潜流人工湿地组合工艺设计方法研究摘要：人工湿地作为一种新型生态污水处理技术，在实际应用中取得了快速发展。

潜流湿地是目前较多采用的人工湿地类型，但单一的潜流系统存在许多问题，因此各种类型的湿地被组合起来以提高去除效果。

文中较详细的介绍了目前人工湿地污水处理的工艺结构，并对潜流人工湿地的组合工艺和设计方法进行论述，力图找到合理的工艺流程，来提高人工湿地的去除效果，为人工湿地污水处理技术的应用研究提供了有益的参考。

关键词：人工湿地；潜流；组合工艺人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统类似自然沼泽地”但由人工建造和监督控制，是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择性的植入植物的污水处理生态系统。

”基于人工湿地独特的优势，近年来人工湿地净化技术在全国开始广泛应用，但是也存在一些未被克服的人工湿地生态系统处理废水技术发展的制约因素。

目前世界上人们正在投入大量精力以改良人工湿地技术，对所有人工湿地系统进行深入研究以改良和优化工程设计参数，并对系统的长期运行能力和管理问题进行完善。

潜流湿地是目前较多采用的人工湿地类型，但单一的潜流系统存在许多问题：如水平潜流人工湿地控制相对复杂，脱氮、除磷的效果不如垂直流人工湿地。

而垂直潜流人工湿地硝化能力高于水平潜流湿地，对有机物的去除能力不如水平潜流人工湿地系统。

所以将对潜流人工湿地的组合工艺和设计方法进行论述，力图找到合理的工艺流程，来提高人工湿地的去除效果。

1 人工湿地污水处理系统的适用范围、构成及工艺特点1 ．1 人工湿地污水处理系统的适用范围人] 一湿地污水处理系统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，比较适合于处理水量不大、水质变化较小、管理水平要求不高的城镇污水。

一般适用于生活污水深度处理，湖泊水体循环净化及生态维护，河流水体达标处理及生态维护，小区中水回用等四个方面。

1 ．2 人工湿地主要构建类型及特点人工湿地可按污水在湿地床中流动的方式不同分为三种类型：表面流湿地( F WS ) 潜流湿地( S F S ) 和垂直流湿地( v F w) 。

随着人湿地技术的发展，近年来出现了许多复合和改进工艺，使人工湿地的处理水平得到了提高。

( 1 ) 表面流湿地系统表面流人工湿地，水面位于湿地基质层以上，水深一般作者简介：尹连庆( 1 9 5 9 ) ，男，华北电力大学教授，主要从事电力环保科研工作，E ma i l ：g u r u i h u a ～2 0 0 8 @1 6 3 c o m 2 0 0 8年3 6卷第6期广州化工·6 7·0 ．3 ～0 ．5 m，水流呈推流式前进。

污水从入口以一定速度缓慢流过湿地表面，部分污水或蒸发或渗入地下，出水由溢流堰流出。

近水面部分为好氧层，较深部分及底部通常为厌氧层。

特点：表面流湿地水力负荷一般较低，达到同等处理效果的条件下，其占地面积要比潜流型大，并且易受季节影响( 冬季会结冰，夏季有恶臭，蚊蝇滋生) 但其投资少，运行费用低，维护简单。

( 2 ) 潜流湿地系统潜流湿地是目前较多采用的人工湿地类型。

根据污水在湿地中流动的方向不同可将潜流型湿地系统分为水平潜流人湿地和垂直潜流人工湿地两种类型。

不同类型的湿地对污染物的去除效果不同，具有各自的优缺。

水平潜流人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名。

湿地主要由植物( 芦苇、美人蕉、灯心草等) 、填料床和布水系统三部分组成。

填料床结构剖面图及布水系统( 布水管和排水管) 自下而上依次为防渗层、卵石层、砾砂层、粘土层等。

防渗层可以防止污水进入地下污染地下水，卵石层和砾砂层对进入此层的污水起到过滤作用，还可以通过滤料上的生物膜对污水中的污染物质进行降解，上层土壤存在大量的植物根系、微生物和土壤矿物对污水中污染物质吸收、降解置换等物理化学及生物作用，达到净化污水的目的。

特点：与自由表面流人工湿地相比，水平潜流人工湿地的水力负荷和污染负荷大，对B O D( 生化需氧量) 、C O D ( 化学需氧量) 、重金属等污染指标的去除效果好，且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，是目前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统。

它的缺点是控制相对复杂，脱氮、除磷的效果不如垂直流人工湿地。

垂直潜流湿地系统主要由基质、植物和布水系统三部分组成。

基质设置在湿地的填料区，此类湿地使用的基质以碎石、沙砾石和沸石为主，粉煤灰和矿渣等含钙的基质碱性较大，不适合植物的生长，但可按一定的比例掺入一些，作为砂子基质或土壤基质的中间吸附层。

进水配水区和出水集水区的填料一般采用粒径为6 0—1 0 0 mm的砾石，分布于整个床宽。

特点：在垂直潜流人工湿地中污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。

该系统的硝化能力高于水平潜流湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水。

其缺点是对有机物的去除能力不如水平潜流人工湿地系统．落干／淹水时间较长，控制相对复杂。

( 3 ) 折流湿地+侧向潜流湿地的复合人工湿地折流湿地由多级渗滤型湿地组成，湿地底部用混凝土密封，并在每一湿地内设置有竖向的挡流墙，底部留过水通道。

污水以上下折流的方式在湿地中推流穿行。

在湿地的填料表面形成厌氧生物膜，污水在厌氧微生物的作用下发生厌氧反应和水解反应，并通过水生植物的叶、茎和根向湿地中部传送溶解氧，形成好氧微环境，去除污水中的有机物和氮、磷。

湿地中放置0 ．5～1 i n深的砾石填料，并在表面栽种水生植物。

填料粒径范围为5～2 0 m m，并且粒径逐级缩小。

侧向潜流湿地由多级梯度向下的侧向潜流湿地床、自然复氧区交替组成。

每一侧向潜流湿地床内设置有平行交错的分隔板，将床内空间分隔成S形的水流沟道，在沟道中放置砾石填料( 填料深度为0 ．2～0 ．5米) 并栽种水生植物。

上一级湿地床与下一级湿地床之间由自然复氧区相连。

污水以s形在湿地床中潜流推行，在水生植物的作用下湿地床内基本处于兼氧环境；污水经湿地床之间的自然复氧区复氧，提高了后续湿地中的含氧量，反复经过多级的潜流湿地床一自然复氧区一潜流湿地床……循环进行多级好氧一缺氧一好氧生物反应，去除有机物和氮、磷。

特点：人为控制湿地中溶解氧的分布，形成厌氧、缺氧和好氧区域，提高了微生物去除有机污染物的效率，可以将兼／好氧段的侧向潜流湿地出水回流至厌氧折流湿地段。

一方面可以提高湿地的污染物去除率，另一方面可以完成氮的生物反硝化。

另外，由于合理设置了导流墙，可以保证湿地内布水均匀，充分提高容积利用率，减小占地面积。

( 4 ) 波形潜流人工湿地波形潜流湿地( W—S F C W) 以传统潜流湿地为基础，在湿地内部增设导流板，增加了水流的曲折性，垂直方向上的处理要比传统湿地更为优越。

特点：改进了潜流人工湿地的水流状态，使污水在垂直方向上多次经过湿地内部具有不同处理特性的构造层，使人工湿地垂直方向不同层次的功能得到了比较充分发挥，从而增强了吸附、沉淀的效果，更为有效地提高污染物的去除效果。

试验表明波形湿地出水 C O D和N H ；一N明显低于传统湿地。

它具有投资低、出水水质好、抗冲击力强、增加绿地面积、改善和美化生态环境、操作简单、维护和运行费用低廉等优点。

( 5 ) 下行上行复合人工湿地( 生态绿地污水处理系统)生态绿地模块主要由三部分组成：基质、植物和布水系统。

基质设置在湿地的填料区，填料区有两种规格：一种是1米深，另一种1 ．5米深。

基质主要有砂、碎石、片石、砾石、煤块、多孔介质、石灰石、灰渣、沸石和工业废弃物中的一种或几种的混合物。

植物按照不同的地区作不同的选择，本工艺形式在华东地区使用较多，选择的植物适应该地区的气候，一般为：高羊茅、麦冬草、小叶女真、黄杨，慎用美人蕉一类根系过于发达的植物，根系过于发达不便维护。

布水系统比较独特，绿地的进出水管道均布置在填料区表层下 1 0 0 ～1 5 0m m的深处，采用多孑L 管，均为满敷。

污水采用脉冲布水的方式，经布水管进入绿地，处理后经集水管收集排至水体或回用。

填料区的底部( 距防水层 1 0 0毫米左右) ，设置反冲洗用的多孔管，此管兼做排污管。

反冲洗的周期一般为一年。

特点：脉冲布水，定期反冲洗以免填料层拥堵，填料上层进出水，推进曝气溶氧与高分子生物球生物处理相结合使预处理效果提高，流程简单、管理简单( 无需专人管理) 、零费用运行( 运行费用与回用收益相抵) 、总投资省，环境和谐、外形美观等。

1 ．3 人工湿地工艺流程及运行方式人工湿地的工艺流程有多种，目前采用的主要有：推流式、阶梯进水式、回流式和综合式4种，如图所示：阶梯进水可避免处理床前部堵塞，使植物长势均匀，有利于后部的硝化脱氮作用；回流式可对进水进行一定的稀释，增加水中的溶解氧并减少出水中可能出现的臭味。

出水回流还可促进填料床中的硝化和反硝化作用，采用低扬程水泵，通过水力喷射或跌水等方式进行充氧。

综合式则一方面设置出水回流，另一方面还将进水分布至填料床的中部，以减轻填料床前端的负荷。

·6 8·广州化工 2 0 0 8年3 6卷第6期人工湿地系统的运行方式可根据其处理规模的大小及处理目的不同，对地表流、潜流、垂直流三种湿地类型进行多种方式的有机组合，一般有单一式、并联式、串联式和综合式四种。

哐凸面 a 推流式b 回流式c 阶梯进水式d 综合式2 人工湿地模拟系统设计2 ．1工艺流程随着人们对污水处理中氮的去除要求越来越高，水平潜流( H F ) 系统由于氧气传输能力上的限制不能满足硝化反应要求，而垂直潜流( V F ) 系统( 其最大特点就是水流从上往下流经基质，复氧效果良好) 可以满足硝化反应的好氧要求，但系统内却不能良好地进行反硝化反应。

为了提高对污水( 尤其是氮) 的处理效果，出现了将各种类型的人工湿地组合起来的组合人工湿地，通常是将垂直潜流( v F )和水平潜流( H F ) 系统组合起来。

该污水处理系统主要包括预处理系统、潜流湿地处理单元和出水系统三部分组成，潜流湿地处理单元包括两个垂直潜流系统和一个水平潜流系统。

首先污水经过格栅，去除较大的悬浮物，然后进入沉淀池，将密度比污水大的一部分悬浮物通过重力作用在污水中沉淀下来，从而实现与污水的分离，减轻后续工序的处理负荷，废水经预处理后，采用合适的布水系统进入湿地处理单元，水平潜流湿地主要是去除B O D( 生化需氧量) 、C O D ( 化学需氧量) 、重金属等污染物，而对于较难去除的氮磷两种污染物主要是利用垂直潜流湿地处理，最后得到净化的废水达标排放或回收利用。

2 ．2设计参数在进行设计计算前，首先要确定水质要求，即根据处理的污水适量及水质确定湿地处理系统进出水设计值。