王琪
新疆市政建筑设计研究院有限公司 新疆乌鲁木齐 830065
摘要：人工湿地作为一种处理污水的手段，在国内外水处理领域应用较为广泛，对不同类型人工湿地处理污水的研究也较为透彻。但人工湿地处理污水也存在水力负荷偏低、占地面积大、易受气候条件影响、基质易堵塞、使用寿命短等问题，加上目前国内缺乏权威的设计规范，所以实际应用中往往难以达到理想的处理效果。但人工湿地在节水治污、雨洪管理、文化休闲方面与海绵城市建设理念的契合，使得人工湿地技术在海绵城市建设中拥有巨大的应用前景。
关键词：海绵城市；人工湿地技术；应用
1人工湿地的组成
1.1基质
人工湿地的基质是人为设计的用粒径、性质不同的颗粒状填充物铺成的相应厚度的床体，为湿地中植物的生长、微生物的附着提供载体。基质多由土壤、细砂、粗砂、砾石、碎瓦片、粉煤灰、泥炭、页岩、铝矾土、膨润土、沸石等多种介质组成。不同的基质组成适合不同的植物和微生物生长，基质不同湿地的去污能力也不同。人工湿地的去污能力与基质的微生物活性成正相关，徐德福等的研究结果表明，基质的微生物活性从大到小依次为：砂子、土壤、泥炭混合物＞土壤＞土壤、砂子混合物＞砂子。人工湿地对磷元素的去除主要依靠基质的吸附作用，袁东海等的研究结果表明，对磷元素的去除率从大到小依次为：矿渣、粉煤灰＞蛭石、黄褐土、黄土＞沸石、砂子。
1.2植物
植物是人工湿地的核心组成部分之一，一般包括挺水植物、沉水植物、浮水植物3大类，多数人工湿地选用挺水植物。植物在人工湿地中的生长过程也是污水中的营养物质的循环和再利用过程，植物不仅能去除污水中的有机物，还可以促进湿地内的物质循环，进而提高湿地内微生物物种多样性，改善微生物群落结构，强化湿地去污能力。
1.3微生物
微生物是湿地去除污染物的主要承担者，人工湿地的去污能力与微生物的数量和种类数成正比。微生物将污水中的有机物作为能源转化为自身所需要的营养物质和能量，在降解污水中有机物的同时大量繁殖并逐渐稳定，微生物和湿地中的植物、基质共同形成了稳定的生态去污系统。微生物的数量与水温成正相关性，植物有助于微生物数量的增加，尤其是有根系的植物对于微生物数量的增加有较好的作用。微生物在湿地不同部分的数量分布也有较大差异，杜刚等的研究结果表明，植物根系区比无根系区微生物数量多，上层基质区比下层基质区微生物数量多。
2人工湿地技术的应用
乌鲁木齐是新疆首府城市，全疆的政治、经济和文化中心，是全疆经济社会跨越式发展的引擎，起着示范和标杆的作用。乌鲁木齐市高新技术产业开发区西拓区规划界限内有一条渠道，主要功能是将乌鲁木齐河东污水处理厂处理后达到排放标准的再生水输送至沿线的企业、监狱、村庄，供农田灌溉并兼顾防洪功能。由于当时建设渠道时还未规划乌鲁木齐高新区北区西拓园区，渠道按照就近原则建设在当时的荒地中。但现在随着乌鲁木齐高新区北区西拓园区规划完成及规划道路的逐步实施，现状渠道已严重影响了规划用地的合理利用。该渠道需要按照西拓区路网进行改线，部分渠道近期还要满足灌溉的需要。因此，应该把这条渠道打造为“乌鲁木齐生态第一渠道”，使之能够体现“生态多样性、回归自然”的突出特点。该渠道改造后首先可以蓄水调洪，在多雨的季节，过量的水被湿地（象海绵）储存起来，直接减少了下游的洪水压力。其次可起到净化水体的作用。水流经过湿地，流速减缓，有助于污染物的沉淀，特别是一些湿地植物能有效地吸收有毒、有害和矿化物质，对水体起净化作用。
人工湿地塘床生态系统为此工程的核心，由多个植物塘、植物床组成。污水处理厂出来的中水在这里经过二次沉淀、吸附、氧化还原、微生物分解等作用，达到无害化，成为促进植物生长的养分和水源。既有分解水中污染物和净化水体的作用，又有很好的知识性和观赏性。
由于在暴雨时，其它排洪途径有限，现状渠道（此次改线渠道）具有分流洪水的功能，但此洪水经过河东污水处理厂后才排入现状渠道（此次改线渠道）。由于河东污水长处理的洪水放入此渠道的流量为可控流量，但最大流量为5.03m3/s。所以此次设计的渠道工程最大的设计流量为5.03m3/s。
2.1湿地式景观渠道横断面设计
道段横断面设计为倒梯形断面，采用有筋砼垫层浇筑渠底。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆渠底设计宽度为2.07米，此段为中间渠道，中间区域的设计便于清淤和滞洪的作用，此处渠底还设计了DN200的排水孔，便于池与池之间的放空关系；再往两侧各有2.5米~7.5米宽的湿地种植区域，主要种植水生植物，种植土壤厚度为0.45米，平均种植水深为0.15至0.3米。
2.2湿地式景观渠道挡水堰设计
矩形挡水堰墙：挡水堰设计呈矩形，挡水堰迎水面高度根据地形的变化，总体小于等于1.0米，背水面小于等于1.3米，主要由毛石混凝土浇筑（做法详图纸）。构造简单，施工方便，工程量少，节省占地，运行费用低，运行过程基本不消耗其他能源，容易形成该景观需要的水面和水头，适应于水头频繁变化，适应于气温与水温的变化，投资少，使用寿命30~50年。
2.3植物的选择与种植
我国北方地区建设人工湿地可供选择的植物种类与南方相比较少，只有少数几种植物例如水葱、香蒲和芦苇等能够能满足湿地建设要求，因此在建设人工湿地时缺少可供选择的植物。用于处理湿地的植物通常是具有美化景观作用的水生草本植物，一般有以下特点：耐污性能好，处理效果大，吸收能力强，成活率高；uu-根系发达，茎叶茂密，输氧能力强，生长快、生长周期长；抗冻，抗热，抗病虫能力强；易于维护管理；常见的人工湿地植物有：芦苇、凤眼莲、香蒲、菖蒲、美人蕉等、千屈菜，但是在北方地区，由于气候干旱少雨，人工湿地应用相对较少。
主要选用千屈菜、菖蒲、芦苇、水葱、香蒲。
千屈菜属多年生草本植物。生于沼泽、湖畔、河岸和水池边等平原低湿地。吸收、富集重金属，去除氨氮。
菖蒲属多年生挺水草本。具横走的根状茎，稍扁，直径5-10毫米，芳香。花期6-8月，果期8-9月。适生于池塘、河湖岸边浅水区和沼泽草甸中，具有一定的耐旱能力。水深不宜超过60 cm。去除氨氮、细菌和大肠杆菌。
芦苇属多年生草本植物，秆高1~3 m。适宜水深0～50 cm。多生于低湿地或浅水中。花果期7~9月。芦苇可吸收富集铜（Cu）、铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、锌（Zn）和锰（Mn）等多种重金属，去除悬浮物、氯化物、有机氮和磷，用于水体污染修复。
香蒲属多年生水生或沼生草本植物。生平原绿洲中的湖泊、溪渠、河滩浅水及稻田中。适应水位较浅，不超过1.5m。具有较好的除污功能。吸收、富集重金属和有机物，降解COD及石油废水，去除总氮、磷。
水葱为莎草科藨草属下的一个植物种。株高1～2米，茎杆高大通直，很像食用的大葱，污水中有机物、氨氮、磷酸盐及重金属有较高的除去率。
水生植物的管理一般比较简单，栽植后，除日常管理工作之外，还要注意以下几点：（1）检查有无病虫害 ；（2）检查植株是否拥挤，一般过3至4年时间分一次株；（3）定期施加追肥； （4）清除水中的杂草，池底或池水过于污浊时要换水或彻底清理。栽种水生植物，必须掌握一些原则，使其生长良好。（5）日照：大多数水生植物都需要充足的日照，尤其是生长期，即每年四至十月之间，如阳 光照射不足，会发生徒长、叶小而薄、不开花等现象。（6）用土：除了漂浮植物不须底土外，栽植其他种类的水生植物，须用田土、池塘烂泥等有机黏质土做为底土，在表层 盖直径一至二公分的粗砂，可防止灌水或震动造成水溷浊现象。（7）施肥：以油粕、骨粉的玉肥做为基肥，水边植物不须基肥。追肥则以化学肥料代替有机肥，以避免污染水质，用量较一般植稀薄十倍。
结束语
人工湿地作为一种高效低成本的污水处理系统，在污水处理领域得到了极大的发展，在环境污染治理方面扮演着重要角色。近年来随着“海绵城市”概念的提出及建设的开展，人工湿地在海绵城市建设中的应用得到了广泛关注。详细介绍了人工湿地的定义、组成、分类及其在海绵城市建设中的应用。
参考文献:
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论文作者:王琪
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/10/19
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