人工湿地在生态环境建设及污水处理方面的发展和应用_常高峰

2010年9月陕西理工学院学报(自然科学版)Sept．2010第26卷第3期JournalofShaanxiUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vol．26No．3［文章编号］1673－2944(2010)03－0081－05人工湿地在生态环境建设及污水处理方面的发展和应用常高峰(天津市环境保护技术开发中心，天津300191)［摘要］通过调查人工湿地的发展历史，介绍了人工湿地的概念、原理及工艺组成，结合近年来人工湿地运行实例，综合分析了人工湿地在城市景观建设、区域气候调节、地下水补给以及地表水体富营养化治理等生态环境建设方面所起到的作用，总结了人工湿地处理技术在污水处理方面的独特性和生物学价值，为其有效地推广和发展提供研究素材。［关键词］人工湿地;低碳经济;生态城市建设;环境保护［中图分类号］X703［文献标识码］A收稿日期:2010-03-01作者简介:常高峰(1978—)，男，山东省东营市人，天津市环境保护技术开发中心工程师，工学硕士，主要研究方向为环境保护。随着我国国民经济的快速增长，开发建设规模及强度均日趋增强，势必造成水资源消耗量和污水产生量的大幅增加，而国民环保意识的增强和环保技术的进步促进了我国污水处理技术的发展和完善，尤其城市污水处理厂二级污水处理体制的完善，使区域污水污染的排放得到了有效控制。但如何改善水环境质量，缓解资源危机、能源危机等全球问题已成为人类社会不可回避的问题，探索合理有效地以废水资源综合利用为目的的污水处理技术，也成为人们保护生存环境和维持生境的追求。人工湿地(ConstructedWetlands)是模拟自然湿地机理的人工生态系统，是利用人工构建的湿地系统中的物理、化学和驯化的生物生化系统协同对污水进行综合作用实现对污水的净化。与传统概念的污水处理工艺相比，人工湿地污水处理系统具有系统维护及运营费用低，对进水负荷变化适应性强，尤其对氮、磷去除效果好，生态环境效益显著等特点［1—4］。近年来国内外学者对湿地系统的废水净化机理做了大量的研究工作，对人工湿地在污水处理技术方面的应用也作了大量研究工作，并取得了一系列的成果，随着我国宜居环境、宜居城市的发展和倡导，人工湿地以其独特的生态价值，在废水方面的广泛应用越来越受到人们的关注和应用。1人工湿地的发展历史人工湿地在污水处理方面最早的应用是1903年建在英国约克郡Earby的人工湿地，其被认为世界上第一处用于处理污水的人工湿地。而人工湿地生态理论是在20世纪70年代由学者Kickuth提出根区法(TheRoot-Zone-Method)理论之后逐步发展起来的［4］。随后，人工湿地污水处理技术在英国、德国、法国、澳大利亚、巴西、荷兰等国得到迅速发展。最近，我国也开始应用人工湿地技术处理城市污水和净化景观水体等［5—8］。人工湿地研究从早期用于处理城市生活污水或作为城市二级污水处理厂出水的处理系统，已经发展到城市污水处理湿地、矿业废水湿地、农业污水处理湿地、垃圾场渗滤液处理湿地、面源污染［9，10］及暴雨径流处理湿地［11，12］、富营养化湖水净化湿地［9］等。研究结果表明，各种湿地类型处理系统均表现出良好的污水净化效果。2人工湿地的概念、类型及组成在1971年《湿地公约》中，湿地定义为:不论其为天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，带有静止或流动，或淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6m的水域。而人工湿地是在自然条件下不存在湿地的地方，人为地创造湿地条件及种植相应植物等而发展成的湿地。美国著名湿地研究、管理和设计专家Hammer等将人工湿地定义为:为人类的利用和利益，通过模拟自然湿地人为设计与建造的，以饱和基质、挺水和沉水植物、动物和水体组成的复合体。而我国国内学者对人工湿地的定义为:通过模拟天然湿地的结果和功能，选择一定的地理位置和需要，根据人们的需要设计和建造的湿地。人工湿地从结构原理上主要分为表面流人工湿地(Surfaceflowconstructedwetland)和潜流人工湿地(Subsurfaceflowconstructedwetland)两种类型［13］。表面流人工湿地是模拟自然湿地所建立起来的人工湿地，其基质被小于4m深的水体覆盖的湿地类型，并且该类湿地要求大多数时间有表面水存在，才能得以维持，为湿地物种提供栖息和生存环境;潜流人工湿地是水平面维持在基质表面之下的人工湿地，其基质往往由矿石和粗沙组成，从而能创造出较多的孔隙使污水和基质广泛接触，利用基质负载的生物和基质本身来处理污水。根据污水在基质中的流动方向，潜流人工湿地可分为水平流型(Horizon-talflow