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不同类型人工湿地对于地表水的净化效果的对比研究

发表时间：2020/11/24 来源：《基层建设》2020年第22期作者：王祎博王昊许多王佳

[导读] 摘要：人工湿地作为一种新型水处理模式，在湿地类型、低温运行方面经验不足，研究较少。

        华北理工大学河北唐山 063009
        摘要：人工湿地作为一种新型水处理模式，在湿地类型、低温运行方面经验不足，研究较少。本文以八号桥人工湿地试验区作为研究对象，选取湿地第一处理区，溪流湿地，湖泊湿地，鱼鳞湿地作为研究样区，分析湿地系统对于COD、TP、TN、NH4+-N的秋冬去除效果进行分析研究。
        关键词：人工湿地、溪流湿地、湖泊湿地、潜流湿地
        Abstract：As a new type of water treatment mode，constructed wetland has little experience in wetland type and low temperature operation.In this paper，the constructed wetland test area of no.8 bridge was taken as the research object.The first treatment area of wetland，stream wetland，lake wetland and fish scale wetland were selected as the research sample areas to analyze the removal effect of COD，TP，TN and NH4 + -N in the autumn and winter of the wetland system.
        Keyword：constructed wetland，stream wetland，lake wetland，subsurface current wetland
        Received：
        近年来，我国城市现代化进程加快，而伴随着经济、社会等的发展，带来的环境资源问题也日益突出[1]，可用水资源数量日益减少，其需求量、污水排放量逐渐增加，造成污水处理问题尖锐，导致部分污水未经有效处理就直接排放，对河流，湖泊等地表水的水质造成严重影响，不仅对水体生态系统造成严重损害，更对人体的身体健康有着深远的影响。
        人工湿地技术是一种新型的水处理模式[2]，因为其投资少，管理简单，运行稳定，还可依附于自然湿地的修复、改造工程等的优点，受到国内外众多水处理领域学者的关注并广泛应用。但由于国内发展较晚，且南北方气候差异较大，人工湿地在北方低温地区的运行存在经验不足的问题，导致冬季运行效果不佳，在此方面仍需要探索。
        人工湿地根据不同分类可分为多种类型湿地。按照水流方式的不同可分为3种，即表流湿地（SFW）、水平流湿地（SSFW）和垂直流湿地（VFW）；按水流形态可分为3种基本类型，即潜流人工湿地、表流人工湿地和复合流人工湿地；其中表流湿地根据地形，水流方式分为，溪流湿地，鱼鳞湿地，湖泊湿地等。本文主要对不同类型的表流湿地的净化效果进行分析。
        1试验区概况
        八号桥大型仿自然复合功能湿地示范工程试验区位于河北张家口八号桥处，于2019年9月建成通水，占地面积2km2，进水为永定河主河道水，其来水水质优于地表水Ⅳ类（COD<30 mg/L、NH4+-N<1.5 mg/L、TP<0.3 mg/L、DO>3mg/L），经进水闸进入第一处理区，流经溪流湿地，湖泊湿地，鱼鳞湿地，进入下一级处理区。通水之后，每月进行现场取水，进行水质检测，监测指标为COD、TP、TN、NH4+-N，把9-10月定义为秋季，12月-次年1月为冬季。秋季平均进水流量为1.0m3/s。冬季平均进水流量为0.15m3/s。
        2地表水体中常见污染物及其危害
        地表水的监测指标主要有COD、TP、TN、NH4+-N等。
        2.1 COD来源及其危害
        COD为化学需氧量，作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。水中的有机物污染可分为两类，天然有机物和合成有机物。

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前者是指自然物种经过自然循环的过程中腐烂分解所产生的物质，后者是指大多为有毒有机污染物。有机物含量过高，会造成水体中溶解氧变低，造成鱼类的死亡，而合成有机物更会造成严重的水体污染，是水体有毒性。
        2.2 磷的来源及其危害
        地表水中磷的主要来源为农业污染、工业污染和大气干湿沉降[3]，污染方式多种，难以控制，一般为磷酸根离子，水体中磷的浓度过高，会造成水体富营养化，产生水华现象，严重破坏水体的生态系统，且治理难度较大，周期较长。
        2.3氮源污染物来源及其危害
        水体中的氮主要来自生物体的代谢和腐败以及工业废水、生活污水的排放、氮肥的流失等[4]，降雨是大气中氮源转移到水体中的主要途径，水体中氮的主要形式为有机氮、氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。水体中氮养分过多也是造成水体富营养化的重要原因之一。
        3不同类型表流湿地对地表水的净化效果对比
        经过对湿地的水质检测，湿地对COD的净化能力，鱼鳞湿地＞溪流湿地＞湖泊湿地，三种湿地在秋季运行时对COD的去除效果要优于其冬季运行对COD的去除效果。COD去除主要依靠植物根系的吸收，通过生物分解、湿地的沉淀、过滤和吸附功能[4]，鱼鳞湿地相比溪流湿地、湖泊湿地，有更多的基质，吸附面积更大，更有利于有机污染物的沉淀。冬季气温降低，动植物生长受到严重影响，导致处理效果降低；TP的去除主要通过植物吸收、微生物去除及物理化学作用三方面的共同作用。对TP的净化能力，湿地运行初期，秋季时段，溪流湿地与鱼鳞湿地处理效果较佳，湖泊湿地处理能力不明显，冬季后，湖泊湿地处理能力增强，溪流湿地、鱼鳞湿地效果下降。溪流湿地与鱼鳞湿地水深较湖泊湿地浅，溪流湿地植被较丰富，鱼鳞湿地基质面积较大，更利于微生物的附着生长，入冬以后，动植物生长受到影响，而湖泊湿地面积较大，水量变小，水流更缓，利于对磷的沉淀吸附等物理作用；水体中 TN 和 NH4+-N的去除与温度、水生植物、微生物、污水负荷性质等有着密切的关系。对TN的去除能力湖泊湿地与溪流湿地较优于鱼鳞湿地，对NH4+-N的去除效能力溪流湿地＞湖泊湿地＞鱼鳞湿地。由于溪流和湖泊湿地植被较丰富，植物的生长吸收在脱氮方面占有关键作用，自然状态下的NH4+-N更易挥发、吸收。冬季植被生长受到影响，溪流湿地脱氮能力下降。鱼鳞湿地冬季处理效果反优于秋季，由于试验区运行初期，鱼鳞湿地缺少水生植物，基质没有微生物聚集、生长的条件，运行一段时间后，微生物聚集生长，脱氮能力稍有提高。
        （1）冬季气温较低，对湿地植被生长影响较大，可在湿地植被配置上选择一些耐寒性强的湿地植物，可在冬季保持较高的生命活动，例如菖蒲，茭白等。
        （2）湿地植被在脱氮除磷方面有着很大作用，在湿地植物的选择上，可以选用根系发达，生长力强，生长周期长的湿地植物，例如，芦苇。
        （3）对湿地基质配置上选择更易于微生物附着、生长的种类，在冬季植物生长受限时，可通过培养微生物，来增加冬季湿地的处理能力。
        （4）增加水力停留时间，减小水力负荷，提升湿地的净化效果。
        参考文献：
        [1]赵天，关晓梅，杨春生.水体污染物的种类、来源及对人体的危害[J].黑龙江水利科技，2004，031（002）：99-99.
        [2]刘欣铠.国内外城市污水处理现状及展望[J].防灾博览，2005（05）：27-29.
        [3]姜德娟，毕晓丽.流域-河口-近海系统氮、磷营养盐输移研究综述[J].水科学进展（3）：135-143.
        [4]杨俊.表流人工湿地系统对污染物去除效果的研究[D].长安大学，2014.
        [5]熊家晴，马梅，郑于聪.不同基质表流人工湿地对高污染河水的净化效果[J].水处理技术，2014（10）：70-74.
        [6]商静静.人工湿地冬季水质净化效果研究及减排绩效评估[D].山东建筑大学.