人工湿地水处理技术开发
水资源是人类社会赖以生存的自然资源，然而水资源短缺与水体污染日趋严重是我国目前的现状，加之社会进步、人民生活水平提高对废水排放和饮用水质制定提出了更严格的标准，发展运用经济的处理方法处理有机污染和N、P等营养物问题、有效经济地去除水中有害污染物是一个极富挑战性的课题。
1996年Kathe Seidel提出利用高等植物的生化作用去除污染物的思想，通过芦苇等植物的根区产生微生物活性区域作为生化反应器来转化降解以至终去除污染物。德国、英国分别进行了实验，利用河砾和河砂作为植物生长基质构建了高分散度的废水处理设施并获得成功。目前，人工湿地处理系统成为英国小城镇污废水处理系统的重要组成部分，其在欧盟各国及美国的应用也较广泛，处理后的水可以按质进行回用，实现了资源的再利用。我国科学家在70年代对包含湿地处理在内的土地处理技术进行研究，但研究侧重于植物对污染物的富集作用，在实际应用中存在较严重的二次污染问题，收获的植物茎叶无法妥善处置，而且工程占地面积大，效率偏低，植物不耐寒，从而阻碍了人工湿地处理系统的推广应用。本课题组经过研究，已经解决了上述问题，该技术可以应用在下列领域：
1、在小城镇污水处理中的应用
人工湿地可以接受大规模的生活污水和低浓度的工业废水混合进水，具有高效低耗简单实用的特点；在控制有毒有机物和重金属的基础上，对来水进行初步和二级处理，出水可以用于行道树喷洒、林木农田灌溉以及生活用水等。人工湿地工程还可作为地区一个旅游景观。
2、对农村污水无害化处理和利用
对N、P等营养物质的去除是人工湿地处理系统的一大特点，植物和微生物的吸收同化作用可以使出水一次性营养物指标达标，且不存在二次污染，植物体可用作饲料、肥料等，具有显著经济效益。另外强化的人工湿地还有彻底降解矿化有机污染物、消灭有害病原体的作用，因此它适用于对农村污水（包括畜禽养殖污水、生活污水等）进行无害化处理、实现水资源再利用。
3、有毒无害污染的无害化
在已有理论研究的基础上，合理选择水生植物和微生物种类，实现重金属的固定化和有机污染物的减毒转化和彻底的矿化、对垃圾填埋渗滤和污泥的资源化。
目前，许多城市污水处理能力还不能满足截污需要，应当运用人工湿地污水处理技术进行治理。
一、从生物净化原理看，人工湿地是一项新型的污水处理技术，人工湿地生态系统水质净化技术的基本原理是：
在一定的填料上种美人蕉、富贵竹、芦苇等特定的植物，将污水投放到人工建造的类似于沼泽的湿地上。当富营养化水流过人工湿地时，经沙石、土壤过滤，植物根际的多种微生物活动，使水质得到净化。像造纸废水等不含有毒物质，只是有机物浓度较高，排到河里危害极大，但用来浇灌水生植物是一种很好的优质肥料。
二、从许多地方经验看，人工湿地已产生良好的环境治理效应
深圳与欧盟合作研究的人工湿地技术，经多年实践已取得明显的生态和经济效益。它们的人工湿地系统水质净化工程，就是芦苇、美人蕉等五六种热带植物和亚热带植物按一定比例配置，再栽种到由沙子、细石等填料构成的水池里，原本臭不可闻的污水经池里流出后，马上变得清澈见底，达到国家地表水标准。
三、从建设投入成本看，人工湿地可解决资金的明显不足问题
人工湿地处理污水的运行成本非常低廉，一般为每吨污水0.1～0.2元，它是传统二级处理的1／10～1／5.此外，基建投资也少得多，通常为每吨污水150～800元，是传统二级污水处理厂的1／5～1／2.同时，湿地植物还可以作为工业原料和生活资源。如江苏省盐城市双灯纸业有限公司利用沿湖滩涂种植了3.4万亩芦苇，用造纸废水进行灌溉，每年可收割大量的芦苇，有效地解决了造纸原料供应问题。
四、从自然调节作用看，人工湿地还具有强大的生态修复功能
有资料表明，人工湿地不仅在提供水资源、调节气候、涵养水源，均化洪水、促淤造陆、降解污染物、保护生物多样性和为人类提供生产、生活资源方面发挥了重要作用。此外，它还能吸收二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等，增加氧气、净化空气、消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等，并对保护野生动物和提高局部地区景观的美学价值也有很大的益处。如盐城市的芦苇湿地建成后，鸟类的数量比原来增加了一倍以上，茂密的芦苇不仅销纳大量的城市污水，又成了鸟类的乐园，吸引了大批丹顶鹤前来栖息。因此，又具有强大环境调节功能和生态效益，既给城市污水找到了出路，同时还造就了一片绿洲，形成一个令人赏心悦目的生态景观和旅游景点，进而美化净化环境，克服了传统污水处理后有污泥产生等不足，达到了保护自然生态的效应。 生活资源方面发挥了重要作用。此外，它还能吸收二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等，增加氧气、净化空气、消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等，并对保护野生动物和提高局部地区景观的美学价值也有很大的益处。如盐城市的芦苇湿地建成后，鸟类的数量比原来增加了一倍以上，茂密的芦苇不仅销纳大量的城市污水，又成了鸟类的乐园，吸引了大批丹顶鹤前来栖息。因此，又具有强大环境调节功能和生态效益，既给城市污水找到了出路，同时还造就了一片绿洲，形成一个令人赏心悦目的生态景观和旅游景点，进而美化净化环境，克服了传统污水处理后有污泥产生等不足，达到了保护自然生态的效应。
“人工湿地概念是，由人工建造和监督控制，充分利用湿地系统净化污水能力的特点，利用生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化”，俞教授介绍说。
人工湿地主要由五部分组成，一是具有各种透水性的基质，如土壤、砂、砾石；二是适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物，如芦苇等；三是水体（在基质表面上或下流动的水）；四是无脊椎或脊椎动物；五是好氧或厌氧微生物种群。湿地植物在湿地系统中具有三个间接的重要作用：一是显著增加微生物的附着（植物的根、茎、叶）；二是湿地植物可将大气氧传输至根部，使根在厌氧环境中生长；三是增加或稳定土壤的透水性。
人工湿地处理系统的特点是：建造和运行费用便宜；易于维护，技术含量低；可进行有效可靠的废水处理；可缓冲对水力和污染负荷的冲击；可产生效益，如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动植物栖息、娱乐和教育。不足之处是：占地面积大；不的设计运行参数；生物和水力复杂性及对重要工艺动力学理解的缺乏；易受病虫害影响。人工湿地不仅可以用于城市和各种工业废水的二级处理，还可用于高级处理的精处理和对农田径流的处理，在有些情况下，人工湿地可能是一的适用技术。
湿地生态系统的成败关键是水。规划的园区水系统包括6部分：
（1）园区内各建筑组团产生的生活和实验室污水收集系统，位于地下；
（2）位于园区西北的生活污水污水处理温室，收集的污水在这里进行2级处理；
（3）环绕园区的线状湿地系统，经过初步处理的污水缓慢绕园一周后成为干净水源进入；
（4）以湖泊水面、挺水植物群落为主的中央湿地；
（5）屋顶和园内绿地在降雨情况下形成的径流直接进入湿地系统，在绿地需要灌溉季节，可以直接从湿地系统取水；
（6）园区和外界的水交换系统，建园初期，中央湿地系统土壤渗漏量大，需要从园区外引进一定数量水用于维护湿地和绿地系统，冬季湿地生物活动低，处理的污水数量减少，需要向园区外的城市污水收集系统输出一定数量的污水。
事实上，通过收集园内产生的生活废水和利用降雨，可以基本保持园内水量平衡。建园初期，由于湿地的湖、沟土壤渗漏较大，实际水量平衡偏差可能会比较大。为了减少渗漏，可以考虑用黏土等处理湖、沟底部。经过多年自然淤塞，土壤渗漏将逐渐降低并稳定在一定水平，通过园区湿地处理后节余一定数量的干净水是完全可能的。
人工湿地（CW-Constructed Wetland）污水处理技术是70年代末发展起来的一种污水处理新技术。它具有处理效果好、氮磷去除能力强，运转维护管理方便、工程基建和运转费用低以及对负荷变化适应能力强等特点，比较适合于技术管理水平不很高，规模较小的城镇或乡村的污水处理。
人工湿地的净化机理：人工湿地对废水的处理综合了物理、化学和生物的三种作用。湿地系统成熟后，填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时，大量的SS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除去。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，保证了废水中的氮磷不仅能通过植物和微生物作为营养吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用将其除去，后湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物终除去。
湿地处理系统的设计
1、选址
考察地质、地貌、水文、自然资源、人文资源、有关法律及公众意见。应因地制宜，尽量选择有一定自然坡度的洼地或经济价值不高的荒地，一方面减少土石方工程、利于排水、降低投资，另一方面防止对周围环境产生影响。
2、确定系统组合形式 根据场地特征、处理要求和所处理污水的性质来确定。单一式、并联式、串联式、综合式。
3、确定水力负荷 根据文献或经验而定。
4、选择植物
根据湿地植物的耐污性能、生长能力、根系的发达程度以及经济价值和美观等因素来确定。一般有芦苇、席草、大米草、水葫芦、水花生等，为常用的是芦苇，插植密度为1～3株/m2.
5、计算表面积 As=Q/a：As—表面积；Q—进水流量；a—水力负荷。
6 确定长宽比
1）表面流湿地：长宽比10：1或更大，根据地形来考虑，底坡降0%～1%.
2）潜流湿地：根据达西定律Q=Ks×A×S
S—水力坡度；A—湿地床横截面积；Ks—潜流渗透系数。或厄刚公式As=5.2Q[LN（So-Se）]，So—进水BOD浓度；Se—出水BOD浓度；As—湿地床表面积。
7、结构设计
（1）进出水系统的布置：湿地床的进水系统应保证配水的均匀性，一般采用多孔管和三角堰等配水装置。进水管应比湿地床高出0.5m.湿地的出水系统一般根据对床中水位调节的要求，出水区的末端的砾石填料层的底部设置穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门以调节床内的水位。
（2）填料的使用：湿地床由三层组成表层土层、中层砾石、下层小豆石。表层土钙含量在2～2.5kg/100kg为好；砾石层粒径在5～50mm，铺设厚度0.4～0.7m.
（3）潜流式湿地床的水位控制：当接纳设计流量时，进水端不能出现雍水现象；当接纳小流量时，出水端不能出现填料床面的淹没现象；有利于植物生长，床中水面浸没植物根系的深度应尽可能均匀。
8、编制施工计划
9 修改设计根据出现的问题对设计进行相应的修改。
10、施工
11、试运行
12、竣工交付使用
沈阳启用人工生态湿地
10月15日，一处由美国大地公司和英国海洋公司参与设计的、集污水处理与雨水处理为一体的人工生态湿地在辽宁沈阳浑南新区竣工启用。人造湿地用于生态环保，沈阳已走在全国前例。湿地占地面积10.1万平方米，由雨水湿地生态工程、污水湿地生态工程、污泥矿化床湿地工程三部分组成。该工程始建于今年4月，工程总造价约为1200万元，每天可处理生活污水及雨水3000多吨。这也是继沈阳市去年秋季满堂小区人工湿地后投入使用的第二块人工湿地。
人造湿地技术在国外已经比较成熟，主要是通过土壤微生物和植物根系的吸纳和分解，对生活污水起到消化、净解作用。浑南新区人工湿地工程为一个平流湿地，经过物理、学和生物等综合过程，利用香蒲、芦苇、浮萍和荷花等水生植物来净化污水。夏季出水优于二级污水处理出水水质标准，冬季接近于这个标准。这部分出水汇同前期雨水一并进入雨水湿地，继续得到净化，终净化后的水质达到中水回用标准，比一般污水处理厂处理后的水质还要好，可用于浇灌植物、清洗马路等。湿地产生的污泥还可以用作肥料。该湿地被人们形象地誉为“人工肾”。人工湿地的另一个好处是节省投入，运转成本低廉。除土地投入、布水系统和日常用电以外，没有大的运转费用。浑南新区规划设计院张力群院长称，与常规的污水处理费用0.7元／天～1元/天相比，它只需0.2元／天～0.3元/天左右，仅是传统污水处理费用的1/4.沈阳是我国著名的重工业城市，距离海岸240公里。
以前，一些未经处理的城市污水经过浑河、大辽河排入大海，是渤海重要的污染源头之一。
这块人工湿地的建成使用，不但能对本市涵养水分、调节气候、改善城市热岛效应起到一定的作用，也为有效控制陆源污染对海洋的排放，改变日益趋加重的海洋污染趋势提供了一个新的思路和借鉴。
来源:考试大-建筑工程类考试
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