人工湿地在中水回用中的应用研究

绍了人工湿地在我国中水回用中的应用实例，最后提出了中水回用在我国的问题与解决方法。

关键词：人工湿地；中水回用；应用

0 引言

我国是一个严重缺水的国家，人均水资源量仅为2238.6m3，排在世界第109 位，只相当于世界人均占有量的1/4，属于水资源脆弱国，是世界人均水资源极少的13 个贫水国之一。在全国669 个城市中，有110 个严重缺水，日缺水量1600 万m3，每年因缺水造成工业产值损失2300 多亿元。生活用水的人均使用量为50-300L/d，其中直接饮用或食用以满足生理需求的消耗量仅占5L/d 左右，其余大部分的水主要用于洗涤、冲厕等卫生目的，使用后会携带多种污染物。

为了解决我国日益突出的水资源供需矛盾，主要从两个方面着手解决：一方面需要节约利用有限的水资源，另一方面则更应积极推进污水的回收利用技术，走水资源利用的可持续发展道路。中水回用技术正是符合这一目标的技术，并且它有着投资省、见效快、运营成本低等特点。

1 中水与中水回用

1.1 中水的定义

中水（reclaimed water）主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准、可在一定范围内重复使用的非饮用杂排水，其水质介于上水与下水之间，是水资源有效利用的一种形式。

现实生活中，中水回用具有很强的经济优势，美国曾经拿城市污水和海水作比较，前者含0.1％污染物，而后者则含有3.5％的溶解盐 ，还有大量的有机物质 ，因而采用海水淡化 获取水源的基建费和单位成本都超过污水回用的费用。由于回用水一般是就近采用，所以较新鲜水的长途管道运输而言，成本较低，同时城市污水经二级处理后回用，相应也就减少了向水域的排放量，带来了可观的环境效益，这些环境效益和经济效益是统一的。

实践表明，水回用在技术上、经济上都是可行的，已成为一些缺水国家和地区解决水危机的有效途径，具有重大的经济效益、社会效益和环境效益。美国有357 个城市实现了污水处理后再利用；日本从20 世纪60 年代起一直大力研究和推广城市回用和中水技术，广泛供给工厂、企业和居民小区“中水道”冲洗厕所及杂用；南非在1986 年建成了世界上第一座城市污水“再生水”厂，用作城市自来水的补充水源。

1.2 中水回用水源

中水的水源较广，但对建筑中水而言，其水源一般包括盥洗排水、沐浴排水、洗衣排水、

厨房排水和厕所排水等。若考虑到处理费用和处理的难易程度，对其选用的先后顺序一般为：

沐浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、厕所排水。在进行建筑中水系统的设计时，应

根据实际情况，集流一种或多种排水作为中水水源，常见组合有以下几种情况：①空调系统

排水、盥洗排水和沐浴排水等，其污染程度较轻，称为优质杂排水，在设计时应优先选择其

作为中水水源；②冲厕以外的生活排水组合，其污染程度中等，称为杂排水；③所有生活排

水的总称，其污染程度最重，称为生活污水，由于其处理费用较高，且难处理，所以在设计

时应尽量不采用其作为中水水源。就目前情况来看，我国现有的建筑中水回用系统采用的水

源几乎都是优质杂排水或杂排水。

1.3 中水回用处理方式

目前，我国城市污水深度处理或三级处理已在应用的工艺有混凝、沉淀、过滤等常规工艺，微絮凝过滤法以及生物接触氧化后纤维球过滤，生物炭过滤等方法。我国传统的污水回用方法归纳有如下几种：

(1)污水经二级处理后，出水直接回用。

(2)污水经二级处理后，再经过滤，供用水单位回用。

(3)污水经二级处理后，再经混凝、沉淀、过滤后回用。

(4)污水经二级处理后，经混合、沉淀、过滤、活性炭吸附后回用。

(5)污水经二级处理后 ，经改造 A／O 法混凝、沉淀、过滤后回用。

但是传统污水回用方式存在着处理设施差，运行成本较高，处理效果与处理量受限等缺点。所以需要寻找一种更经济、节能的处理方式。

2 人工湿地

2.1 人工湿地的定义

人工湿地（constructed wetland）是一词最早是由澳大利亚的Mackney 于1904 年提出的，是指人工建造和监督控制的、工程化的沼泽地[1]．但真正为污水处理目的而建造的湿地直到20 世纪70 年代才开展起来，“人工湿地” 或类似的术语也在此时才开始相继问世．1989 年美国著名的湿地研究、设计与管理专家Hammer[3]等人将人工湿地定义为：一个为了人类的利用和利益，通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植物、动物和水成的复合体（complex）．但是我国的夏汉平[4]认为此定义存在不必要的重复，且尚不完全他认为人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地理位置与地形，根据人

们的需要人为设计与建造的湿地．

2.2 人工湿地的分类

根据植物的存在状态，人工湿地主要分为三种类型：浮水植物系统，沉水植物系统，

挺水植物系统[28]。

其中，浮水植物系统有一些潜在的缺点。一方面在此系统中的植物为一种或少数几种，易受到短时间内部分或全部植物死亡，造成灾害性事件损害；另一方面，因为去除营养物和维持植物最佳生长率而进行的收割，然而这些植物含水量一般高于95%，收割后需要干化，干化后的植物仍需要处理。所以，造成了此系统不能广泛的应用。而沉水植物系统目前主要处于试验阶段，该系统水生植物完全淹没于水中，系统中的水的浊度不能太高，否则会影响植物的光合作用。因此，此系统适用于处理二级出水的高级处理。

挺水植物系统主要以挺水植物为主，植物根系发达，可通过根系向基质送氧，使基质中形成多个好氧、兼性厌氧、厌氧小区，利于多种微生物繁殖，便于污染物的多途径降解，目前人工湿地主要指挺水植物系统。按污水在湿地流动的方式不同可分为表面流湿地，潜流湿地和垂直流湿地．

⑴表面流人工湿地(Surface Flow Wetlands 缩写为SFW)：污水在湿地表面漫流，形成一

层地表水流并从地表流出．它与自然湿地最为接近，绝大部分有机物的去除是由生长在植物

水下的茎、杆上的生物膜来完成．这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低

等优点．

这种湿地不能充分利用填料及丰富的植物根系，夏季容易滋生蚊蝇，产臭味，冬季在寒

冷地区易发生表面结冰影响处理效果，卫生条件亦不行，故设计中一般不采用．

⑵潜流人工湿地 (Subsurface Flow Wetlands 缩写为SSFW)：污水经配水系统在湿地的一端均匀进入填料床植物的根区，在湿地床内部流动，净化的出水由湿地末端集水管收集后排

出．水在湿地内部流动时，可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其它各种作用处理污

水．与表面流人工湿地相比，水平潜流人工湿地的水力负荷大，对BOD、COD、SS、重金

属等污染指标的去除效果好，而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象．目前，水平潜流人工湿地已

被美国、日本 、澳大利亚、德国、瑞典、英国、荷兰和挪威等国广泛使用．这种类型人工

湿地的缺点是控制相对复杂，脱 P、除N 的效果不如垂直流人工湿地．

⑶垂直流人工湿地 (Vertical Flow Wetlands 缩写VFW)污水流动综合了SFW和SSFW的特点，水流在填料床中呈由上而下的垂直流，出水由底部的集水管收集后排出，垂直流人工湿地的硝化能力高于上述两种人工湿地，可用于处理氨氮较高的污水．其缺点是对有机物的处理能力不如潜流人工湿地系统，落干或淹水时间较长，控制相对较复杂，夏季有孳生蚊蝇的象．同样地，其在目前应用的领域里也较少．

3 人工湿地在中水回用中的实例及分析

3.1 人工湿地单一使用

人工湿地可以作为单一的处理工艺，作为中水回用的主要处理工艺，处理污水并将污水

回用。

高校校园用水具有水量大、用水集中且排水水质优于居民用户等特点，并且随着高校的

发展，高效区域呈现出区域集中化，且许多高校比邻而建。因此，从排水收集、回用处

理和中水等环节上高校校园适合建立中水回用系统，具有现实的意义和迫切性并行的。

以四川大学望江校区为例，学生宿舍用水量约占校园总用水量的37%，其中盥洗用水约为22.2%，将盥洗废水作为中水原水，根据水量平衡，已满足中水的需求量。根据校园的区域面积、景观建设，采用人工湿地处理系统作为中水处理工艺，使废水达到回用标准（图1）。