guò)程中重要的參與者。作為濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生物主體，微生物通過(guò)降解和吸收作用去除水體中的污染物質(zhì)。微生物群落的組成和其功能的發(fā)揮將決定人工濕地的水質(zhì)凈化效果。人工濕地中微生物群落特征與濕地構(gòu)造有著密切關(guān)聯(lián)，而微生物活性則與溫度直接相關(guān)。人工濕地的構(gòu)造決定了其內(nèi)部呈現(xiàn)好氧/厭氧交替的過(guò)程，通常濕地上層由于植物根系泌氧作用和大氣復(fù)氧作用而呈現(xiàn)好氧環(huán)境，有利于好氧微生物的生長(zhǎng)和活動(dòng)，而濕地下層往往呈現(xiàn)厭氧狀態(tài)，有利于厭氧微生物的生長(zhǎng)或活動(dòng)。夏季高溫有利于提高微生物的活性，使微生物加速分解污染物質(zhì)，而秋冬季節(jié)隨著微生物活性下降，濕地中污染物去除率隨之下降。杜剛等發(fā)現(xiàn)，人工濕地中微生物數(shù)量與總氮去除率之間呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。梁威等發(fā)現(xiàn)，濕地中微生物數(shù)量與凱氏氮（KN）以及COD的去除率存在顯著相關(guān)性。劉慎坦等研究發(fā)現(xiàn)，濕地基質(zhì)中硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的數(shù)量與氨氮和總氮的去除呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。濕地中微生物數(shù)量與密度越高，越有利于濕地去除和分解水體中的污染物。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素微生物.60人工濕地的優(yōu)勢(shì)3具有較高的處理效率具有多重生態(tài)服務(wù)功能植物再資源化利用發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力.人工濕地的優(yōu)勢(shì)3具有較高的處理效率具有多重生態(tài)服務(wù)功能植物再61人工濕地具有較高的處理效率

近年來(lái)，依據(jù)不同污水處理目的，研發(fā)出了復(fù)合型人工濕地，即將一個(gè)或多個(gè)表面流人工濕地與一個(gè)或多個(gè)潛流型人工濕地以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接起來(lái)運(yùn)行，有利于硝化和反硝化作用的發(fā)生，達(dá)到更好的氮去除效果。通過(guò)文獻(xiàn)、研究報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)等途徑的數(shù)據(jù)搜索，研究分析了我國(guó)50個(gè)污水處理廠和202個(gè)人工濕地的進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人工濕地的氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、化學(xué)需氧量（COD）和生物需氧量（BOD5）的平均去除率分別為59.8%、44.3%、62.1%、73.4%和81.8%（表1），而污水污水處理廠相應(yīng)的平均處理效率為30%、30.1%、40%、77.9%和83.9%，在氮、磷的去除方面人工濕地比污水處理廠具有優(yōu)勢(shì)。.人工濕地具有較高的處理效率.62人工濕地具有多重生態(tài)服務(wù)功能

人工濕地的主要設(shè)計(jì)目的是對(duì)污水進(jìn)行凈化，此外，人工濕地還能提供多重生態(tài)服務(wù)功能。人工濕地能吸收二氧化碳釋放氧氣調(diào)節(jié)區(qū)域微氣候，通過(guò)植物生物量生產(chǎn)固碳，阻滯沙塵、降低噪聲。人工濕地系統(tǒng)在污水凈化工程中促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，增加綠化面積，并能為動(dòng)植物提供棲息地，有利于生物多樣性的保護(hù)。人工濕地在處理城市公園、綠地景觀水、河湖濱岸帶等地表水質(zhì)的同時(shí)，還能為人們提供更舒適的生活環(huán)境和教育娛樂(lè)用途等，具有顯著的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。自然濕地雖也具有固碳、教育及娛樂(lè)等功能，但比起污水處理廠、人工濕地而言，其污水處理能力明顯較低。而污水處理廠雖然具有一定的污水處理能力，但卻不具備上述其他的生態(tài)服務(wù)功能。人工濕地系統(tǒng)不僅可以作為一種可持續(xù)的景觀生態(tài)系統(tǒng)，還可以達(dá)到處理污水的目的，充分發(fā)揮濕地植物的多重生態(tài)功能，在人地矛盾緊張的中國(guó)無(wú)疑是一種值得大范圍推廣的污水處理發(fā)展模式。.人工濕地具有多重生態(tài)服務(wù)功能.63人工濕地具有多重生態(tài)服務(wù)功能自然濕地、人工濕地、污水處理廠的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功