人工湿地的分类及结构.docx

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人工湿地的分类及结构

人工湿地的分类及结构

人工湿地的分类及结构

1人工湿地的定义

湿地是一种具有多功能的生态系统，被誉为“地球之肾”，具有保持水源、净化水质、蓄洪防早、调节气候和维护生物多样性等重要作用。

《湿地公约》将其定义为：

不问其为天然或人工长久或暂时性的沼泽地、泥炭地水域地带，静止或流动的淡水、半咸水、咸水体，包括低潮时水深不超过6m的水域。

自然湿地和人工湿地是自然界中常见的两类湿地。

美国湿地专家博士Hammer等将人工湿地定义为：

“一个为了人类利用和利益，通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植被、动物和水体组成的复合体”。

具体地，人工湿地就是通过模拟天然湿地的结构与功能，选择适宜的地理位置、地形，根据人们的需要人工建造和监督控制的湿地。

因此，人工湿地的概念有广义和狭义之分。

广义的人工湿地是指人类为满足生产、生活、防灾、污水处理等目的人工修的湿地（如塘坝、鱼塘、水景、稻田、水库、潜流湿地等）。

它以人类利益为主要目标，以社会服务为主要功能，不仅可以用于污水处理，还可以用于营造景观、恢复自然湿地等，因此可称为“功能性人工湿地”。

其中，主要用于实现水质改善功能的人工湿地，可以称为水净化人工湿地。

它可以分为水生植物系统（包括浮水植物系统、沉水植物系统、挺水植物系统）和湿生（耐湿）植物系统。

本文所指的人工湿地是狭义的人工湿地，即人工湿地污水处理系统。

人工湿地污水处理系统是人工建造的、可控制的和人工化的湿地系统，其设计和建造是通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用的优化组合来进行污水处理。

人工湿地对水的净化是填料、植物和微生物共同作用的结果。

2人工湿地的分类及结构

2.1按湿地植物种类

按照不同的分类方式，人工湿地可分为不同种类。

如按湿地植物种类可分为挺水植物人工湿地系统、浮生植物人工湿地系统和沉水植物人工湿地系统。

图2-1按湿地植物种类分

2.2按湿地功能定位和用途

若按湿地的功能定位和用途，人工湿地又可分为水质处理型湿地、生境支持型湿地、景观游憩型湿地及雨洪调蓄型几种类型。

2.2.1水质处理型人工湿地

水质处理型人工湿地是适用于处理农村生活污水、农田退水和地表径流等的人工湿地。

该类型小微湿地选取特殊的填料作为基质，并采用针对性的结构设计，为水质处理型植物及微生物创造良好的生长条件，从而使其可以极大地发挥湿地的生物净化能力，使水中的有机物、氮、磷、重金属和一些有毒有害物质沉淀、降解或进入生物循环链，实现污水的低成本生态处理。

图2-2水质处理型人工湿地

2.2.2生境支持型人工湿地

因湿地处于水陆系统的过渡地带，湿地中动植物的性质、结构兼有两种系统的部分特征，具有丰富的生物多样性。

生境支持型人工湿地的营造主要通过对湿地中水源、地形、土壤、动植物因子的设计，以期为当地的动植物提供适宜的生境。

生境支持型小微湿地适用于人为活动较少，生物多样性较丰富的区域。

图2-3生境支持型人工湿地

2.2.3景观游憩型人工湿地

景观游憩型人工湿地的建设侧重于为当地居民提供游玩嬉戏的场所，适用于人口较为集中、景观需求较高的区域。

景观游憩型小微湿地在实现生境支持、水质净化、雨洪调蓄等湿地功能的同时融合人文景观，具有生态、科学、教育以及历史文化等多重价值。

图2-4景观游憩型人工湿地

2.2.4雨洪调蓄型人工湿地

雨洪调蓄型人工湿地主要突出小微湿地吸收和存储洪水、调节小环境水位的作用。

雨洪调蓄型小微湿地的构建可结合湿地景观及湿地净化功能，设计为多功能调蓄池，即平时可发挥正常的水体净化、休闲娱乐等功能，在暴雨发生时着重发挥调蓄功能，实现土地资源的多功能利用。

图2-5雨洪调蓄型人工湿地

2.3按水的流动状态

在污水处理领域，按照系统布水方式及污水在系统中的流动方式，也可将人工湿地分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地三种类型。

不同类型的人工湿地污水处理系统具有不同的技术特征和适应性，其水质净化效果亦有差异。

2.3.1表面流湿地

表面流人工湿地：

具有自由水面，所以也称自由水面人工湿地。

其与自然湿地相类似，采用表面布水的设计方式，水面暴露于大气，水位通常较浅（一般为0.1m~0.6m）；污水经布水渠进入湿地床体，污水在整个人工湿地的表层水平推流式流动，通过湿地植物、基质及内部微生物间物理、化学、生物的综合作用得到净化，然后，水流至湿地末端而流出，完成整个污水净化过程。

图2-6表面流人工湿地机构示意图

由于与大气具有广阔的接触面积，使得表面流湿地系统氧气供应充足，对悬浮物、有机物的去除效果较好；但对氮、憐的去除率相对较低。

表面流人工湿地具有投资低，运行管理简便等优点，同时有水力负荷低、占地面积大、夏季蚊绳滋生、易受气候条件影响等缺点。

该系统多见于北美地区，一般应用于江河湖泊的水质净化及生态修复。

图2-7表面流人工湿地构建意向图

2.3.2水平潜流湿地

水平潜流人工湿地：

一般由土壤和各种填料组成的基质层、表层种植的湿地植物及其深入基质层的发达根系构成的根区微生物组成。

底部一般设有隔水层，用于将系统底部与地表分开，防止污水渗入地下；且系统纵向有一定的坡度保证污水顺畅流过。

污水一般由沿湿地床构建的布水沟（内置填料）或布水管进入湿地系统内，沿基质层下部形成潜流并呈水平渗滤推进，通过基质表层的生物膜、丰富的植物根系及基质的截留等作用得到净化，然后，从系统末端集水管流出。

为节约湿地面积可设计为多层潜流方式，在出水端填料层不同高度处设置出水管，从而达到控制、调节系统内水位的目的。

图2-8水平潜流人工湿地结构示意图

与表面流人工湿地相比，由于水平潜流人工湿地中基质填料的作用得到了充分的发挥，故系统、、及重金属等污染物去除效果较好，该系统还具有保温性良好，水力负荷高，运行效果受气候条件影响小、卫生条件较好等特点，但其存在投资较高、管理相对复杂、且对氮、磷去除效果欠佳等缺点。

水平潜流人工湿地常见于英、德、丹麦等欧洲国家，目前己广泛应用于石油化工、造纸、制革、钢铁、制药等工业废水及生活污水处理领域。

图2-9水平潜流人工湿地构建意向图

2.3.3垂直潜流湿地

垂直潜流人工湿地：

是在水平潜流人工湿地基础上改进的一种工艺，兼具水平潜流湿地和土地渗滤处理系统的特征。

污水经地表布水装置，垂直下行渗流入床体底部，通过系统地表与地下渗滤过程中发生的物理、化学和生物反应得到净化，最后经底部集水管或集水沟流出。

垂直潜流湿地通常采用间歇进水，氧通过空气自由扩散与植物根茎运输进入湿地内部，使整个系统处于不饱和状态或半饱和状态，故该系统硝化能力强，氮去除效果较好。

图2-10下行垂直流人工湿地结构示意图

图2-11上行垂直流人工湿地结构示意图

同样，垂直潜流人工湿地具有水力负荷较大，占地面积相对较小的优点，存

在施工要求高、操控复杂、有机物去除能力欠佳、易发生堵塞及蚊幡滋生等问题，

目前主要用于富营养水体、景观水体处理，不如水平潜流湿地应用广泛。

图2-12垂直流人工湿地构建意向图

表2.1三种类型人工湿地比较

类型

表面流人工湿地

水平潜流人工湿地

垂直潜流人工湿地

特点

污水在湿地的表面流动，水位较浅，多在0.1～0.6m，与自然湿地最为接近

污水在湿地床的内部流动，从一端水平流过填料床

污水在湿地床的内部流动，从湿地表面纵向流向填料床的底部，或者从底部流向顶部。

优点

对悬浮物及有机物有很好的去除效果；工程投资低，运行成本最低

水力负荷较高，对污染物去除效果好；很少有臭味和蚊蝇现象；运行成本较低

硝化能力高，可用于处理氨氮含量较高的废水。

运行成本较低

缺点

占地面积大，夏季滋生蚊蝇产生臭味，卫生条件较差，冬季或北方地区则易发生表面结冰现象

控制相对复杂；脱氮、除磷的效果不如垂直流人工湿地；造价较高

控制相对复杂；工程造价较高;易发生堵塞及蚊蝇滋生等问题