人工湿地技术及其在我国北方地区的研究进展

第４０卷第１１期２０１０年１１月中国海洋大学学报ＰＥＲＩＯＤＩＣＡＬＯＦＯＣＥＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＣＨＩＮＡ４０（１１）：０７９～０８４Ｎｏｖ．，２０１０综述人工湿地技术及其在我国北方地区的研究进展＊黄健，杜少文（中国海洋大学海洋生命学院，山东青岛２６６００３）摘要：人工湿地技术由于其低成本、运行简单等特点，已广泛地应用于处理城镇污水、富营养化水体、河道生态整治、工农业废水治理等方面。本文就人工湿地的概念、分类、国内外对３种类型人工湿地的应用及研究进展进行了介绍。同时，对北方地区人工湿地应用进展、冬季防寒措施、湿地植物的选择及本实验室对几种湿地植物净化污水的效果研究等方面进行了论述，并阐述了人工湿地技术的发展前景。关键词：人工湿地；自由表面流人工湿地；水平潜流人工湿地；垂直潜流人工湿地；湿地植物；冬季保温中图法分类号：Ｘ５２４文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－５１７４（２０１０）１１－０７９－０６湿地作为１种重要的过渡性生态系统，不仅为各种湿地生物提供了栖息、繁殖的场所，而且能起到调节自然气候的作用，被誉为“地球之肾”。湿地可以通过水生植物和微生物的作用以及化学、生物学过程，吸收、固定、转化土壤和水中的营养物质，降解有毒和污染的物质，从而净化水体，目前人们利用湿地的这种自净和自我恢复能力设计出各种人工湿地，用来解决水体污染等问题。人工湿地是１种由人工建造和监督控制的，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、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［１］。人工湿地在国外起步较早，技术也比较成熟，美国国家环境保护局目前正大力开发北美的人工湿地数据库和地方数据库，以减少重复劳动和改良传统的设计方法，并出版发行了一些有关湿地的设计导则和指南［２－３］；北美湿地工程公司开发出了循环流湿地工艺和通风强化床工艺，并成功应用于数年前还被认为不适宜采用人工湿地处理污水的地区［４］；国际上关于人工湿地的重要会议主要是由国际水协主办的国际湿地系统水污染控制高峰论坛，从１９９９年开始举办，目前已成功举办了１１次。人工湿地技术在我国起步较晚，但近年来发展迅速，相比传统污水处理厂，人工湿地基建投资少、运行费用低、能耗少、操作简单，不仅适用于生活污水，对某些工业废水、农业废水、垃圾渗滤液等也有良好的净化效能［５］。１９９６年以圳市环境科学研究所、德国科隆大学、德国波恩应用湖沼学事务所、奥地利维也纳农业大学、中国科学院水生生物研究所和深圳市环境科学研究所等研究单位共同参与的“热带和亚热带区域水质改善、回用与水生态统系重建的生物工艺学对策研究”（项目编号ＥＲＢＩＣ１８ＣＴ９６００５９）项目是我国与国际合作开展的较大规模的人工湿地研究课题。该课题研究的主导思想是利用能耗低、运行费用低的人工湿地水质净化系统和生态学方法净化污水，应用于饮用水和景观用水的净化及污水处理。１９９７年，项目研究建成了人工湿地水质净化系统研究试验点，修建了小试和中试实验工程，不仅在理论上做了大量研究工作，同时在技术上积累了许多宝贵经验。２００７年由中华环保联合会和法国苏伊士集团共同发起的在北京举办的第三届环境与发展中国论坛以“水：中国２１世纪可持续发展的命脉———水污染防治的紧迫性”为主题，围绕我国不同的水污染问题开展专题论坛，其中就提出了应该大范围建立人工湿地生态系统，确保水质安全。１人工湿地分类及应用、研究进展人工湿地系统按照布水方式的不同可以分为自由表面流人工湿地（Ｆｒｅｅｗａｔｅｒｓｕｒｆａｃｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔ－ｌａｎｄ，ＦＷＳ）、水平潜流人工湿地（ＳｕｂｓｕｒｆａｃｅＦｌｏｗＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄ，ＳＳＦ）和垂直潜流人工湿地（Ｖｅｒ－ｔｉｃａｌＦｌｏｗＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＷｅｔｌａｎｄ，ＶＦＷ）３种类型［６］，主要种植的湿地植物有芦苇（Ｐｈｒａｇｍｉｔｅｓｃｏｍｍｕｎｉｓ）、香蒲（Ｔｙｐｈａｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ）、菖蒲（Ａｃｏｒｕｓｇｒｏｍｉｎｅｕｓ）、水葱（Ｓｃｉｒｐｕｓｔａｂｅｒｎａｅｍｏｎｔａｎｉ（Ｓ．ｖａｌｉｄｕｓ））、灯心草（Ｊｕｎ－ｃｕｓｅｆｆｕｓｕｓ）、千屈菜（Ｌｙｔｈｒｕｍｓａｌｉｃａｒｉａ）、凤眼莲（Ｅｉｃｈｈｏｒｎｉａｃｒａｓｓｉｐｅｓ）、美人蕉（Ｃａｎｎａｇｅｎｅｒａｌｉｓ）等［６－７］。＊收稿日期：２０１０－０３－２５；修订日期：２０１０－０５－２６作者简介：黄健（１９６８－），女，副教授，博士，主要从事环境生物学、环境影响评价及植物净化污水机理等方面的研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉａｎｈ７８＠ｏｕｃ．ｅｄｕ．ｃｎ中国海洋大学学报２０１０年１．１自由表面流人工湿地１．１．１自由表面流人工湿地的定义及特点自由表面流人工湿地水面位于湿地基质层以上，水深一般０．３～０．５ｍ，水流呈