【摘要】人工湿地作为一种较新的水处理技术，对其处理机理的理解还不够充分，对其影响因素的认识还不够全面，因此经常由于设计不当使得出水达不到设计要求或者不能达标排放，有时人工湿地甚至还会成为污染源。因此对湿地污染物去除动力学的研究可以为湿地的设计提供进一步的理论支持。本文概要地介绍了人工湿地污水处理的污染物去除动力学模型的研究进展。
【关键词】人工湿地 动力学模型 水处理
人工湿地作为一种较新的水处理技术，对其处理机理的理解还不够充分，对其影响因素的认识还不够全面，因此经常由于设计不当使得出水达不到设计要求或者不能达标排放，有时人工湿地甚至还会成为污染源“”。因此对湿地污染物去除动力学的研究可以为湿地的设计提供进一步的理论支持。
1、一级动力学模型
1.1 一级动力学模型简介
湿地设计通常采用的是一级动力学模型，其基本设计方程被澳大利亚、欧洲、美国广泛应用于湿地的设计和对湿地污染物去除效果的预测。虽然有许多局限性，但由于其参数的求解及计算过程都很简单，因此目前仍把它作为描述湿地中污染物去除的最合适的方程，广泛应用于BOD、营养物、SS和细菌以及金属离子的去除计算。
常数k.来确定湿地所需的面积，kv多用于潜流型人工湿地，而kA则在表面流入工湿地中应用更多。
这些一级动力学模型通常的表达方式为 C0=Ciexp（-kv.t）（1）
C0=Ciexp（-kA/q）
式中：Ci――进水浓度，[M/L3]；
C0――出水浓度，[M/L3]；
kv――体积去除速率常数，[1/T]；
kA――面积去除速率常数，[L/T]；
t――水力停留时间，[T]；
q――水力负荷，[L/T]。
1.2 二参数一级动力学模型
上述的一级动力学模型中只包含一个参数kv或k……在Eckenfelder模型中，如果污染物中存在不可生物降解部分，则需在方程中加人不可生物降解物质浓度项。在湿地中，即使没有不可降解的污染物，大气或地下水的贡献、化学作用以及生物地理化学循环也会产生背景浓度。即使是BOD，由于植物枯叶或其它有机物分解生成BOD，同时内源自养过程积累并将含碳有机物释放回湿地中，也会形成1-10mg/L背 景BOD.于是Kadlec和Knight建议引入背景浓度，低于背景浓度的污染 物不能被降解，并在一级反应动力学方程中加入背景浓度项C*： （co―c*）/（ci―c*）=exp（―kv.t）（3）
（co―c*）/（ci―c*）=exp（―kA/q）（4）
1.4 一级动力学模型的局限性
1.4.1 参数的不稳定性
一个好的模型其所含的参数不应随操作条件的改变而变化，但单、二、三参数模型都不能满足对参数稳定性的要求。
1.4.2 非理想流动特性的影响
风、生物扰动作用、速度梯度、短流以及水流受到湿地植被阻挡的绕流都使湿地中的流动形态偏离了模型最初的柱塞流假设。
人工湿地水处理技术开发
水资源是人类社会赖以生存的自然资源，然而水资源短缺与水体污染日趋严重是我国目前的现状，加之社会进步、人民生活水平提高对废水排放和饮用水质制定提出了更严格的标准，发展运用经济的处理方法处理有机污染和N、P等营养物问题、有效经济地去除水中有害污染物是一个极富挑战性的课题。
1、在小城镇污水处理中的应用
人工湿地可以接受大规模的生活污水和低浓度的工业废水混合进水，具有高效低耗简单实用的特点；在控制有毒有机物和重金属的基础上，对来水进行初步和二级处理，出水可以用于行道树喷洒、林木农田灌溉以及生活用水等。人工湿地工程还可作为地区一个旅游景观。
2、对农村污水无害化处理和利用
对N、P等营养物质的去除是人工湿地处理系统的一大特点，植物和微生物的吸收同化作用可以使出水一次性营养物指标达标，且不存在二次污染，植物体可用作饲料、肥料等，具有显著经济效益。另外强化的人工湿地还有彻底降解矿化有机污染物、消灭有害病原体的作用，因此它适用于对农村污水（包括畜禽养殖污水、生活污水等）进行无害化处理、实现水资源再利用。
3、有毒无害污染的无害化
在已有理论研究的基础上，合理选择水生植物和微生物种类，实现重金属的固定化和有机污染物的减毒转化和彻底的矿化、对垃圾填埋渗滤和污泥的资源化。
湿地处理系统的设计
1、选址
考察地质、地貌、水文、自然资源、人文资源、有关法律及公众意见。应因地制宜，尽量选择有一定自然坡度的洼地或经济价值不高的荒地，一方面减少土石方工程、利于排水、降低投资，另一方面防止对周围环境产生影响。
2、确定系统组合形式 根据场地特征、处理要求和所处理污水的性质来确定。单一式、并联式、串联式、综合式。
3、确定水力负荷 根据文献或经验而定。
4、选择植物
根据湿地植物的耐污性能、生长能力、根系的发达程度以及经济价值和美观等因素来确定。一般有芦苇、席草、大米草、水葫芦、水花生等，最为常用的是芦苇，插植密度为1～3株/m2.
5、计算表面积 As=Q/a：As―表面积；Q―进水流量；a―水力负荷。
6 确定长宽比
1）表面流湿地：长宽比10：1或更大，根据地形来考虑，底坡降0%～1%.
2）潜流湿地：根据达西定律Q=Ks×A×S
S―水力坡度；A―湿地床横截面积；Ks―潜流渗透系数。或厄刚公式As=5.2Q[LN（So-Se）]，So―进水BOD浓度；Se―出水BOD浓度；As―湿地床表面积。
7、结构设计
（1）进出水系统的布置：湿地床的进水系统应保证配水的均匀性，一般采用多孔管和三角堰等配水装置。进水管应比湿地床高出0.5m.湿地的出水系统一般根据对床中水位调节的要求，出水区的末端的砾石填料层的底部设置穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门以调节床内的水位。
（2）填料的使用：湿地床由三层组成表层土层、中层砾石、下层小豆石。表层土钙含量在2～2.5kg/100kg为好；砾石层粒径在5～50mm，铺设厚度0.4～0.7m.
（3）潜流式湿地床的水位控制：当接纳最大设计流量时，进水端不能出现雍水现象；当接纳最小流量时，出水端不能出现填料床面的淹没现象；有利于植物生长，床中水面浸没植物根系的深度应尽可能均匀。
【参考文献】
1 商晓秋；建筑节能概念之一――中空玻璃[J]；东北电力学院学报；2001年03期
2 任伟；丛敏；建筑节能及围护结构节能体系的发展与应用[J]；吉林建筑工程学院学报；2010年03期
2 吴献花，侯长定，王林，李荫玺；人工湿地处理污水的机理[J]；玉溪师范学院学报；2002年01期
3 刘晓曼，蒋卫国，王文杰，王桥；东北地区湿地资源动态分析[J]；资源科学；2004年05期
4 成水平，况琪军，夏宜�b；香蒲、灯心草人工湿地的研究──Ⅰ.净化污水的效果[J]；湖泊科学；1997年04期
5 张毅敏，张永春；利用人工湿地治理太湖流域小城镇生活污水可行性探讨[J]；农业环境保护；1998年05期
