宋志文¹，郭本華¹，韓瀟源¹，曹軍²
（1.青島建筑工程學院，山東 青島266033；2.中國科學院沈陽應用生態研究所，遼寧 沈陽 110016）

　　摘要：潛流型人工濕地污水處理系統具有水力負荷和污染附和大，對BOD，COD，SS，重金屬等污染指標去除效果好等優點，是目前國際上較多研究和應用的一種人工濕地處理系統。介紹了潛流型人工濕地污水處理系統的特點、構成、運行效果和應用，指出了潛流型人工濕地系統的應用前景和研究方向。
　　關鍵詞：潛流型人工濕地；污水處理；人工濕地
　　中圖分類號：X703.1　文獻標識碼：B　文章編號：1009—2455(2003)06—0005—04

　　采用人工濕地(Constructed Wetlands,CWs)系統處理污水是20世紀70年代發展起來的一種污水處理技術。由于具有凈化效果好、工藝設備簡單、運轉維護管理方便、能耗低、對負荷變化適應性強、工程基建和運行費用低、可實現廢水的資源化等特點，正越來越多地得到人們的關注^[1-2]。
　　我國在“七五”期間開展人工濕地的研究,分別在北京昌平、深圳白泥坑、天津等地建成不同處理規模的人工濕地處理工程，這些處理系統大多為自由表面流人工濕地，對于潛流型人工濕地的研究相對較少，并且大多為理論探討或實驗研究^[3-6]。本文在論述潛流型人工濕地的類型、特點、構成及應用的基礎上．指出潛流型人工濕地系統的應用前景和研究方向。

1 潛流型人工濕地處理系統類型及其特點

　　根據污水在人工濕地中的流動方式可以把人工攫地劃分為自由表面流人工濕地和潛流型人工濕地。自由表面流人工濕地和自然濕地相類似，廢水從濕地表面流過。這種類型的人工濕地具有投資少、操作簡單、運行費用低等優點。缺點是占地面積大，水力負荷低，去污能力有限，受氣候影響較大，夏季會孽生蚊蠅、散發臭味；潛流型濕地系統中，污水在濕地床的表面下流動，利用填料表面生長的生物膜、植物根系及表層土和填料的截留作用凈化污水。國外所建成的人工濕地中，潛流型人工濕地占相當大的比例。如在新西蘭使用的大約80個人工濕地系統中，裹面流濕地占45％，潛流型人工濕地占33％，混合型人工濕地占14％^[7]。在美國、歐洲、澳大利亞和南非等地已建成的和正在建設的人工濕地處理系統中，大部分是潛流型濕地船^[8-9]。
　　 根據污水在濕地中流動的方向不同可將潛流型濕地系統分為水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地2種類型。不同類型的濕地對污染物的去除效果不同，具有各自的優缺點^[10]。
　　 ①水平潛流濕地系統。水平潛流人工濕地因污水從一端水平流過填料床而得名。它由一個或幾個填料床組成，床體充填基質。與自由表面流人工濕地相比，水平潛流人工濕地的水力負荷和污染負荷大，對BOD，COD，SS，重金屬等污染指標的去除效果好，且很少有惡臭和孳生蚊蠅現象，是日前國際上較多研究和應用的一種濕地處理系統。它的缺點是控制相對復雜，脫氮、除磷的效果不如垂直流人工濕地。
　　 ②垂直潛流濕地系統。在垂直潛流人工濕地中污水從濕地表面縱向流向填料床的底部，床體處于不飽和狀態，氧可通過大氣擴散和植物傳輸進人人工濕地系統．該系統的硝化能力高于水平潛流濕地，可用于處理氨氮含量較高的污水。其缺點是對有機物的去除能力不如水平潛流人工濕地系統．落干／淹水時間較長，控制相對復雜。

2 潛流型人工濕地的構成

　　 潛流型人工濕地主要由3部分組成：基質、植物和布水系統。目前人工濕地系統可用的基質主要有土壤、碎石、礫石、煤塊、細沙、粗砂、煤渣、多孔介質(LECA)、硅灰石和工業廢棄物中的一種或幾種組合的混合物。基質一方面為植物和微生物生長提供介質，另一方面通過沉積、過濾和吸附等作用直接去除污染物。潛流型人工濕地中使用的植物主要有香蒲、蘆葦、燈心草等，這些植物可增加濕地基質的遇水性，此外還能與周圍環境的原生動物、微生物等形成各種小環境，將氧氣傳輸至根區，形成特殊的根際微生態環境、這一微生態環境具有很強的凈化廢水的能力。在美國，大約40％的潛流型濕地只種植香蒲一種植物，歐洲國家則多數種植蘆葦，也有一些系統種植了多種組合植物。布水系統主要是將進水按一定方式均勻地分布在處理系統中，并且保證不發生短流和堵塞，在潛流型人工濕地處理系統中多采用穿孔管布水系統。

3 潛流型人工濕地的凈化效果

3.1 對有機物的去除
　　潛流型人工濕地的顯著特點之一就是其對有機污染物有較強的降解能力。污水中的不溶有機物通過濕地的沉積、過濾作用．可以很快地被截留而被微生物利用；污水中的可溶性有機物則可通過植物根系生物膜的吸附、咀收及生物代謝過程而樁分解去除。資料表明，潛流型人工濕地系統的出水水質優于傳統的二級生物處理^[1]。
3.2 對氰的去除
　　潛流型人工濕地對氮的去除作用包括吸附，過濾和沉積、氨揮發、植物吸收和微生物硝化和反硝化作用：微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除過程中起著重要作用。在潛流型濕地系統中，氧的主要來源是植物根系．但這種能力是非常有限的，這就妨礙了任何流經該水域水流十氨的硝化作用：為提高潛流型濕地的供氧量，町以采用周期性地改變水深促使根系向縱深生巴，增加暴露水面或地表漫流區以促進表面復氧作用，或采用間歇布水的方式，以及采用頻繁注人和循環的多個平行床系統使大氣中的氧進入到介質中等方法。Platzer^[11]指出，潛流型濕地系統高的凈化能力主要是依靠土壤有效的通氣性，BOD，COD，氨氮的去除能力很高，但總氮的去除能力卻有限。Green^[12]研究了系統中氧的分布隨時間和空間的變化．并通過給濕地系統增設輸氣管，利用慢灌快排使系統充分進氣．以增加內部溶解氧的含量來提高系統的硝化反應能力，結果大大提高了氨氮的去除串。
3.3 對磷的去除
　　潛流型人工濕地對磷的去除作用包括吸收、化學沉積、植物和藻類吸收、微生物作用等，其中基質吸附起主要作用^[13]。基質的理化性質對磷的去除串有很大影響。Zhu等^[14]研究了鎂、鈣、鐵、鋁和磷的吸附關系，發現鈣與磷的吸附相關性量強。Geller^[15]也認為鈣與鐵、鋁相比對磷具有更強的結合能力，潛流型濕地系統對磷的去除能力決定于這些礦質元素在基質中的含量。A Drizo等^[17]比較分析丁7種基質對磷的去除能力，發現飛灰和頁巖具有最大的磷吸收．然后是鋁土礦、石灰石，綜合比較各種性能，A.Drizo認為頁巖最適合作為潛流型濕地系統的基質。H．Brizo等^[17]分析了13種丹麥不同地區沙的理化性質和除磷能力，這些沙對磷的去除能力差別極大，決定磷的去除能力呈沙中鈣的含量，作者同時也研究了一些人工合成基質的除磷能力，他認為將這些人工基質中的一種或幾種和沙混合使用可以顯著提高潛流型濕地系統的除磷能力。

4 潛流型人工濕地的經濟分析

　　工程造價和運行費用是人們在選擇和設計污水處理工藝時必須考慮的問題。美國分析了37個濕地污水處理系統的造價，其中19個自由衷面流濕地的平均造價為55000美元/hm²，18個潛流型系統的平均造價為215000美元/hm²：，因為需要額外的巖石供應和填筑費用，所以潛流型系統的造價比自由表面流系繞高，但是就負荷計算，潛流型系統顯示出優越性，潛流系統的造價為163美元/m³，自由表面流系統為206美元/m^3[8]。國內一些專家估算，潛流型人工濕地污水處理系統的占地面積大約是自由衷面流人工濕地系統的十分之一，建造費用大約在130—150元/m²。

5 滑流型人工濕地的應用

　　德國最早開展了潛流型人工濕地的研究^[18]。早期的潛沉型濕地處理系統主要用于處理城市生活污水或二級污水處理廠出水。經過近30年研究與發展，該技術已經在英國、美國、新西蘭、法國、澳大利亞、巴西、荷蘭等許多國家得到應用推廣，一些發展中國家也開始使用改技術解決國內的污水處理問題^[19]。與此同時應用范圍電不斷擴大，除了用于處理城市污水外，還應用于工業廢水、農業面源污染、垃圾滲出液暴雨徑流等多種廢水的處理，表現出良好的凈化效果，見表1。

表1　 潛流型人工濕地處理系統實例

6 結束語

　　眾多成功應用的實踐證明，潛流型人工濕地是一項非常有效的污水處理技術，和國外相比，國內的研究相對滯后，筆者認為今后應深入開展以下幾個方面的研究。①通過篩選耐污和凈化能力強的植物品種并進行優化組合，達到更好地調控潛流型人工濕地的凈化功能以及符合城市景觀建設的需要；同時建造適宜的濕地生態系統，使植物良好生長，充分發揮其各種功能。②在系統地研究潛流型人工濕地中微生物種類分布規律和作用機制的基礎上，通過高效微生物的篩選，人為適當地改造濕地微生物群落結構并調控濕地系統的凈化過程，從而提高人工濕地系統的運行效果。③通過對基質進行篩選或人工合成，提高人工濕地對磷的持續去除效果。④應用生態工程的原理和方法對人工濕地系統進行構建和調整，以利于濕地正常功能的運作和生態系統服務的可持續性。通過上述幾個方面的研究，構建適合我國國情和不同地域特點的高效潛流型人工濕地處理系統，使其在我國得到廣泛的應用和椎廣。

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作者簡介：宋志文(1966—)，男，河北玉田人，青島建筑工程學院副教授，博士，現在從事環境生物技術方面的研究，發表文章10余篇，電話（0532）5072030，sszzww1015@sohu.com。