人工湿地技术操作说明.docx
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人工湿地技术操作说明
人工湿地处理技术
使用操作说明
一、人工湿地原理
人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。
其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类植物的作用。
二、人工湿地的基本构造
人工湿地由五部分组成：
①具有各种透水性的特殊基质，如砂、砾石等；
②适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物，如美人蕉、风车草、芦苇等；
③水体（在基质表面下或上流动的水）；
④无脊椎动物或脊椎动物；
⑤好氧和厌氧微生物菌种；
三、人工湿地的基质作用
人工湿地中的基质又称填料、滤料，基质在为植物和微生物提供生长介质的同时，也能够通过沉淀、过滤、吸附、离子交换、植物吸收和微生物分解等作用直接去除污染物。
潜流人工湿地以SS、COD和BOD为去除目标时，根据水力停留时间、占地面积和出水水质等限制因素，可以选用特殊填料为基质。
四、人工湿地分类
人工湿地的核心技术是潜流式湿地。
一般由两级湿地串联，处理单元并联组成。
湿地中根据处理污染物的不同而填有不同介质，种植不同种类的净化植物。
水通过基质、植物和微生物的物理、化学和生物的途径共同完成系统的净化，对BOD、COD、TSS、TP、TN、藻类、石油类等有显著的去除效率；此外该工艺独有的流态和结构形成的良好的硝化与反硝化功能区对TN、TP、石油类的去除明显优于其他处理方式。
主要包括内部构造系统、活性酶体介质系统、植物的培植与搭配系统、布水与集水系统、防堵塞技术、冬季运行技术。
潜流式人工合成湿地的形式分为垂直流潜流式人工湿地和水平流潜流式人工湿地。
利用湿地中不同流态特点净化进水。
经过潜流式湿地净化后的河水可达到地表水Ⅲ类标准，再通过排水系统排放。
垂直流潜流式人工湿地：
在垂直潜流系统中，污水由表面纵向流至床底，在纵向流的过程中污水依次经过不同的专利介质层，达到净化的目的。
垂直流潜流式湿地具有完整的布水系统和集水系统，其优点是占地面积较其它形式湿地小，处理效率高，整个系统可以完全建在地下，地上可以建成绿地和配合景观规划使用。
垂直流剖面图
水平流潜流式人工湿地：
是潜流式湿地的另一种形式，污水由进水口一端沿水平方向流动的过程中依次通过砂石、介质、植物根系，流向出水口一端，以达到净化目的。
水平流剖面图
六、人工湿地植物的选型与种植
6.1人工湿地植物种类选择：
6.1.1人工湿地植物的选择宜符合下列要求：
⑴、根系发达；
⑵、适合当地环境，优先选择本土植物；
⑶、耐污能力强，去污效果好；
⑷、具有抗冻、抗病虫害能力；
⑸、有一定的经济价值；
⑹、容易管理；
⑺、有一定的美化景观效果。
6.1.2人工湿地植物的种植宜符合下列要求：
⑴、人工湿地常用的植物可按表选择
序号
名称
特点
1
芦苇
属于禾本科芦苇属，多年生水生草本植物，地下有发达的匍匐根状茎，气候适应性强，以根茎繁殖为主，生长迅速，时国内外最常用的人工湿地植物
2
香蒲
属于香蒲科香蒲属，多年生宿根性沼泽草本植物，生于池塘、河滩、渠旁等潮湿多水处，常成丛、成片生长，对土壤要求不严，已含丰富有机质的塘泥最好，较耐寒，可用播种或分株繁殖，一般用分株繁殖。
3
美人蕉
属于美人蕉科美人蕉属，多年生挺水宿根草本植物，可分株繁殖或播种繁殖，分株繁殖在4～5月间芽眼开始萌动时进行，露地栽培的最适温度为13～17℃，对土壤要求不严，在疏松肥沃、排水良好的沙壤土中生长最佳，也适于在肥沃黏质土壤中生长，分布于长江以南地区，江南可在防风处露地越冬，在北方不能越冬。
4
菖蒲
属于天南星科菖蒲属，多年生沼生挺水草本植物，分布于我国南北各地，生于池塘、湖泊岸边浅水区、沼泽地中，最适宜生长温度为18～23℃，10℃以下生长缓慢，冬季以地下茎潜入泥中越冬，具有一定抗寒性。
5
水葱
属于莎草科莎草属，多年生挺水草本植物，生长习性为阳性，夏宜半阴，喜湿润凉爽通风，分布于全国各地浅水池塘，在自然界中常生长在沼泽地、沟渠、池畔、湖畔浅水中，最佳生长温度为15～30℃，10℃以下停止生长，能耐低温，北方大部分地区可露地越冬。
6
风车草
属于莎草科莎草属，广泛分布于森林、草原地区的大湖、河流边缘的沼泽地或长期积水处，其景观效果好，去污能力也较强，喜温暖湿润和腐殖质丰富的黏性土壤，耐阴不耐寒，冬季温度不低于5℃。
7
灯心草
属于灯心草科灯心草属，喜光照充足的环境，稍耐贫瘠，耐微寒，常生于近水边缘环境，荒芜农田中有大量野生分布，适应性较强，为区域性乡土植物品种，常采用分株和播种的方式进行繁殖。
8
再力花
属于竹芋科塔利亚属，在微碱性的土壤中生长良好，好温暖水湿、阳光充足的气候环境，不耐寒，入冬后地上部分逐渐枯死，以根茎在泥中越冬，以分株和播种的方式进行繁殖。
⑵、不宜选用苗龄过小的植株。
6.1.3人工湿地中的植物通过筛选适合湿地应用，具有抗冻、抗热、抗病虫害、对周围适应能力强、净化能力强等优点。
人工湿地植物具有四个间接的作用：
1显著增加微生物的附着（植物的根茎）；
2湿地中的植物可将大气氧传输至根部，是根在微氧的环境下生长；
3根和茎的生长可以疏松、增强或稳定基质的透水性能；
4吸收污水中的营养物质（例如N、P等）；
6.2人工湿地植物的种植方法
根据工程所要考虑的要素及植物选择原则，可确定湿地的植物种类，然后寻找苗源及种植。
湿地植物的种植最关键的问题是选择适当的繁殖体及种植时间。
在温带，最适宜的种植季节应是秋季植物冬眠后到第二年1/3的生长季节过去之前这段时间，对于以块茎或者根茎繁殖体的湿生植物来说，秋冬季（如温带，则冬眠后）种植时最适宜的。
湿生植物多以植株、休眠根茎或块茎作为繁殖体，人工湿地一般不以播种形式来种植植被，因为湿生植物的种子一般要求较为恒定的水环境才能发芽，而水位不定的人工湿地不易做到这点，再者，水流的运动也可带走待发芽的种子。
植物的块茎式根茎可直接种在湿地中一定深度处，多留一截茎秆露出湿地面以利于植物的呼吸。
另有一种方法是天然湿地中挖种苗（或块茎、根茎时，将包围它的8～10cm直径的天然湿土壤一齐挖起，一并移入人工湿地中种植），由于有原生地土壤，可以帮助植物适应新的生境，而且这天然湿地土壤中含有各种湿地植物的种子苗牙及根，因而，可以帮助栽种植物的生长。
这种栽种方法的缺点就是种苗收集较费时间及费用高，而且运输起来及栽种起来都不便。
一些湿地研究专家认为，人工湿地中，先将植物种活，再放入污水进行污水处理，时一种较为可取的方法。
因为，移植后的植株需要一段时间来恢复才能接受大浓度的污染冲击。
此外，污水的浓度应由小到大渐渐增加也是植物栽种初期应采取的措施之一。
第一次植物栽种完成后，应注意加强对植物的观察，一旦发现死苗，应尽快加以补种或暂时将污水浓度降低，以确保植株的成活率。
在种植方法上，可视湿地及繁殖体的实际情况采用：
穴植、沟植、面植等方法，种植密度一般为：
每平方米3～4株。
为了防止设计中选择的湿地植物不能耐受实际运行条件，需要考虑补充种植，以保证所需的覆盖率。
植物种植时，应搭建操作架或铺设踏板，严禁直接踩踏人工湿地。
应保持介质湿润，介质表面不得有流动水体；植物生长初期，应保持池内一定水深，逐渐增大污水负荷使其驯化。
七、人工湿地的运行影响因素及去除机理
人工湿地去除的污染物种类包括；N、P、SS、有机物、重金属和病原体等。
通过湿地运行表明,前期人工湿地系统未能达到良好的生态系统条件下。
再经过长期运行促使湿地中的植物、微生物和动物等生长在一个期限达到良好的生态系统之后,出水水质会更加良好。
7.1温度、溶解氧和pH值的影响
湿地的物理和化学环境影响生物过程，反过来湿地中发生的生物过程也影响湿地的物理和化学环境。
三个重要的影响因素是温度、溶解氧和pH值。
⑴、温度随昼夜、季节变化很大，但受生物影响非常小，温度可引起一些化学和生物过程的天然变化，在冬季出水水质相对去除会降低。
（冬季应把秋末收割的芦苇平铺在湿地表面，其上面可再铺一层塑料薄膜，填料床内被处理的污水温度可保持在15—200C左右。
特别在下雪的天气，积雪也起到保温作用）。
⑵、氧在空气中虽然很充足，但在水中却很有限，经常成为湿地植物和动物生长的限制因素，但湿地植物可通过调整适应低氧环境。
污水进入到潜流湿地后，主要有两个需氧因素：
碳化需氧量（CBOD）和硝化需氧量（NOD）。
主要表现沉积的散落物需氧量，溶解有机需氧量和溶解的硝化需氧量等。
（而水中的氧的恢复主要通过大气复氧，直接传质到水表面，通过植物茎叶的传导输送，及进入湿地时水中加氧）。
⑶、湿地水化学和生物学程度pH值影响，许多污水处理微生物的适宜pH值范围是4.0-9.5，硝化菌适宜pH值大于7.2，反硝化菌的适宜pH值范围是6.5-7.5，pH值也是一些化学反应的主要控制因素。
湿地中植物生长、死亡和分解所产生的有机物质是天然酸度来源，在湿地处理系统中，出水一般偏酸性。
7.2悬浮物固体去除机理
污水中含有悬浮固体，污水流经湿地过程中，由于流速一般很小，再加上植物的阻隔和填料的截留悬浮固体得以有效去除，这样会造成两个方面的结果：
一是水质得到净化；二是湿地特性和功能得以改变。
污水中的悬浮物含有大量污染物质，例如有机物、氮磷、重金属和病原菌等，因此去除悬浮物可以提高污水的去除效率。
通过过滤和沉淀，污水中可沉降性污染物被快速截留去除，而悬浮物固体则通过微生物菌生长、湿地基质表面吸附机理去除，湿地悬浮物的去除非常有效，悬浮物固体出水值一般低于10mg/L,为防止湿地发生堵塞,进水前一般设置预处理,以减少悬浮物固体的浓度。
7.3有机物的去除机理
人工湿地对有机污染物具有较强的去除能力，污水中的有机物包含颗粒性有机物和溶解性有机物，不溶性有机物通过在湿地基质中的过滤作用可以很快地被截留进而被分解或利用，可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及厌氧好氧生物代谢降解过程而被分解去除。
BOD的去除包括几个生物化学过程：
好氧呼吸、厌氧消减和硫酸盐还原。
约50%的进水BOD在处理床体上层内即可去除，一般BOD浓度约为10mg/L。
由湿地特有的环境，形成了系统中好氧菌、兼性菌及厌氧菌的良好生存状态。
尤其是介质表层，微生物活性较高，对有机物的去除能力较强，但当表层介质被淹没时就会阻止好氧循环，进而加强并平衡了好氧-厌氧循环，为微生物充分发挥提供条件。
八、进水水质要求：
进水中无机悬浮物（SS）在100mg/L以下，如进水中无机悬浮物高于100mg/L，必需在进水前增加一级处理系统，一级处理系统的主要作用有两点：
⑴、调节进水流量的波动，保证水能连续均匀地流入，防止对湿地处理系统造成冲击负荷；
⑵、调节进水水质，使水质更加适应湿地净化功能，防止由于水中固体颗粒、悬浮物、油类物质等含量过高造成填料堵塞、湿地维护费用高、出水水质差等问题。
九、人工湿地的运行与管理
人工湿地污水处理系统从启动到成熟及正常运行，一般要经历两个阶段。
第一阶段时启动阶段，在此阶段，整个系统处于不稳定状态，其中植物的生长、微生物的数量、种类及生物膜的生长都处于逐步发展的阶段。
第二阶段时成熟阶段，在此阶段，系统处于动态平衡中，此时系统的处理效果充分发挥、运行也比较稳定。
9.1系统的启动
在启动阶段，人工湿地在插种或插种芦苇等植物后就要充水，将水位控制在地面以下25mm处。
按设计流量运行3个月后，将水位降低到距湿地床底0.2m处运行，以促进芦苇等植物的根系向床体深处发展，待根系深入到床底生长后，可再将水位调节到地表以下0.2m处，开始正常运行。
9.2人工湿地植物的维护
如果人工湿地系统设计合理且污水水质及水量不发生很大的变化，则系统一方面可自流运行，不需要任何动力设备，另一方面不需要很多的维护工作量
人工湿地处理的运行管理主要包括设施管理、田间管理和水质监控3个方面。
其中设施管理主要预防人为损毁，以及生活杂物倾入到人工湿地的管理。
湿地管理主要是对人工湿地植物的维护。
（1）设施管理：
人工湿地投入使用时，需要预防人为损毁，以及生活垃圾杂物倾倒，影响人工湿地植物生长且有碍感观；
（2）植物管理：
种植和生长管理。
种植后浇水保持湿度，待发芽长高后不断提高水深，以不淹没芽顶为限。
为促使根系发育和主根扎深，应周期性作业。
在污水湿地中，污水中含有丰富的营养素。
水生植物要经历出芽、生长、孕穗、开花和茎的成熟等阶段。
（3）修枝剪叶、成熟收割:
修剪换季节植物茎叶，修剪掉的茎叶连同吸收的营养物和其它成分从湿地中移出，促使水生植物生根和维持下年度生长和吸收、净化污水中污染物的作用。
还要及时清理落下的残枝败叶，并平整土地，铲除凸起部分，填平沟道。
湿地植物的收割视不同的植物而定，一般地，植物成熟枯黄后都采用收割法将之移出湿地，一来可以减少二次污染的可能，二来很多湿地栽种的沼津植物还有其经济利用价值，如每年可收割2～3次的茳芏及3年大约收2次的席草，都是编织手工业的很好的原材料。
（4）施肥与病虫害防治:
生长茂盛、花量大的品种在生长期要适量进行追肥，作叶面喷施。
生长较快的品种，要控制肥料的施用，以免过度繁衍，影响景观。
人工湿地规模小，生态平衡能力弱，易发生植物病虫害问题，特别是在湿地运行初期应注意采取相应的防治措施，在防治的过程中应防止引入新的污染源，病虫控制模式可以参考农作物的绿色病虫害防治方法。
（5）水质管理：
人工湿地可以对生活污水中的多种污染物具有降解作用，对人工湿地系统的进水和出水水质需要做到有序有效的管理。
进水确保水量适宜，水质稳定。
出水确定达到污水处理排放国家标准。
9.3人工湿地基质的维护
⑴、人工湿地的基质种类比较单一，只有土壤、砾石和沙等几种，如果设计或者管理不善，容易造成湿地的堵塞，过度的堵塞会导致湿地水力传导系数降低，处理效果下降，运行寿命缩短以及其他一些问题。
按照堵塞的原因，大体归结为以下3个方面：
1微生物堵塞
随着时间的推移，湿地中部分营养物质会逐渐积累，湿地中的微生物大量繁殖，再加上植物的腐败，若维护不当，很容易产生淤积、阻塞现象。
2水生植物堵塞
植物残体及其分泌物是人工湿地有机质的重要来源之一，人工湿地约27%的孔隙堵塞源于湿地植物的根与地下茎，73%的孔隙堵塞是由于进水及植物地上部分残体所造成的有机物积累。
3其他原因导致的人工湿地堵塞：
一、分解的气体堵塞了渗滤孔；二、温度。
⑵、避免人工湿地堵塞的措施
针对造成湿地堵塞的原因可以湿地设计与运行中分别采取相应的避免堵塞措施。
①对进水进行预处理
常见的预处理工艺有隔栅、厌氧沉淀、混凝沉淀等。
这类措施虽可有效地推迟基质堵塞发生的时间却不能杜绝基质堵塞的发生,并会增加系统的投资、运行成本以及维护管理难度。
是否适合采用此类方法需要在由此引起的费用增加和基质堵塞后更换基质所需费用之间进行权衡。
②选择合适的基质粒径及级配
基质粒径分布对空隙大小和水容量有决定性的影响,它是影响基质堵塞的主要因素。
粒径较大的基质可以有效地防止堵塞的发生,但过大的粒径会缩短水力停留时间,进而影响净化效果。
这类措施需要在净化效果和防堵塞两者之间寻找一个最佳平衡点,平衡点的寻找通常是通过小试或中试来进行,但实际工程往往和试验效果有较大偏差,因此可操作性比较差,并且摸索的工作量也非常巨大。
③选择合理的进水方式
间歇进水方式有利于基质保持好氧状态,从而加快有机物的生物降解,因此促使基质保持好氧状态可以减缓基质堵塞。
大部分研究报道间歇进水可减缓人工湿地基质堵塞,但间歇进水会降低湿地的日处理量,从而在处理同量污水的前提下会增加湿地的占地面积,引起投资费用的增加。
④选择合理的湿地植物
湿地植物会引起基质堵塞,湿地植物根茎的死亡、根茎分泌出的有机物质以及大量的微生物活动会导致基质床顶部100mm厚度内积累大量的有机物。
为了避免堵塞的发生,可考虑选用根际复氧能力强、分泌难降解物质较少的植物并定期收割植物的地上部分。
⑤选择合适的有机负荷
尽管有机负荷作为基质堵塞的主要影响因素已广为接受,但具体的研究结果却存在着差异。
在中欧地域气候条件下,为了防止发生堵塞所对应的最高负荷为25gCOD/（m2·d）,系统如果采用周期运行的方式则负荷可以更高，通常情况下有机负荷不要超过25gBOD/（m2·d）。
⑥湿地日常运行的科学管理
一般来说,人工湿地应该每六个月综合检查一次,日常的维护主要包括拔除杂草、清除死的植物（不是处于睡眠状态）以及清洗管道等并需根据来水水质的变化及时调整湿地进水量以防止湿地超负荷运行很有必要的。
⑶、基质堵塞的恢复对策
①启动清淤系统，定期清淤。
当系统运行一段时间后，湿地床底部会有沉积物产生，需定期清除，并回流至预处理系统，禁止直排水体，以免造成水体污染。
②间歇运行。
长时间连续进水会使系统的基质一直处于还原状态，从而造成胞外聚合物的积累，导致逐步堵塞。
人工湿地间歇运行和适当的湿地干化期，会使基质得到“休息”，保证基质一定的好氧状态，避免胞外聚合物的过度积累，防止基质堵塞。
一般情况下，间歇时间越长，基质处理能力恢复得越好，其渗透率也越大，但是，间歇时间也不能无限延长，应同时考虑处理效率和处理负荷。
。
③对污水进行曝气。
由于厌氧状态是导致基质中胞外聚合物积累的重要原因，因此，对污水进行曝气充氧可以起到一定的预防基质堵塞作用，一般情况下，在基质中渗透扩散的污水的DO值约为0-1.0mg/l，这明显偏低，而低DO值污水的长时间渗透，会使好氧微生物的分解活性受到影响。
对污水进行曝气，可以提高基质的DO值，使微生物的分解作用得以更好的发挥，同时也可防止土壤中胞外聚合物的蓄积。
④采用微生物抑制剂或溶菌剂抑制微生物生长，进而防止基质堵塞。
但由于人工湿地系统主要依靠微生物的新陈代谢活动去除污染物质，宜采用不损害基质微生物生存环境的措施来恢复基质的水力传导能力，因此，这种抑制微生物或杀死微生物来防治基质堵塞的措施在实际工程中谨慎采用。
⑤更换湿地部分填料。
通常湿地单元进水段负荷较高，产生堵塞的几率大，一旦出现堵塞现象，可以更换湿地进水段局部填料，这种方法可以有效的恢复人工湿地的功能，但大规模湿地来说工程量较大。
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