爱尔斯微课堂|影响人工湿地类型选择因素浅析

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占地通常是人工湿地应用的一个限制性因素，尤其是在用地紧张的城市化区域，项目场址的占地面积在很多情况下都会受到限制。占地面积通常用人工湿地污染物负荷或水力负荷进行计算和校核。通常认为FWS、HSSF和VF人工湿地的负荷依次增大，具体可见《人工湿地污水处理工程技术规范》(HJ 2005-2010)的负荷参考值。但规范中不同类型湿地负荷取值范围较大，并且没有反映出水目标值对进水负荷取值的影响，故在设计选用时有一定的局限性。

美国Kadlec等人对全球400多个人工湿地实际工程的运行数据进行了统计，列出了不同类型人工湿地有机负荷与出水浓度的关系，结果表明FWS和HSSF系统在达到相同处理目标时，有机物去除负荷差异并不明显，一级反应动力学计算也得出了类似结论。但VF系统有机物和氨氮的去除负荷则明显大于其他两类湿地。

不同类型人工湿地有机负荷与出水目标的关系

因此，对于场地面积受限的项目，如果进水有机物浓度较高(如生活污水、畜禽养殖污水等)，可首选VF湿地或以VF系统为主的复合人工湿地。对于场地面积限制较小的工程，当进水有机物浓度较低(如农业径流、城市径流、污水厂尾水等)时可优先考虑FWS湿地，如前述的洙水河湿地。事实上，在场地面积受限较小的北美地区，FWS系统为最主要的湿地类型；而在面积受限较大的欧洲和日本，应用VF或以VF为主的复合型人工湿地的工程实例则更多。

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人工湿地高程布置应与场地的地形地势一致，以避免额外的能耗提升，而高程布置受限于湿地内的水损。不同类型湿地水力坡度不同，HJ 2005-2010规范中表流湿地水力坡度＜0.5%，潜流湿地坡度为0.5%-1.0%，而且潜流湿地更为复杂的布水和集水系统带来的水头损失也远远高于表流湿地。

受湿地总水损的限制，场地地形平整适合选择FWS系统，而选择HSSF和VF系统则可能不得不采用中途提升泵或增加挖填土方量才能满足高程布置的要求。而且，场地平坦还不利于设置潜流湿地的布水系统和可调水位控制设施。

对于地势落差大的场地，则可充分利用重力势能，在减少挖填方量的情况下设置多级VF或HSSF系统。由于潜流系统的水损会随进水负荷、堵塞情况及季节气温的变化而变化，利用地势高差设置可调水位控制设施可以灵活地应对这些情况，尤其是应对运行中HSSF和VF湿地中的堵塞情况，最大程度地防止潜流湿地表面出现壅水现象，影响处理效果。另外，地势陡的阶梯型地形还可充分利用地势落差设置前置跌水曝气系统，以提高HSSF系统的有机物降解和硝化效果。

利用地势高差设置水位可调设施

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气候对人工湿地类型的影响主要表现在是否出现冬季冰冻方面。冬季有持续冰冻的建设场址一般不适合VF湿地，这是因为VF布水系统易冻结而导致湿地运行失效。而HSSF人工湿地却能依靠填料、植物、植物凋落物及积雪等保证-15-0℃范围内填料下仍有水的流动。另外，在低于10℃条件下大多数沉水植物和浮水植物生长缓慢或停止生长，因此在北方地区应谨慎选用依靠这些植物作用除污的FWS湿地。

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通常不同工程项目对污染物有不同的去除要求，VF湿地系统具有良好的好氧条件，氨氮去除效果优于其他两类人工湿地。但由于其反硝化效果较差，因此在总氮去除率上较其他两种湿地优势不明显。而HSSF系统则有良好的硝态氮去除效果，所以在进水氮浓度高或脱氮要求严格时，通常采用VF+HSSF或倒置VF+HSSF系统。

强化脱氮的人工湿地类型组合

由于磷或重金属主要依靠沉积作用在湿地内去除，因此，对于有除磷或重金属去除要求情况，通常选用有特殊吸附效果填料的HSSF或VF系统。例如，海蛎壳-废砖块组合填料HSSF系统用于养猪废水除磷时，TP去除率可达88.41%。

在进水有机物浓度较低的情况下( 如灰水、雨水径流)，FWS系统对病原微生物具有更好的去除效果。因此，对于出水微生物学指标(如大肠杆菌或总细菌数)要求严格的情况，如果进水有机负荷低，则适合选择FWS系统，反之则应选择潜流式VF或HSSF湿地系统。

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近年来，在海绵城市建设、小区中水回用、城市径流污染控制、湿地公园建设等领域，往往会对人工湿地的生态景观提出一些具体要求，限制了湿地类型的选择。例如，以下三种情况一般只能选择HSSF系统: a.出于卫生健康考虑而禁止人体直接接触湿地处理水；b.严格防止蚊蝇滋生；c.需要气味控制。

对于进水水质较好、鼓励或以促进生物多样性为目标的湿地设计(如城市湿地公园)，则应优选FWS系统和以FWS为主的复合型人工湿地，因为开阔的水面有利于底栖生物、浮游生物、爬行动物及鱼类等生存并形成更大的湿地生物链(网)。这类具有自由水面的表流湿地系统更趋近于天然湿地，生态景观效应更强。例如，上海东滩湿地公园以堤湖、沼泽、光滩、水涉禽招引区等形式设计的表流湿地系统超过了整个公园面积的2/3，开阔的水面和重建的乡土植物群落内形成了以浮游生物、螃蜞(人工投放)等底栖动物以及大量鸟类的稳定食物网，吸引了大量野生水禽。目前，该湿地已成为全国著名观鸟区，并成功展开了扬子鳄的引入和放归试验。

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人工湿地的运行费用通常包括电费和人工管理维护费用。电费主要包括提升泵费用(很多人工湿地可实现全程重力流而省去提升电费)以及个别情况下的曝气费。VF和HSSF系统由于水损高，提升能耗高于FWS系统。通常只有需要提高负荷的潜流系统才会有人工曝气。人工费主要包括植物收割、前处理清淤、填料堵塞维护、设备管理维护费等。通常认为表流湿地无论是人工收割还是机械收割其费用均高于潜流人工湿地；然而，表流人工湿地由于堵塞风险低，其前处理清淤以及填料堵塞维护和设备维护费都低于潜流人工湿地；另外，潜流人工湿地的布水与集水系统等控制相对复杂，其设备管理维护费较表面流人工湿地高，其中VF系统最高。综合比较，FWS系统的运行费用及管理难度通常低于潜流系统。