人工湿地规模对污水处理效果的影响及维护管理的重要性

am928 · 发表于 2025-3-19 05:10:59

笔者近十年考察了众多处理污水的人工湿地。经观察发现，规模大的人工湿地处理效果较好，而规模小的人工湿地处理效果较差。究其缘由，一方面，规模较小的人工湿地在设计方面较为单一，像仅有一种表面流人工湿地或者仅有一种潜流人工湿地；另一方面，规模较小的人工湿地在后期的管理维护上跟不上，在验收通过之后，基本上就处于放任不管、自行发展的状态。一个成熟的人工湿地达到生态平衡往往需要两年以上。如果不加以维护，一般再过五年，生态系统就会朝着不利于污水处理的方向发展。因此，笔者依据理论知识并结合多年实践经验，进行了简要论述。

１、人工湿地的定义

人工湿地是一种类似沼泽地的地面，是由人工建造并控制运行的。污水和污泥会被有控制地投配到人工建造的湿地上。在污水与污泥沿一定方向流动的过程中，主要借助土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水和污泥进行处理。这是一种处理污水和污泥的技术。它的作用机理包含以下方面：有吸附作用；能实现滞留；具备过滤功能；可进行氧化还原反应；会产生沉淀；能进行微生物分解；实现转化；借助植物遮蔽；导致残留物积累；蒸腾水分；吸收养分；以及各类动物发挥作用。

２、目前人工湿地设计存在的缺陷及解决方案

我国人工湿地处理城市污水正处于初级发展阶段。许多部门和专家过度强调“人工湿地处理系统具备缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点”。这曾是我们以往对人工湿地设计认识上的误区。当下人工湿地设计存在的缺陷及相应解决方案如下：

２.１水路通道堵塞问题。

人工湿地长期处于浸水状态，沉淀物与土壤（或细砂）会形成土壤胶体，能牢牢吸附在管道内壁或填料表面，时间一长就会导致堵塞。在污水进入人工湿地之前，格栅、过滤和沉淀这些设施是必不可少的，通过这一步可以将大量的固体沉淀物和胶质物阻挡在人工湿地之外。水路通道的堵塞可分为进出水管道堵塞和填料堵塞，其解决方案如下所述。

针对进出水管道堵塞的问题，在设计时要考虑预留出疏通的位置，并且每年进行一次定期的疏通。对于疏通设备，不需要专门去配置。目前在市场上有专业的下水道疏通公司以及相应的设备，像管道疏通器、高压清水设备、气压清洗设备等。根据管道口径的大小以及堵塞的程度，一般都能够取得良好的疏通效果。

针对填料堵塞的问题，在设计时可以有以下两种方案。其一，在进出水口分别设置过滤池，过滤池内填满滤料，并且要选择合理的基质颗粒进行搭配，同时池内不栽种水生植物，这样便于对滤池进行定期清洗或更换。其二，采用组合人工湿地。首先使用表面流人工湿地（或生态滞留塘）。表面流人工湿地的水体容量较大，所以污水停留时间较长。同时，水生植物会进行消化作用。因此，对污水中的固体颗粒和悬浮物的去除效果较好。

２.２污水处理效果的季节性差异

人工湿地处理城市污水存在季节性差异，这是客观存在的，无法彻底消除。人工湿地处理城市污水还存在南北地域差异，这也是客观存在的，无法彻底消除。不过，可以通过优化设计来尽量减少这些差异。

冬季要更换耐冻的水生植物。表面流人工湿地可以种植千屈菜，还可以种植西伯利亚鸢尾，也可以种植香菇草，以及水芹等。潜流人工湿地能够种植羽衣甘蓝，能够种植金盏菊，能够种植红叶甜菜，还能够种植小叶女贞等。

采用组合人工湿地。单一人工湿地在冬季处理污水的效果不如其他季节，而组合人工湿地能够弥补彼此的缺陷。夏天，表面流人工湿地为避免蚊虫孳生，可通过养殖青蛙、鲢鱼等方式来解决。实践显示，在冬季华北大部分地区表面结冰时，表面流人工湿地凭借冰下流动依然能够达到去除大部分固体颗粒和悬浮物的目的。

２.３组合人工湿地系统

单一的人工湿地存在各自的优点和缺点。我国历经多年对人工湿地的运营实践，察觉到单一的人工湿地已经无法满足污水处理不断发展的需求，而在近年来兴起的组合人工湿地则获得了快速的发展。本文叙述的组合人工湿地系统为：首先是格栅进行过滤沉淀且处于厌氧状态；接着是挺水植物型表面流人工湿地，此湿地厌氧较强但复氧较差，对去除固体颗粒物效果较好；然后是跌水，起到复氧作用；再接着是潜流人工湿地，其复氧较好但厌氧较差；之后又是跌水，进行复氧；最后是表面流人工湿地，同样是厌氧较强复氧较差。

２.４具体实例

菏泽七里河湿地公园，其东边起始于临商路，西边到达兴民路，规划的河道长度为 5 公里。该工程分三期进行建设，其中一期建设了三级生态滞留塘、潜流人工湿地、表面流人工湿地以及两岸的景观工程，如今这里已经成为群众游玩的一个很好的去处。在本案例中，人工湿地设置了四个单元。

第一单元是三级生态滞留塘预处理。河流两岸存在大量居民，还有三座公厕以及一座养猪场。之前直排到七里河的污水，现在全部被截留并进入三级生态滞留塘。其中第一级进行厌氧发酵；第二级进行人工曝气复氧消化；第三级进行絮凝沉淀和格栅过滤。接着经过跌水后进入表面流人工湿地。通过这一单元处理后的污水能够去除大部分固体颗粒和部分悬浮物。

第二单元为表面流人工湿地，其设计水深为 40 厘米。纵向被分成三个区块，这样做是为了便于进行维修和更换种苗。栽种的水生植物有观赏效果和耐寒能力较强的千蕨菜以及德国鸢尾。在九月下旬，于行间距中套种水芹，目的是增加冬季景观效果以及污水净化效果。研究湿地系统在低温季节下水芹菜的生长状况，还研究了水芹菜对污染湖水的净化效果。结果显示，种植了水芹菜的人工湿地，其总氮的去除率比空白对照组湿地高出 14.07％，氨氮的去除率高出 13.82％，总磷的去除率高出 8.48％，化学需氧量的去除率高出 23.04％。并且，水芹菜在低温季节生长态势稳定，没有出现病害现象，能够作为一种耐寒越冬植物被推广到人工湿地中。

第三单元是水平潜流人工湿地。为方便维护与更换植物，将其纵向划分成三个区块。在进水口处设置了一级 30 厘米的跌水复氧装置。进水口和出水口分别设置了粗砂过滤装置，且上面不栽种植物。为便于维修和换苗，也将其纵向分为三个区块。挺水植物在春夏秋季配置为花叶芦竹、再力花和美人蕉。九月下旬气温下降后，地面部分按区块进行收割，同时保留地下部分的根系。之后套种冬季耐寒植物羽衣甘蓝、红叶甜菜和金盏菊。冬季气温下降，微生物的活跃度随之降低。在本案例中，采用在潜流人工湿地表面覆盖猪粪的方式来进行保温。结果表明，总氮和氨氮的平均去除率分别达到 57.8％－68.5％。

第四单元是表面流人工湿地，其设计水深在 40 至 100 厘米之间。经过上述三个单元的处理后，进入本单元的水体差不多达到了二级排放标准，水质也基本与自然水体相近。增加水深的目的是为了便于进行立体栽植水生植物。在岸边种植柳树、水杉和小叶女贞；浅水区种植花叶芦竹、菖蒲、再力花以及鸢尾；沉水植物种植耐寒能力较强的狐尾藻和苦草；浮叶植物种植荷花和睡莲；浮水植物种植水葫芦，冬季种植香菇草，因为这两种植物生长力强大，所以要将它们控制在一定范围内生长。

本案例施工完成后有两年的养护期。在夏季，水体符合二级排放标准；在冬季，水体也符合二级排放标准。

另外，我公司承担施工的“重庆市梁平区城市湿地公园都梁飞雪建设 EPC 项目”，也运用了组合人工湿地。这体现出组合人工湿地在处理截留污水方面有着良好的效果。本项目在 2019 年度杭州市市外施工中荣获“优秀园林绿化工程”奖。

３、结语

人工湿地可以由一个人工湿地单元构成，也可以由多个人工湿地单元组成。不过，每一个单一的人工湿地都有它自己的优点和缺点。如果要建造一个能够处理污水并达到标准的人工湿地，那么在设计阶段和应用阶段，都应该在合理设计标准的基础上，选择合适的人工湿地单元。人工湿地经过多年运营，形成了良好的内部循环，建立了稳定的生态系统，还具有较好的经济效益和生态效益，它是正在不断被研究、应用和发展的人工湿地处理污水的新技术，值得有条件建设人工湿地的地方借鉴和推广。

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