人工湿地是什么？污水处理专业术语详解

人工湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。

湿地系统中的微生物是降解水体中污染物的主力军。好氧微生物通过呼吸作用，将废水中的大部分有机物分解成为二氧化碳和水，厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷，硝化细菌将铵盐硝化，反硝化细菌将硝态氮还原成氮气，等等。通过这一系列的作用，污水中的主要有机污染物都能得到降解同化，成为微生物细胞的一部分，其余的变成对环境无害的无机物质回归到自然界中。

值得注意的是，该领域的技术和标准也在不断发展和完善。

人工湿地与传统污水处理厂相比具有投资少、运行成本低等明显优势，在农村地区，由于人口密度相对较小，人工湿地同传统污水处理厂相比，一般投资可节省1/3—1/2。在处理过程中，人工湿地基本上采用重力自流的方式，处理过程中基本无能耗，运行费用低，污水处理厂处理每吨废水的价格在1元左右，而人工湿地平均不到2毛。

一个建在四川郫县园田村的庭院人工湿地。 [1]

人工湿地在农村地区的使用效果也优于传统污水处理厂，首先人工湿地使用纯生物技术进行水质净化，而污水处理厂则使用化学方法，因此污水处理厂在处理过程中会产生大量富含有害化学成分的淤泥、废渣影响环境，而人工湿地则不存在二次污染。其次人工湿地以水生植物水生花卉为主要处理植物，在处理污水的同时还具有良好的景观效果，有利于改造农村环境。另外，人工湿地还拥有可持续的经济效益，在人工湿地上可选种一些具备净化效果和一定经济价值较高的水生植物，在污水处理的同时产生经济效益。

人工湿地的运行管理也比污水处理厂简单、便捷，因为人工湿地完全采取生物方法自行运转因此基本不需专人负责，只需定期清理格栅池、隔油池、每年收割一次水生植物即可。人工湿地中起主要处理作用的还是微生物，不是土壤的过滤作用，所以湿地设计中应包括防止湿地填料堵塞问题、植物死亡问题和过冬问题。人工湿地服务年限一般按照10-15年计算，也就是说设计比较完善的湿地系统15年以后才需要清理填料床，达到服务年限的人工湿地系统在清理填料床后，即可重新投入使用。另外，人工湿地的建设周期短，建设一座传统污水处理厂和完成相关管道的铺设往往需要一年以上，而人工湿地的平均建设周期在3个月以内，因此建设人工湿地见效更快。

结论：在人口密度较低、污染排放较少的农村地区，“人工湿地”生活污水处理设施有很多优点，该处理设施充分利用农户住房周边的地形特点，因地制宜、实施简单，可造在住宅旁的空地上，也可利用水塘以及公园的景观池改造；规模可大可小，可以二三十户家庭共用一块，也可以一户人家造一块；投资少，维护方便，且占地面积小，配合种植水生植物，还可达到美化景观的效果。 [2]

SS的去除主要靠物理沉淀、过滤作用，BOD的去除主要靠微生物吸附和代谢作用，代谢产物均为无害的稳定物质，因此可以使处理后水中残余的BOD浓度很低。污水中COD去除的原理与BOD基本相同。

作用机理：对污染物的去除与影响物理沉淀可沉淀固体在湿地中重力沉降去除、过滤，通过颗粒间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体被阻截而去除；化学微生物代谢：利用悬浮的底泥和寄生于植物上的细菌的代谢作用将悬浮物、胶体、可溶性固体分解成无机物；通过生物硝化-反硝化作用去除氮；部分微量元素被微生物、植物利用氧化并经阻截或结合而被去除。自然死亡：细菌和病毒处于不适宜环境中会引起自然衰败及死亡，植物植物代谢利用植物对有机物的吸收而去除，植物根系分泌物对大肠杆菌和病原体有灭活作用植物吸收相当数量的氮和磷能被植物吸收而去除，多年生沼泽生植物，每年收割一次，可将氮、磷吸收、合成后分移出人工湿地系统。

此外，该技术在相关领域也有广泛的应用和实践。

植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地根据主要植物优势种的不同，被分为浮水植物人工湿地，浮叶植物人工湿地，挺水植物人工湿地，沉水植物人工湿地等不同类型。湿地中的植物对于湿地净化污水的作用能起到极重要的影响。

值得注意的是，该领域的技术和标准也在不断发展和完善。

再次，植物为微生物的吸附生长提供了更大的表面积。植物的根系是微生物重要的栖息、附着和繁殖的场所。相关文献表明，植物根际的微生物数量比非根际微生物数量多得多，而微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。

人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。

与此同时，相关的配套工艺和设备也在持续优化升级。

③生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素的认识理解，设计运行参数不精确，因此常由于设计不当使出水达不到设计要求或不能达标排放，有的人工湿地反而成了污染源。

另外，据已有数据,当上下表面植物密度增大时, 人工湿地系统处理效率提高,在达到其最优效率时,需2~3个生长周期，所以需建成几年后才达到完全稳定的运行。因此，人工湿地技术最大问题在于缺乏长期运行系统的详细资料。

总的来说, 人工湿地污水处理系统是一种较好的废水处理方式，特别是它充分发挥资源的生产潜力,防止环境的再污染,获得污水处理与资源化的最佳效益，因此具有较高的环境效益、经济效益及社会效益,比较适合于处理水量不大、水质变化不很大、管理水平不很高的城镇污水,如我国农村中、小城镇的污水处理。人工湿地作为一种处理污水的新技术有待于进一步改良，有必要更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。

运用人工湿地处理污水可追溯到1903年，建在英国约克郡Earby，被认为是世界上第一个用于处理污水的人工湿地，连续运行直到1992年

。而人工湿地生态系统在世界各地逐渐受到重视并被运用，还是在20世纪70年代德国学者Kichunth提出根区法（the root-zone-method）理论之后开始的，根区法理论强调高等植物在湿地污水处理系统中的作用，首先是他们能够为其根围的异养微生物供应氧气，从而在还原性基质中创造了一种富氧的微环境，微生物在水生植物的根系上生长，他们就与较高的植物建立了共生合作关系，增加废水中污染物的降解速度，在远离根区的地方为兼氧和厌氧环境，有利于兼氧和厌氧净化作用，另一方面，水生植物根的生长有利于提高床基质层的水力传导性能。 [3]

值得注意的是，该领域的技术和标准也在不断发展和完善。

人工湿地的核心技术是潜流式湿地。一般由两级湿地串联，处理单元并联组成。湿地中根据处理污染物的不同而填有不同介质，种植不同种类的净化植物。水通过基质、植物和微生物的物理、化学和生物的途径共同完成系统的净化，对BOD、COD、TSS、TP、TN、藻类、石油类等有显著的去除效率；此外该工艺独有的流态和结构形成的良好的硝化与反硝化功能区对TN、TP、石油类的去除明显优于其他处理方式。主要包括内部构造系统、活性酶体介质系统、植物的培植与搭配系统、布水与集水系统、防堵塞技术、冬季运行技术。

除此之外，实际工程应用中还需要考虑多方面因素。

沟渠型湿地床包括植物系统、介质系统、收集系统。主要对雨水等面源污染进行收集处理，通过过滤、吸附、生化达到净化雨水及污水的目的。是小流域水质治理、保护的有效手段。 [6]

随着环境保护的迅速发展，人们对湿地功能也有了广泛的认识。湿地作为"地球之肾"，担负着对地球自然水体的净化和处理功能。由于城市中天然湿地的逐渐减少和消亡，因此人工湿地以其独到的优越性受到了越来越多的关注和发展。人工湿地系统水质净化技术作为一种新型生态污水净化处理方法,其基本原理是在人工湿地填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个人工湿地生态系统。当污水通过湿地系统时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，而使水质得到净化。

此外，该技术在相关领域也有广泛的应用和实践。

水生植物对污水中的BOD5、COD、TN、TP主要是靠附着生长在根区表面及附近的微生物去除的,因此应选择根系比较发达，对污水承受能力强的水生植物。

除此之外，实际工程应用中还需要考虑多方面因素。

若所处理的污水不含有毒、有害成分,其综合利用可从以下几个方面考虑:①作饲料,一般选择粗蛋白的含量>20%(干重)的水生植物；②作肥料,应考虑植物体含肥料有效成分较高,易分解；③生产沼气,应考虑发酵、产气植物的碳氮比,一般选用植物体的碳氮比为25～30.5/1；④工业或手工业原料，如芦苇可以用来造纸，水葱、灯心草、香蒲、莞草等都是编制草席的原料。

此外，该技术在相关领域也有广泛的应用和实践。

④由于这类植物以营养生长为主，对N的吸收利用率要高，因此，在进行植物配置时应重视其对N的吸收利用效果，可作为N去除的优势植物而加以利用，从而提高系统对N的去除效果。

此外，该技术在相关领域也有广泛的应用和实践。

②利用这些植物的生长（主要是块根、球茎和果实的生长）需要大量的P、K元素的特性，将其作为P去除的优势植物应用，以提高系统对P的去除效果。

另外，从产业发展角度看，市场需求也在推动技术进步。

不同植物对污水的适应能力不同。一般高浓度污水主要集中在湿地工艺的前端部分。因此，在人工湿地建设时，前端工艺部分如强氧化塘、潜流湿地等工艺一般选择耐污染能力强的植物品种。末端工艺如稳定塘、景观塘等处理段中，由于污水浓度降低，因此可以更多考虑植物的景观效果。

一个人工湿地系统的建立，植物的选择和配置是很重要的考虑因素。在系统建立和植物栽种配置时要将系统的主要功能与植物的植物学特性充分结合起来考虑。只有这样，才能充分发挥不同植物各自的优势，达到更好的处理净化效果。

湿地植物的栽种配置要根据具体的应用环境和系统工艺来确定，对于一些应用工艺范围较广的植物类型，要充分考虑其在该工艺中的优势，能使其充分发挥自己的长处而居于主导地位。

值得注意的是，该领域的技术和标准也在不断发展和完善。

人工湿地由缓冲沟和4级面积大小相近的湿地组成(图)。每级湿地由碎石床、水生植物、微生物和基质组成生物处理系统。每级湿地均铺有500mm厚的碎石床。Ⅰ～Ⅳ级湿地内的碎石粒径分别为40～50mm、30～40mm、20～30mm和10～20mm，碎石粒径逐渐减小是与流经Ⅰ～Ⅳ级湿地的污水有机物逐渐减少、水质逐步改善相适应的。同一级湿地内的碎石粒径大小应相近，每级湿地的碎石床面应该相当平整。耐高浓度有机物质性能的水生植物栽种在碎石床内。

经酸化池初步处理的污水依次渗流经Ⅰ～Ⅳ级湿地，在碎石床上形成生物膜，在微生物的氧化分解作用下污水中的有机物得到降解，同时水生植物直接吸收利用污水中的有机物，从而使得污水得以净化。另外，碎石床也是一种高效率的过滤器，使富含悬浮物的污水流经人工湿地后水质明显变清，这种物理作用在人工湿地运行初期更显得重要。

此外，该技术在相关领域也有广泛的应用和实践。

论述了人工湿地污水处理技术的机制和优势,阐述了人工湿地的构建和污水处理研究进展,表明人工湿地的污水处理效率与污染物的种类和污染程度、人工湿地的类型、湿地植物种类、基质类型、水力停留时间和水力负荷等密切相关。在中国,典型人工湿地有3种类型,分别为垂直流人工湿地、潜流式人工湿地和表面流人工湿地,主要用于处理来自化粪池、养殖场、造纸厂、油田、煤矿、富营养湖泊以及城市生活等的污水。构建人工湿地常用的植物有芦苇(Phragmites australis)、香蒲(Typha orientalis)、美人蕉(Canna indica)、眼子菜(Potam ogetonsp.)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)等,常见的基质成分为砾石、沸石、沙子、土壤或炉煤渣等。通过系统总结中国人工湿地在污水处理过程中的研究进展和应用实例,认为建立人工湿地去除污染物具有良好的应用前景,今后应该进一步加强人工湿地的基础理论研究,进一步推广人工湿地的应用。 [9]

2021年6月13日，为进一步加强水生态环境保护修复，促进区域再生水循环利用，指导各地做好人工湿地水质净化相关工作，生态环境部发布了《人工湿地水质净化技术指南》。 [10]

《指南》共4章25节，对人工湿地水质净化工程从设计、施工、验收到运行维护进行了系统性全流程规定。同时明确了《指南》实施应遵循四个基本原则。一是准确定位。人工湿地水质净化工程只承担达标排放的污水处理厂出水等低污染水的水质改善任务，而不直接承担治污任务。二是生态优先。优先利用自然或近自然的生态方式提升水的生态品质，坚持选择本土物种。三是因地制宜。根据当地实际情况开展工艺设计。鼓励利用坑塘、洼地、荒地等便于利用的土地和城镇绿化带、边角地等开展人工湿地建设。四是绩效明确。加强进出水监管，明确污染物削减要求。坚持建管并重，健全运行维护机制，保障运行维护经费，实现长效运行。 [10]

《指南》的发布实施，将对规范指导地方开展人工湿地水质净化工程建设运维，推动美丽河湖建设发挥积极作用。 [10]