談到污水處理技術，人工濕地可謂是備受大眾青睞，自20世紀70年代在德國首次投入使用以來，就憑借著好的出水水質、能增加綠地面積、低投資等眾多優點被廣泛應用。人無完人，物無完物，技術當然也不例外，本文通過典型案例著重剖析人工濕地在處理微污染水源、污水處理廠尾水及其他污水方面的效果和遇到的問題，針對人工濕地出現的堵塞、易受季節影響、脫氮除磷效果不穩定、占地面積大、數據庫匱乏等問題提出了相應的解決對策，以期為人工濕地的推廣應用提供借鑒。

本文將從處理微污染水源的應用、污水處理廠尾水深度處理的應用和其他污水處理中的應用，以及在治理農村污水中存在的問題和對策進行詳細的講解：

（一）處理微污染水源的應用

微污染水源的主要特點是污染物濃度低且水量巨大，采用高基建、高耗能強化的傳統處理方法處理微污染水源，投資巨大，但采用人工濕地等組合工藝處理微污染水效果顯著。以大理州洱源縣鄧北橋人工濕地應用為例，鄧北橋人工濕地的平面布置和工藝流程如圖所示，微污染水源依次經過氧化塘-一級表流濕地-水平潛流濕地-二級表流濕地處理，達標后排放回永安江。

人工濕地系統處理微污染水流程圖

經過人工濕地處理后，出水TN平均質量濃度為1.60mg/L，最低質量濃度為0.00mg/L，最高質量濃度為3.07mg/L；出水氨氮平均質量濃度為0.130mg/L，最低質量濃度為0.015mg/L，最高質量濃度1.200mg/L；出水TP平均質量濃度為0.350mg/L，最低質量濃度為0.000mg/L，最高質量濃度為0.210mg/L，出水水質總體達到地表水Ⅲ類排放標準。每年的12月到來年2月，TN、氨氮濃度最高，冬季的平均去除率僅為34.89%、43.76%。原因可能有以下幾點：

(1) 冬季氣溫偏低,微生物的活性受限制,進而導致出水中TN及氨氮濃度偏高；

(2) 冬季植物自然枯死，植物對TN及氨氮的吸收量受到影響；

(3) 受到進水水質波動的影響，降水及上游居民的生活生產會影響進水的流量及人工濕地的負荷，導致進水中TN的最高值(3.07mg/L)遠高于其平均值(1.60mg/L)，進水中氨氮的最高值(0.200mg/L)也遠高于其平均值(0.130mg/L)。此外,傳統人工濕地與混合潛流人工濕地、垂直流人工濕地相比，具有啟動慢、易堵塞、占地面積大等缺點。

（二）污水處理廠尾水深度處理的應用

貴陽綜保區都溪河片區污水處理廠尾水深度處理

采用的混合型潛流人工濕地占地有效面積為12500㎡,設計水深為1.5m，混合潛流人工濕地由A-F區這6個區域組成，該系統可以完成“氨化-硝化-反硝化”的過程，使系統高效脫氮。此外該系統也可有效地氧化還原性物質，改變水體氧化還原電位，促進水體中磷的去除(主要依賴于植物的吸收和磷的固定)，該混合型潛流人工濕地的主要設計內容如下表所示。

A區處于兼氧狀態，漂浮植物通過根系吸收污水中的營養物質，利用生物掛膜來降低水體有機物含量；B-E區均采用微孔曝氣處于富氧狀態，植物通過微孔曝氣增加水體中的溶解氧，促使氨氮在硝化細菌作用下轉化為硝態氮完成硝化作用，以降低水體中的氨氮含量，硝態氮在水體底部厭氧環境下被反硝化細菌還原成氣態氮(N2、N2O)而進入大氣。而磷元素則可以在水體底部礦化或被聚磷菌吸收，降低水體磷的含量；C-E區沉水植物選擇耐污能力較強，依據沉水植物特性，深化吸收、降解水體中氮、磷及部分有機污染物。

經過人工濕地處理后的出水水質優于GB 18918-2002一級A標準，主要指標(BOD5、CODcr、氨氮、TP等)達到IV類水體標準,即“準IV類”。經過人工濕地處理后的水排入生態涵養區，混合型潛流濕地進出水水質如表所示。

作為一種良好的廢水處理方法，人工濕地處理技術可通過充分發揮資源生產的潛力，達到防止環境污染、獲得污水處理及資源化處理最佳收益的目的，因此，對人工濕地的運行缺陷進行更新以保證其能適用于全方面的污水處理場景是十分有必要的，日后應細致研究不同地區特征和運行數據，提供更合理的參數，從而為我國農村小型城鎮的污水處理提供全方面的改良措施。

為了更好地應對季節性變化對人工濕地的影響，使脫氮除磷效果更好、人工濕地的出水更穩定，成都市西區人工濕地采用下流式預埋微生物垂直流人工濕地，平面圖及工藝流程如圖所示。

該系統針對人工濕地易堵塞、氮磷去除效果不穩定的問題做出了優化設計，工程采用下流式預埋微生物垂直流人工濕地。該人工濕地的具體構造如下圖所示，濕地進水采用進水渠及布水管，濕地內部穿孔布水管及濕地底部穿孔收集管均采用硬聚乙烯塑料排水管，由分渠到總渠收集，科學設置布水系統可防止填料堵塞。此外濕地構筑物內自下而上放置礫石、大石、碎石、專業填料、砂、土，每鋪設一層填料后在該填料的表面放置固體專性菌種粉末(或顆粒)或放置包埋固定化的專性菌種填料，在砂、土內種植挺水植物，這些專性菌種包括高效的好氧、兼氧、厭氧、硝化、反硝化純菌及高效的低碳源除磷脫氮填料(緩釋碳源)，可有效提高脫氮除磷效果。

人工濕地進水水質為一級A標準，出水水質達到《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》(DB 51/2311-2016)，具體參數如下表所示。

（三）在其他污水處理中的應用

人工濕地在生活污水、生活污水+工業廢水的處理方面也應用較多，人工濕地處理生活污水時能有效去除CODCr、BOD5，去除率分別可達到92.4%、94.5%，SS去除率可達88.8%；人工濕地處理工業廢水+生活污水時，CODcr、BOD5去除率分別可達到85.8%、81.2%，SS的去除率可達93.8%；總體上，人工濕地對TN、TP的去除效果不穩定，具體與人工濕地的進出水水質、水量、人工濕地的種類有關。由表可知，出水CODcr、 BOD5可達GB 18918-2002一級A標準，出水SS的去除率接近一級A標準，部分可達標排放。

（四）存在問題及對策

堵塞問題及解決對策

堵塞是人工濕地存在的普遍問題，美國環境保護署(EPA)對一百多個正在運行的人工濕地進行調查，其中50%的人工濕地在投產后5年內存在堵塞問題，堵塞后人工濕地會存在繞流甚至短流現象，影響污水的停留時間，導致出水水質不達標；另外污水長期淤積在人工濕地表面，阻隔了氧氣向濕地深層擴散，不僅降低了污染物的去除率，同時還會導致污水惡臭、滋生蚊蟲。針對上述問題,提出以下幾點建議。

01.預處理

預處理是解決人工濕地堵塞問題的重要手段，可有效降低人工濕地中有機負荷和懸浮物，還能提高污水的可生化性，減少后續處理單位的負荷。常見的預處理措施有沉砂池、粗細格柵、沉淀池、化糞池、除油池等。目前很多學者研究了生物法與人工濕地的組合工藝，包括人工快速滲濾系統(CRI)、SBR、生物絮凝、浮化生物床、厭氧池及生物接觸氧化等，研究發現經過這些預處理措施可以有效預防人工濕地堵塞的發生。

02.增加污水中的溶解氧

溶解氧使基質保持在好氧狀態，可提高微生物的活性，也可有效防止堵塞。提高基質中溶解氧的方法有干濕交替布水、曝氣等。干濕交替的方式有間歇式進水和停床輪休，在有水的時候可以使基質保持好氧的狀態，促進微生物的代謝；在系統落干期間，由于微生物得不到污水中有機物持續供給，微生物進入了內源呼吸期，分解胞外聚合物防止聚合物蓄積。李懷正等人研究干濕交替的輪休措施對人工濕地堵塞程度的影響，結果表明，輪休措施能有效改善人工濕地的堵塞問題，主要表現在采取措施以后單位基質中不可濾物質的含量較之前降低。張偉進研究表明曝氣濕地基質的孔隙率比未曝氣基質的孔隙率大很多，孔隙率的大小與曝氣時長成正比。此外還有其他復氧方式，如跌水曝氣、噴淋曝氣、自然導氣等。

03.選擇合適的填料

填料的粒徑、級配及種類對人工濕地的堵塞有一定的影響。莫鳳鸞等人將濕地中小粒徑的砂子改為大粒徑的碎石后，成功解決了人工濕地的堵塞問題；Zhao等人研究表明反級配的人工濕地能有效防止人工濕地的堵塞；詹德昊認為有機質主要積累在基質表層及上層，通過定期更換濕地填料可有效防止濕地堵塞；成都市西區污水處理廠提標 工程通過科學計算除磷填料的數量，可保證整體填料在不堵塞情況下的使用壽命(10-50年均可)。因此,是否采用合理的級配以及是否定期更換表層填料關系到人工濕地是否容易堵塞。

04.選擇合適的濕地植物

研究表明，約73%的人工濕地孔隙堵塞源于地上植物殘體造成的有機物的積累，27%的孔隙堵塞由濕地植物的地下莖和根部造成。深圳石巖河人工濕地采用紙莎草作為濕地植物，紙莎草由于莖桿柔軟，葉與基質表面長期接觸，腐爛后在其周圍形成大面積的板結，導致人工濕地系統的堵塞。因此選擇殘留物中難降解化合物水平較低、分泌物易降解、根性富氧能力強濕地植物，并注意合理密植、控制生長速度、定期收割減少植物殘留，就可以有效防止孔隙堵塞。國內常用的植物有蘆葦、美人蕉、香蒲、風車草、菖蒲、茭白等。

05.投加蚯蚓

引入蚯蚓可緩解人工濕地的堵塞，同時增加人工濕地系統的生物多樣性，延長食物鏈提高凈水能力，降低污染負荷，優化的蚯蚓人工濕地能依靠蚯蚓、植物、基質、微生物的聯合作用實現污水的高效凈化。

易受季節性影響及解決對策

在設計建造新的人工濕地之前，應對其周圍的人工濕地進行充分調研，分析調研結果因地制宜。合適的植物配置及工程措施對人工濕地的穩定運行、對抗外界環境影響等方面具有重要的影響。

01.選擇本土植物

山東榮成市人工濕地、鄧北橋人工濕地在運行期間，氨氮和TP的去除效果表現出明顯的季節變化，其中氨氮去除呈現夏季高、冬季低的現象，可能是冬季氣溫低、人工濕地中微生物活性低、代謝不旺盛導致。Michael等人建議，改進選擇植物的標準，盡量選擇原生植被，提高植物對當地氣候和環境的適應能力。劉曦等人研究表明在云南大理鄧北橋附近建造人工濕地時優先考慮荷花、梭魚草、蘆葦、風車草等。Lin等人建議在廣東省建造人工濕地，優先考慮潛水植物。

02.選擇有后續利用價值的植物

在秋季大量的人工濕地植物收獲，如果處理不當容易造成污染物質的二次釋放，成為地表水和地下水的污染源。Lin等人針對秋季人工濕地植物大量收割處理不當造成污染問題提出解決方法,，即利用收獲的人工濕地植物秸稈生產燃料乙醇，研究表明蘆葦是一種理想的生產乙醇的生物質能源，其在同步糖化發酵120h后，乙醇的產率和含量較高，分別為104.84%和34.89%。在夏季，濕地很難維持正常的運行狀態，亞熱帶地區綠狐尾藻濕地系統對養豬廢水具有很好的處理效果，對TN、TP、氨氮和CODcr的平均去除率可達90%。

03.采取工程措施

在冬季，通過補充碳源水平潛流人工濕地對TN的去除率為76.01%，垂直流人工濕地及水平潛流人工濕地對TN的去除率達71%；成都市西區污水處理廠提標工程考慮到運行初期及冬季植物長勢不好,在濕地前加入多種協調菌，如高效脫氮菌、固磷菌等，待植株長大后整個生態系統形成且具有良好去除氮、磷、有機物的功能時，不再添加生物菌種。因此可通過定期收割人工濕地植物、選擇適合當地氣候的本土植物或通過投加協調菌的方法來緩解季節變化對污水處理效果的影響。

脫氮除磷效果不穩定及解決對策

人工濕地對SS、CODcr、BOD5及細菌的去除率可達90%以上，但氮、磷的去除率接近50%，為60%-86%，針對這一問題國內外專家提出了一些解決方法。鐘樂等人采用電解的方法強化處理低碳氮比的污水，結果顯示，電解強化技術對系統TN、氨氮、TP的去除率有明顯提高，分別可達82.10%、88.30%、87.74%；王皓等人采用電解強化-三級串聯潛流人工濕地的組合工藝處理農村生活污水，接種污泥來自合肥市望塘城市污水處理廠，每一級人工濕地都是由鋼化玻璃構成，鋼化玻璃后接出水池，鋼化玻璃尺寸L×W×H=1500mm×540mm×248mm，一級基質以沸石為主，二級、三級基質以廢磚為主，在一級、二級裝置中安裝電解裝置并為 其提供恒定電流，選用美人蕉和蘆葦等植物，待植物成活后開始試驗，裝置穩定運行17個月以后，取水樣測定，結果表明水力負荷為0.3m3/(m3·d)時，系統對TP、TN、氨氮的去除率分別可達93.13%、92.22%、95.22%，此時填料的沉淀和吸附作用對磷的貢獻率在70%左右，出水水質可達《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級A標準。因此,氮、磷去除效果不理想時可考慮應用電解強化工藝。此外，不同種類的潛水植物對營養物質的去除效率也不同，根據進出水水質要求，合理地選擇濕地植物對水質的凈化效果尤為重要。

占地面積大及解決對策

崔理華提出了一種復合人工濕地，污水經處理后各項指標均能達到一級A標準，同時可減少占地面積。何強等人提出序批式深床人工濕地，濕地系統總用地為1.87㎡/m3污水；成都市西區污水處理廠提標工程采用下流式預埋微生物垂直流人工濕地占地少，用地僅為1-1.5㎡/m3污水，與傳統二級處理工藝相比濕地面積大大減小。以貴陽綜保區都溪河片區人工濕地為例，設計規模同為10000m3/d，如果采用表流人工濕地，占地面積約10萬㎡；如果采用潛流人工濕地，占地面積約為2萬㎡；如果采用復合型潛流人工濕地，占地面積僅為1.25萬㎡。與傳統的表流人工濕地相比，復合人工濕地及垂直流人工濕地更有利于濕地面積的減小。

數據庫匱乏及解決對策

自2009年起，國家及部分相關部門針對人工濕地頒布了一系列的法律法規，主要是用于人工濕地的水力負荷、污染物負荷及人工濕地構筑物設計方面，由于頒布的部門不一樣，各規范中對這3個參數的規定也有很大差異。此外，不同性質的污水、不同水力負荷和污染負荷的取值、濕地面積的計算結果不同，不能一概而論且實際設計運行經驗缺乏。針對上述問題，張翔等人對環保部規范、住建部導則以及各地關于人工濕地的規范進行了對比研究，建議統計各地區典型潛流人工濕地的實際運行數據，經過對比分析得出每個區域最適合的參數，歸納運行及設計經驗制定出一些設計參數、取值規范、運行管理方案等，為后期人工濕地的建造提供依據。

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來源：農村污水、愛爾斯水生態修復、凈水技術 期刊

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