西宁人工湿地在生态型废水处理中的应用与维护

随着生态文明建设的深入推进，生态型废水处理技术因其低能耗、环境友好和可持续性优势，日益受到关注。人工湿地（Constructed Wetland, CW）作为典型的生态处理系统，通过模拟自然湿地的净化机制，利用植物、微生物与基质的协同作用，有效去除废水中的有机物、氮、磷及重金属等污染物。本文系统阐述了人工湿地的技术原理、主要类型、在不同废水处理场景中的应用实践，并重点探讨其运行维护策略与管理要点，旨在为人工湿地的科学设计、高效运行和长期稳定提供技术支撑。

1. 引言

传统污水处理工艺普遍存在能耗高、碳排放量大、化学药剂依赖性强等问题，难以满足绿色低碳发展的要求。相比之下，人工湿地作为一种基于自然的解决方案（Nature-Based Solutions, NbS），具有建设成本低、运行管理简便、景观效果好、生态效益显著等优点，广泛应用于农村生活污水、城市初期雨水、工业尾水、农业排水及黑臭水体治理等领域。近年来，我国在“水污染防治行动计划”和“美丽中国”建设背景下，大力推广人工湿地技术，成为生态型废水处理的重要组成部分。

2. 人工湿地的工作原理

人工湿地的净化过程是物理、化学和生物作用的综合体现，主要包括：

物理作用：沉淀、过滤、吸附，去除悬浮物和部分重金属；

化学作用：氧化还原、离子交换、沉淀（如磷与铁、铝、钙形成不溶物）；

生物作用：微生物（好氧、厌氧、兼性菌）降解有机物，硝化与反硝化脱氮，植物吸收氮、磷及微量污染物。

湿地植物（如芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉等）不仅提供根系附着界面，促进微生物膜形成，还通过输氧作用改善根区微环境，增强污染物去除能力。基质（如砾石、砂、沸石、生物炭）则作为微生物载体和吸附介质，影响水力传导与污染物截留效率。

3. 人工湿地的主要类型

根据水流方式，人工湿地可分为以下三类：

3.1 表面流人工湿地（Surface Flow Wetland, SF）

水流在湿地表面缓慢流动，类似自然沼泽；

建造简单，投资低，但占地面积大，易滋生蚊虫，冬季易结冰；

适用于大型生态修复项目或尾水深度净化。

3.2 潜流人工湿地（Subsurface Flow Wetland, SSF）

水流在基质层下方水平或垂直流动，分为水平潜流（HSSF）和垂直潜流（VSSF）；

HSSF：水流平稳，有机物去除效果好；

VSSF：间歇进水，复氧能力强，脱氮效率高；

占地较小，防蚊防冻，出水水质稳定，是目前应用最广泛的类型。

3.3 复合型人工湿地

将多种类型组合（如“垂直流+水平流”或“表面流+潜流”），实现多级净化；

可显著提升对氮、磷及难降解有机物的去除率，适用于出水标准较高的场景。

4. 应用领域与实践案例

4.1 农村生活污水处理

在无集中管网的村庄，采用“化粪池—潜流湿地”组合工艺，处理规模1~50 m³/d，出水可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B或以上标准。例如，浙江安吉县多个村庄建设芦苇湿地系统，实现污水就地处理与资源化利用。

4.2 城市污水处理厂尾水深度净化

用于提升一级A出水至地表水Ⅳ类甚至Ⅲ类标准。如昆明滇池流域建设多座大型复合人工湿地，年净化尾水超千万吨，显著削减入湖污染物负荷。

4.3 工业废水生态处理

适用于轻度污染的食品、酿造、纺织等行业尾水。通过基质选择（如沸石除氨氮、铁刨花除磷）和植物配置，实现特征污染物定向去除。

4.4 黑臭水体治理与生态修复

在河道旁建设滨岸湿地或漂浮湿地，拦截面源污染，恢复水体自净能力。北京凉水河、深圳茅洲河等治理工程中，人工湿地成为生态修复的关键环节。

5. 运行维护关键措施

尽管人工湿地运行成本低，但若缺乏科学维护，易出现堵塞、植物退化、处理效率下降等问题。主要维护策略包括：

5.1 水力管理

控制水力负荷（一般为0.1~0.5 m³/(m²·d)），避免短流或积水；

垂直流湿地采用间歇进水，增强复氧效果；

定期轮换运行单元，防止局部基质饱和。

5.2 植物管理

选择适应性强、净化能力高、景观效果好的本土植物；

定期收割（每年1~2次），移除富集的氮、磷，防止植物腐烂造成二次污染；

及时补种或更换退化植物，维持系统生态功能。

5.3 基质维护

监测基质堵塞情况，表现为水位上升、出水减少；

对严重堵塞区域可局部翻挖、更换基质；

推广使用抗堵塞、高吸附性能的新材料（如陶粒、生物炭）。

5.4 污泥与杂物清理

定期清理进水端沉淀池或预处理单元的污泥；

清除水面漂浮物、杂草和垃圾，保持系统整洁。

5.5 水质监测与评估

建立定期监测制度，检测进出水的COD、NH₄⁺-N、TP、SS等指标，评估处理效能，及时发现异常。

6. 面临的挑战与优化方向

主要挑战：

寒冷地区冬季处理效率下降；

长期运行后基质堵塞和磷饱和问题；

缺乏统一设计规范与运维标准；

专业管理人才不足。

优化对策：

推广保温措施（如覆盖秸秆、地膜）或温室型湿地应对低温；

采用铁改性基质或分段填充，延长除磷寿命；

开发智慧监控系统，实现远程数据采集与预警；

建立“政府引导、村社参与、企业运维”的长效管理机制。

7. 结论

人工湿地作为生态型废水处理的核心技术，具有显著的环境、经济和社会效益。其在农村污水治理、尾水提标、生态修复等领域展现出广阔应用前景。未来应加强系统设计标准化、材料功能化和运维智能化，推动人工湿地从“景观工程”向“功能型生态基础设施”转变。通过科学应用与精细维护，人工湿地将在实现碳中和目标和建设人与自然和谐共生的现代化进程中发挥更加重要的作用。