l工艺流呈 1. 1人工湿地系统的基本类型按照工程设计和水体流态的差异,人工湿地亏水处理系统可以分为表面流湿地、水平潜 流湿地和垂直流湿地 3种主要类型，各类型在运行、控$0等方面的诸多特征存在着一定的差 异［引如表1所示其中，表面流湿地不需要砂砾等作基质,造价较低，但水力负荷较 低，该类型在美国、力偉大、新西兰、瑞典等国有较多分布:水平潜流湿地的保湿性较好， 对BOD、COD等有机物和重金属等去除效果好，受季节影响小，目前在欧洲、日本应用较 多；垂直流湿地综合了前两者白的寺点，但其建造要求较高，至今尚未广泛使用1.2人 工湿地系统的工艺流呈人工湿地勺工艺流程有多种，目前常用的有：推流式、阶梯进水 式、回流式和综合式4种［4 - 5 ］如图1所示表1 三种人工湿地处理污水系统类型比较W)酚操进水式(d)殊舍式表］三种人工湿地处理用水萦统类型比较Tab. 1 xd tkree lyptis of criisimcted ell ami特征觀捡垂在流弧地水力盛谕表曲漫锻堪感下水平流朗表曲向菇虜 底部城向淀动水力负荷较低KA—■粗对 BOD, COD. 重:金図左除败果好对叭P £聚统控制简单*聲李节艷响1大捐対宜苑拥对if祭环境狀聲夏季书■慧臭r 易it生蚊蝇夏窜有悲戾* 易滥生蚊蝇图I 人工盪地的工艺流程推流式是最基本 的形式。
阶梯进水式可避免湿地床前部堵塞，使植物长势均 匀，有利于后部的硝化脱氮作用；回流式可对进水进行一定的稀释，增加 水中的溶解氧并减少臭味；出水回流还可促进湿 地床中的硝化和反硝化作用, 采用低扬程水泵，通过水力喷射或跌水等方式进行充氧；综合式则一方面设置水 体回流，另一方面还将进水分布至湿地床的中部，以减轻湿地床前端的负荷 人工湿地的运行可根据处理规模 的大小进行多种方式的组合一般有单一式、 串联式、并联式和综合式等，如图2所示在实际应用中，人工湿地还常与 氧化塘等进行串联组合mLr^" n*. IrT I r.lr? I -2）军_式 （b）串联式——^-CTT>M并毎式 Ml烷合式人工韻地的不同坦含形式1.3人工湿地系统的配套设施实际设计中，往往是将人工湿地进行多级组合，并附加必要的预处理、后处理设施以构成湿地处理系统l 6 c ,如 图3所示一般说来，系统主要由3部分组成［'］：（1 ）收集和预处理设 施由污水集水管网、污水集水池、格栅和沉淀池等组成如果取水于被污染 的 河流，可取消污水集水管网和污水集水池2）配水和集水设施由配水井、 配水槽、配水管网、布水管、集水管和集水池组成3）湿地床。
根据出水水 质要求，可设计一级或多级湿地床，污水经串联或并联的湿地床多次 净化回用或排水 >丽污水・ , ■ I _ , ■ ■-一［幽「週頑無水也T 豆丽卜* ¥¥¥图3 ATJS地昶址的配套還施2工艺设计2 . 1人工湿地植物的管养水生植物是人工湿地系统的有机组成部分，其主要作用为：吸收利用 和吸附富集污染物质、传输氧到湿地系统、为微生物提供栖息地、维持系统 的稳定、积累有机物质人工湿地植物的管养，包括植物的选择与搭配、栽 培与养护、收割与管理等内容按生长习性，湿地植物可分为草本、灌木和 乔木人工湿地较多使用草本植物来净化污水，尤其是挺水植物.如被普遍采 用的芦苇、黄菖蒲、美人蕉、香蒲和灯心草等这些挺水植物根系发达、生 物量大、生长率高，在人工湿地中能起到固定床体表面、提供良好过 滤条件、防止淤泥堵塞等作用而利用灌木、乔木作为湿地植物的报道较少， 因为适应湿地环境的灌木、乔木不多但也有一些乔木树种如两栖榕、白 千层、茶树精油、池杉、水翁和红树林部分树种如秋茄、桐花树和 白骨壤 等［8 4 3可作为湿地树种，它们对污染物表现出较好的净化效果在建造湿地时，植物的选取应 遵循下列原则：适地适种、耐污能力强、净化 能力强、根系发达、经济和观赏价值高、重视物种间的合理搭配。
湿地植物的栽 培可在春、秋两季进行，栽培方式主要有：自然界移栽、直接种植和育苗移栽 从自然界移栽易受气候的限制，还会引入杂草，一般多发生在春季；直接种植 成活率高，但生长速度较慢：育苗移栽成活率高，生长速度快，可以在短期内 布满整个湿地，是目前普遍采用的方式增大植物的栽种密度，加强人工湿地 管理，定期进行植物收割，及时清除植物残枝，杜绝二次污染，同时做 好植物优势群落和生物多样性的保护工作，才能维 持系统处理效果的稳定2 . 2人工湿地基质的配置在湿地系统中.基质是植物的载体，是微生物的生长介质，它将湿地 中发生的所有处理过程连成一个整体基质还能够通过沉淀、过滤和吸附等作用 直接去除污染物对于基质的配置，主要考虑基质的种类、粒径、深度等， 特别需要关注对磷的去除能力有研究 表明在湿地 对磷 的去除或固定机 制中.基质吸附和沉淀发挥着最重要的作用，同时也最具有发展潜力袁东海 等研究了 7种基质材料净化污水中磷的机理，结果表明：矿渣、粉煤灰对磷 有很好 的去除效果，蛭石、黄褐土和下蜀黄土次之，沸石和砂子较差『10］ 基质中游离氧化铁、氧化铝和胶体氧化铁、氧化铝含量越高其固定形成的磷酸 铁盐和磷酸铝盐数量越多.基质净化磷素的能力越强。
除砂子外，上述其他基 质磷素饱和吸附后，磷素释放比例很低，一般不会造成二次污染当然， 基质对其他污染物的去除效果也有一定的影响朱夕珍等的研究表明：煤灰渣 基质的人工湿地对有机污染物的处理效果较好.C O D和B O D 的去除率分 别达到71% — 88%和80%〜8 9%［ “］在实际应用中， 可根据所处理污水中含有的主要污染物来配置合适的基质基质粒径的大小 是影响湿地系统水力传导性的主要因素，直接关系到湿地床体的孔隙度，进而影 响污染物在湿地中的停留时间粒径大的基质，孔隙度大,所能容纳的污水量大， 吸附作用的时间长，有利于污水的净化湿地床的不同区域，对基质粒径的需求 不同进水配水区和出水集水区的基质一般采用粒径在6 0〜1 0 0m i 1 1 的砾石，分布于整个床宽处理区最常选用的粒径范围是4〜1 6m m，实践表 明，粒径为8〜1 6 mm的基质，水力传导性好，适宜植物生长，处理效果 优［12 ］几种基质的粒径及其水力传导性如表2所示…叢2几种基廃的粒径及其水力传导性Tab. 2 Granular size and hydmulic eonduclivity ofdifferent suhatrates基质类型mm木力传辱率Jty(m3- rn-2'^)粗砂20132112x 10^80135518^ IIT101388L7x强01401 116 m 1CPI2S0145H5)7x 10-1基质深度是决定人工湿地过水断面面积和污水处理效果的重要参数，可根据系 统所栽种植物的种类及根系的生长深度确定.以保证湿地单元中必要的好氧 条件。
通常表面流湿地对基质厚度的要求不 太严格，潜流湿地的基质厚度约6 0 c m左右2 . 3人工湿地系统的设计人工湿地的构造与工程参数是人工湿地工艺设计的核心，包括水力学特性、湿地床构型和配套设施的 构筑3方面其中，水力学特性包括水力停留时间、水力负荷；湿地床构 型设计包括水力坡度、湿地床的长宽比和水位控制；配套设施的构筑 包括进 出水装置、隔板装置和防渗设施2.3.1水力停留时间 湿地的 处理效果与水力停留时间关系密切.停留时间过短，生化反应不充分，停 留 时间过长，易引起污水滞留和厌氧区扩大，影响处理效果［13 ］水 力停留时间可定义为湿地可用容积与平均流量的比值，即：2嘗"心 ⑴式f——水力停留时间，山卩一湿地容积，£ ——湿地孔隙率(无fit纲)；心一平均i«a, m7de从设计的角度出发，理论水力停留时间是利用平均流量、系统几何形状、操 作水位、初始孑L隙率等来估算的对于潜流湿地而言，悬浮固体的不断沉积, 其孑L隙率也随之发生变化，其水力停留时间很难确定，因此.实际水力停 留时间通常为理论值 的4 O %〜8 0 %［ I 4 ］ 实践证明：水力停留时 间参数的重要意义.首先是与系统的除磷效果有关.有研究显示两者为显著线 性正相关—15］。
其次，水力停留时间还影响系统除氮的效果，如郭明新等 的研究表明，人工湿地处理系统对氮的去除率随时间的延长而提高1 1 6 ］综合各方面的资料：表面流湿地的水力停留时间以4 8 d为佳：潜流湿地的 水力停留时间以2〜4 d为佳，以保证其反硝化作用的效果［14-16］ 2.3.2水力负荷湿地系统的类型和尺寸可根据所处理的污染物 浓度和负荷来确定实际 设计时，需准确知道污水中污染物的种类和浓度，再以日流量与某种污染物 的浓度相乘即可估计处理负荷，根据该负荷以及推荐的湿地特定污染物负荷率 就可选择相应的处理面积表面负荷率(A L R)指的是单位面积湿地对特定 污染物所能承受的最大负荷据美国国家环保局资料［17 -18 ］，利用表面负荷率可以计算湿地处理工程的面积：A^Q^Cc/ALR (2)式中；九一™呢地处理面积，hmSQ——湿地进水流绘，mVd；Q——进水污染物的质星浓度，对于表面流湿地进水区BOD负荷率可达10 0kg / ( h m ・d)， 潜流湿地设计B O D负荷率可为8 0〜1 2 0 k g / ( h m・d)不 过，也有学者认为水力负荷应采用流量除以过流断面面积，才能反映其真正 含义，也更切合人工湿地的特点［14 : 。
2 - 3 . 3水力坡度对表面流湿地的水力坡度加以考虑是为了解决 回水所引起的滞留阻塞问题其水头损 失可用修正过的曼宁公式来计算［1 9 ］:式中；』一水力坡度（无呈纲》；P 平均離速* tT^a；h——曼宁睨力乘赴丫 "是朮探且及其它本面辑力丙盍的袖數；h——渥地半均水深r m.潜流观地中水逼动主要依靠进*出水址的水头 損失，可用达西定律的原始棣武计算画：Q-KA^S = K-WD^Ah/^. {4）武中：Q 流屋，mrVd；札一—水流橫断面面积，m3；K———水力传导系数，D宵水深，m；W —一潜流湿地宽攬.TU；也———懵流湿地的单位长度，in；dh —-水流阻力导致的水头损失’ m在湿地设计中.水力坡度的确定需综合考虑湿地类型、基质性质及湿地尺 寸等因素实践中，表面流人工湿地采用0 . 5 %或更小.潜流人工湿地采用0 . 5 %〜1 %关键是，水力坡度这一设计参数需根据填料性质及湿地尺寸加以校正.例如以砾石为填料的湿地床一般要取2 %2 . 3 . 4湿地床的长宽比理论上，湿地水力负荷的要求确定之后，可根据负荷计算湿地 面积，由以下公式求得湿地床体的 长度：L-A./W ⑸潜流湿地的宽度 可以根据达西定律和一些关于深度的推荐值来计 算。
将公式（5 ）代人公式（4），可得：JF二[少札/（K记卜〃Q]" ⑹这样，即可求得能够保证一定水头损失的湿地最小宽度经验表明 [4 .]：湿地床长度通常为2 O〜5 0 m湿地过短，则有效处理面积过 小，不能保证净化效果；湿地过长，易造成死区，使水位难于调节，不利 于植物生长湿地的长宽比不宜过大，建议控制在3： 1以下，目前，大多数欧洲国家人工湿地的长宽比在1： l〜2： 1之间，以土壤 为主的系统， 长宽比应小于1： 1对于长宽比小于1： l的潜流湿地，必须慎重考虑在湿地整个宽度上均匀布水和集。