在全國范圍內(nèi)選擇了3處人工濕地進行比較和綜合評價，它們分別是山東威海榮成人工濕地、湖北武漢桃花島人工濕地和遼寧沈陽渾南人工濕地。三者分別處在我國的東部、南方和北方，處理對象分別為城市污水、城市地表徑流和小區(qū)生活污水，所選擇的濕地類型、流型、濕地植物和基質(zhì)組成也都存在著差別，但是3處濕地建成后都在成功地運行。本研究通過對3處處理濕地的綜合比較，提出不同地區(qū)、不同氣候條件、不同處理對象在應(yīng)用人工濕地時的設(shè)計原則，總結(jié)不同類型人工濕地的適用范圍及在運行時應(yīng)注意的問題，為人工濕地技術(shù)更廣泛、更科學(xué)地推廣應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1地理與氣候

榮成市人工濕地位于山東半島最東端，屬于暖溫帶季風(fēng)型濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫為12℃左右，年平均日照2600h左右，年平均降雨量800mm左右。

武漢市桃花島人工濕地示范工程位于武漢市城區(qū)的西南部，屬亞熱帶大陸季風(fēng)性（濕潤）氣候，年平均氣溫15.8～17.8℃，年無霜期一般為211～272d，年平均日照時數(shù)1810～2100h，年降雨量1150～1450mm。

渾南新區(qū)人工濕地位于沈陽市渾南新區(qū)，屬于北溫帶受季風(fēng)影響的半濕潤大陸性氣候，年平均氣溫在8.9℃左右，最低氣溫為-30.6℃，發(fā)生在1月份，年平均日照時數(shù)為2554h，年平均降水量為727.4mm，7～8月降水量占50%左右。

2工程概況

榮成污水處理廠采用蘆葦濕地處理工藝，處理系統(tǒng)占地面積80hm2，處理規(guī)模為2.0萬m3/d，于1998年10月投入運行，承擔(dān)約12萬居民的生活污水及少量工業(yè)廢水。進水水質(zhì)情況為:COD，200～350mg/L；BOD5，80～120mg/L；SS，150～200mg/L；TP，2～4mg/L；####NH+4-N，10～30mg/L；pH，7～8。濕地類型采用滲濾型人工濕地，是對原有的天然蘆葦濕地進行改造，實現(xiàn)單元化，基質(zhì)沒有更換仍采用原有土壤，該濕地建在市郊，遠離居民區(qū)，與海相鄰，出水直接排海，有力地緩解了海水水質(zhì)的污染。濕地運行至今達7a時間，運行比較正常，為了保證濕地功能的長效發(fā)揮，2005年在濕地的預(yù)處理部分增加了浮動生物床強化一級處理，來保證整個系統(tǒng)的處理效果［1］。

桃花島示范工程主要用于控制桃花島小區(qū)1.33km2匯水面積的初期暴雨徑流，主要由儲存塘系統(tǒng)、景觀塘系統(tǒng)、水平潛流人工濕地系統(tǒng)、復(fù)合人工濕地系統(tǒng)等工程組成（見圖2）。儲存塘系統(tǒng)總面積20800m2，設(shè)計蓄水量14500m3；水平潛流人工濕地采用半地上式布置，面積5000m2，平均深度0.7m，采用由礫石、碎石、砂子和種植土組成的組合基質(zhì)，設(shè)計處理水量為700～1200m3/d，設(shè)計進水水質(zhì)指標(biāo)為:SS，120mg/L；TP，1.6mg/L；TN，20mg/L；CODCr，160mg/L。

景觀塘系統(tǒng)總面積3100m2。復(fù)合人工濕地系統(tǒng)包括一個垂直流人工濕地、3個水平潛流人工濕地和兩個表流人工濕地，垂直流人工濕地面積為300m2，水平潛流人工濕地面積為1500m2，平均深度0.5m，采用由礫石、碎石和砂子組成的組合基質(zhì)，設(shè)計處理水量為560～900m3/d，設(shè)計進水水質(zhì)指標(biāo)為:SS，120mg/L；TP，1.6mg/L；TN，20mg/L；CODCr，160mg/L。桃花島人工濕地鄰湖而建，離居民區(qū)很近，濕地出水直接排入湖中。濕地自建成運行至今已有2a多時間，運行一切正常［2～4］。
渾南人工濕地占地10.1萬m2，包括:雨水濕地生態(tài)工程、污水濕地生態(tài)工程（見圖3）、污泥礦化床濕地工程3部分。其中，污水人工濕地占地6000m2，每天處理6000人住宅小區(qū)的生活污水，約1000t/d；雨水濕地占地74000m2，每天處理2km2匯水區(qū)內(nèi)雨水約2000t/d；污泥礦化濕地工程占地21000m2，每年處理濕地污泥2000t/a。污水處理濕地采用垂直流形式，種植濕地植物蘆葦，平均深度1.5m，采用碎石、砂子和種植土組成的組合基質(zhì)，設(shè)計進水水質(zhì):COD，300mg/L；BOD，150mg/L；SS，50mg/L。渾南污水處理濕地位于居民區(qū)附近，出水用于周圍的景觀建設(shè)和作為中水回用。濕地運行至今將近3a，基本達到穩(wěn)定運行［5］。

3處理效果

對榮成人工濕地污水處理系統(tǒng)COD、BOD5、SS、NH+4-N、TP監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明榮成人工濕地對污水中污染物具有很好的去除效果，特別是對SS、COD和BOD5等指標(biāo)，但對NH+4-N和TP的去除效果相對較差。SS、COD、BOD5出水濃度分別為（27.8±6.7）、（91.0±13.7）mg/L和（23.8±4.6）mg/L，去除率分別為（71.8±8.4）%、（62.2±10.1）%和（70.4±9.6）%。NH+4-N出水濃度為（11.3±2.6）mg/L，去除率為（40.6±15.3）%。TP的去除效果最差，出水濃度為（2.00±0.28）mg/L，去除率為（29.6±12.8）%。氣溫季節(jié)性變化能夠影響榮成人工濕地污水處理系統(tǒng)對有機污染物的去除效果。每年的4～6月對COD、BOD5去除效果最佳，1月和12月去除效果最差。不同季節(jié)間人工濕地處理效率的差別主要體現(xiàn)在對#####NH+4-N的去除，每年7～9月去除效果最佳，1～3月去除效果最差。TP的去除受溫度季節(jié)性變化影響相對較�。�1］。

桃花島人工濕地示范工程中的塘—潛流人工濕地生態(tài)工程適合城市地表徑流污水的處理，塘系統(tǒng)的沉降作用去除了大量的SS及其攜帶的其它污染物，有效地防止?jié)竦氐亩氯蜏p輕濕地的污染負(fù)荷，濕地系統(tǒng)進一步凈化處理保證了良好的出水水質(zhì)。儲存沉降塘—水平潛流人工濕地系統(tǒng)處理效果為:對各污染物的去除率分別為:CODCr，75.4%～79.1%；TP，81.8%～84.3%；TN，64.9%～69.8%；SS，93.8%～94.7%；其中人工濕地對其進水中CODCr、TP、TN、SS的去除率分別為60.7%～64.8%、73.4%～75.6%、43.2%～48.4%、60.3%～66.4%，污染負(fù)荷COD約為0.01kg/（m2•d），出水達到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的一級標(biāo)準(zhǔn)。景觀塘—復(fù)合潛流人工濕地系統(tǒng)處理效果為:對各污染物的去除率分別為:CODCr，84.0%～85.4%；TP，89.6%～91.8%；TN，92.2%～94.4%；SS，95.8%～97.1%，出水可以達到地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；其中復(fù)合潛流人工濕地對其進水中CODCr、TP、TN、SS的去除率分別為69.0%～73.1%、82.6%～86.6%、89.0%～90.4%、64.7%～69.2%，對TN具有獨特的去除效果。在無雨期，湖水被引入該生態(tài)處理系統(tǒng)，既維護了生態(tài)處理系統(tǒng)的處理功能和生態(tài)功能的長效維持，又改善了湖水水質(zhì)，保證了生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)［2～4］。

渾南新區(qū)人工濕地對污染物具有很好的去除效果，特別是對CODCr、NH+4-N、TP和BOD5的去除率都超過了90%；SS的去除率雖然不高，但是由于進水SS的濃度很低，出水中SS的濃度不超過20mg/L；濕地對TN的去除效率比較低。CODCr、NH+4-N、TP和BOD5的出水濃度分別為（19.5±10.2）、（1.30±0.88）、（0.25±0.16）mg/L和（2.66±0.84）mg/L，去除率分別為（90.05±3.50）%、（94.80±4.81）%、（92.25±5.36）%和（94.68±1.83）%；而TN的出水濃度和去除率分別為（38.15±2.27）mg/L和（26.66±3.99）%。濕地進出水一年四季的溫度變化不大，出水溫度低于進水溫度1～2℃，冬季進水溫度維持在10℃左右；廢水經(jīng)過濕地的處理后，出水中的溶解氧得到了一定程度的提高，這主要是由于垂直流人工濕地本身所具有的良好的氧傳輸能力。濕地出水中各種污染物濃度表明濕地具有較好的除污能力，出水中升高的DO也證實了廢水在濕地中流動的過程中得到了較為徹底的凈化，存在的主要問題是出水中的TN濃度大大超過出水的要求，這主要是由于垂直流濕地較強的氧傳輸能力能夠使氨氮得到根本的硝化，但是由于碳源和微環(huán)境的影響反硝化反應(yīng)的效率比較低，使得硝酸鹽不能實現(xiàn)有效的轉(zhuǎn)化，氮污染問題在該濕地中沒有得到有效的解決，富營養(yǎng)化的潛在危害仍然存在。濕地的處理效果受季節(jié)變化的影響比較小，這主要是由于該系統(tǒng)的布水裝置為上下兩套，下層布水裝置在冬季開始啟用，有效地保證了進水溫度不會過低，另外在冬季為了保溫，該系統(tǒng)上層鋪設(shè)20cm厚的草炭土［5］。

4效益分析

榮成人工濕地的處理成本為0.16元/m3。另外，濕地蘆葦在冬季進行收獲，主要用于當(dāng)?shù)卦旒垙S的原料，也具有一定的經(jīng)濟效益。濕地出水排往入海前的小海，目前小海水質(zhì)情況不斷得到改善，主要用于適于在海水淡水交匯處生存的水產(chǎn)品的養(yǎng)殖，環(huán)境效益和經(jīng)濟效益都比較顯著［1］。

桃花島人工濕地的運行成本為0.184元/m3。匯處理系統(tǒng)均采用生態(tài)工程的方法，建成后兼作公共娛樂區(qū)、生態(tài)公園，增加了景觀的視覺美感和觀賞價值，同時給游人和當(dāng)?shù)氐木用裉峁┝肆己玫男蓓瑘鏊�，改善了城市人文景觀，提升了人們的生活質(zhì)量，增加了植被覆蓋率，保持了生物多樣性，減少了水土流失，改善了生態(tài)環(huán)境［2～4］。

渾南新區(qū)人工濕地的運行成本為0.715元/m3。另外濕地出水可以作為中水回用，也可以作為景觀用水；景觀和社會環(huán)境效益明顯，在城市中建設(shè)可以調(diào)節(jié)城市小氣候、降低城市熱島效應(yīng)和改善城市環(huán)境質(zhì)量和自然生態(tài)景觀［5］。

5討論

從地理氣候的角度看，山東半島的暖溫帶季風(fēng)氣候和武漢的亞熱帶季風(fēng)氣候更適宜采用人工濕地技術(shù)，因為在該氣候條件下，植物的生長期更長，冬季持續(xù)時間不長，而且寒冷程度不高；而北溫帶的遼寧植物的生長期僅在7個月左右，冬季時間比較長而且氣溫很低，極端低溫可以達到零下30℃以下，人工濕地在北溫帶甚至冬季更長的地區(qū)采用，濕地的冬季運行必須在設(shè)計時被充分考慮，這將關(guān)系到濕地的處理效果和功能的長效發(fā)揮。

不更換基質(zhì)的滲濾型濕地應(yīng)該建設(shè)在遠離居民區(qū)的市郊，這樣可以使?jié)竦乇旧淼奈孟壓蜌馕秵栴}遠離城市，滲濾型濕地的占地面積較大，遠遠大于潛流濕地，所以只能在原有的天然沼澤濕地進行改造而成，或?qū)⑧徍｀彽乇硭w的土地、利用價值不高的河漫灘等進行改造而成。潛流人工濕地可以在居民區(qū)附近建設(shè)，潛流濕地基本避免了氣味和蚊蠅的問題，而且可以改善周圍的生態(tài)，美化環(huán)境，提高人與自然的親和力。人工濕地通�？梢脏徦ǎ谶_到設(shè)計的控污目標(biāo)的同時可以攔截地表徑流，防止徑流直接進入水體導(dǎo)致地表水體的水質(zhì)惡化。人工濕地可以處理各種污水，只是對于不同類型濕地和不同污水，其處理負(fù)荷存在著差異，如滲濾型濕地的水力負(fù)荷較低，垂直流濕地的SS負(fù)荷較低等。濕地的初期運行一般都比較良好，系統(tǒng)功能要達到長效維持，在運行過程中需要根據(jù)實際的運行進行相應(yīng)的調(diào)整；滲濾濕地的功能維護需要強化一級處理來做保證。人工濕地的類型雖然存在著差異，但濕地采用預(yù)處理是必須的，污水在進入濕地前需要經(jīng)過格柵、沉淀甚至過濾等預(yù)處理，強化一級處理單元的增加可以改變濕地的運行方式，實現(xiàn)濕地的高水力負(fù)荷低污染負(fù)荷的運行方式，有助于濕地的除污功能和生態(tài)功能的發(fā)揮。

水平潛流人工濕地、滲濾濕地可以有效地去除COD、SS和TP，但對TN的去除效果比較差，這是由于氮去除反應(yīng)中的硝化反應(yīng)受氧限制效率很低造成的。垂直流濕地SS的污染負(fù)荷較低，可以有效地去除COD和TP，也可以實現(xiàn)充分的硝化，但TN的去除率仍很低，反硝化由于碳源的缺乏難以進行導(dǎo)致此結(jié)果。水平潛流和垂直流組合的復(fù)合流濕地既可以有效去除COD、SS、TP等，也能夠高效去除TN，因為它使水平潛流和垂直流優(yōu)勢互補，使硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)不在同一環(huán)境下進行，復(fù)合流人工濕地是一種值得研究和推廣的濕地形式［2］。

渾南濕地的單噸污水的運行成本遠高于其它兩處濕地，說明垂直流人工濕地在造價方面要更高一些，這主要跟垂直流濕地的布水和收水系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且深度通常比水平潛流濕地深等原因有關(guān)。人工濕地的運行費用如果可以維持在0.2元/t以下，則僅為傳統(tǒng)污水處理工藝期望運行費用的1/5，環(huán)境效益和社會效益都比較顯著。

6小結(jié)

濕地處理工藝作為一種自然生物處理方法，利用閑置鹽堿地，具有投資少、運行管理簡單、費用低、處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定的特點；從長遠考慮，具有改進生態(tài)結(jié)構(gòu)，促進物質(zhì)能量的循環(huán)，保護濕地系統(tǒng)，防止近海區(qū)域赤潮的發(fā)生的優(yōu)點。另外，污水直接資源化可利用凈水溝進行淡水養(yǎng)殖，水生植物種植，能獲得一定的經(jīng)濟效益［6］。

通過比較不難發(fā)現(xiàn)全國各地都在利用人工濕地污水處理技術(shù)，不同類型的人工濕地都在被推廣和應(yīng)用，處理對象也多種多樣。對于人工濕地技術(shù)采用的是否合理，該技術(shù)是否具有普適性和空間移植性，在不同地區(qū)是否應(yīng)該采用不同的類型等許多問題，研究者和應(yīng)用者都存在著認(rèn)識上的分歧或者說觀點不統(tǒng)一。

傳統(tǒng)的滲濾濕地、水平潛流人工濕地和垂直流濕地都存在自身的優(yōu)缺點，而且也都有一定的應(yīng)用范圍。但是，如今在不斷的研究和應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)人工濕地的應(yīng)用范圍在被不斷的拓寬，特別是在中國，人工濕地成為一種可以跟傳統(tǒng)污水處理技術(shù)相媲美的一種污水處理技術(shù)，近幾年在全國范圍內(nèi)得到大力的推廣和應(yīng)用，不但處理對象在不斷增多，而且處理負(fù)荷也在不切實際地增加；研究報道鋪天蓋地，但可供參考的有價值的文獻少之又少，以致于到目前為止在國內(nèi)沒有一個可供參考的普遍性的人工濕地設(shè)計規(guī)范，當(dāng)然這種窘境在世界范圍內(nèi)也同樣存在。這些問題值得我們?nèi)ド疃人伎肌?br /> 參考文獻:

［1］宋志文，王任卿.榮成人工濕地凈化效果的季節(jié)和年際變化.農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2005，21（4）:24-29.

［2］尹煒，李培軍.復(fù)合潛流人工濕地處理城市地表徑流的初期運行研究.中國給水排水，2006，22（1）:5-8.

［3］尹煒，李培軍.塘—人工濕地生態(tài)系統(tǒng)處理城市地表徑流的初期運行研究.環(huán)境工程，2006，24（3）:93-95.

［4］尹煒，李培軍.城市地表徑流人工濕地生態(tài)處理工程.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2006，25（4）:614-617.

［5］尹煒.潛流人工濕地氮磷凈化功能研究，見:中國科學(xué)院博士學(xué)位論文.2006.

［6］呂憲國.濕地生態(tài)系統(tǒng)保護與管理.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

作者簡介:尹煒，男，長江水利委員會長江水資源保護科學(xué)研究所，博士。

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