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1 水资源污染与我国人工湿地发展现状2

1.1 水污染现状2

1.2 水污染处理技术3

1.3 人工湿地在中国的应用与发展4

1.3.1 我国人工湿地的数量6

1.3.2 人工湿地处理污水的能力7

1.3.3 中国人工湿地地区分布8

1.4 我国人工湿地处理废水现状9

1.4.1 人工湿地工程中基质与植物选用情况9

1.4.2 城市和农村污水处理性能10

1.4.3 工业废水的处理性能10

1.4.4 二级出水的处理性能14

1.4.5 城市和农村径流的处理性能14

1.5 我国人工湿地出水达标排放与利用14

1.6 我国人工湿地发展中存在的问题15

2 人工湿地技术概念及标准分类20

2.1 湿地生态系统概念20

2.2 湿地生态系统功能21

2.2.1 水文功能23

2.2.2 净化功能23

2.2.3 生态功能23

2.2.4 经济功能24

2.2.5 社会功能25

2.3 人工湿地概念及理论发展25

2.4 人工湿地分类依据27

2.5 人工湿地系统的分类体系30

2.6 标准型人工湿地及其变体的分类与命名32

2.6.1 表面流人工湿地32

2.6.2 潜流人工湿地系统35

2.7 强化人工湿地系统分类及命名38

2.7.1 表面流强化人工湿地39

2.7.2 出水回流人工湿地40

2.7.3 曝气人工湿地42

2.7.4 潮汐运行人工湿地44

2.7.5 跌水复氧人工湿地48

2.7.6 流向往复人工湿地50

2.7.7 蚯蚓人工湿地50

2.7.8 生物强化人工湿地51

2.7.9 廊道循环人工湿地51

2.7.10 塔式复合人工湿地52

2.7.11 折流人工湿地52

2.7.12 微生物燃料电池耦合人工湿地53

2.7.13 电子供体强化型人工湿地53

2.7.14 电化学耦合潮汐流人工湿地54

3 有机物的去除机理及影响因素66

3.1 人工湿地中有机物的来源66

3.2 人工湿地中有机物的去除机理67

3.3 有机物非降解去除过程67

3.3.1 挥发和植物蒸腾作用对难降解有机物的去除67

3.3.2 植物的吸收作用68

3.3.3 吸附和沉淀68

3.4 有机物降解去除过程69

3.4.1 植物降解69

3.4.2 微生物降解69

3.5 人工湿地对有机物去除效果影响因素70

3.5.1 人工湿地类型71

3.5.2 人工湿地深度71

3.5.3 植物72

3.5.4 环境因素73

4 氮的去除机理与强化措施80

4.1 人工湿地的脱氮机理80

4.1.1 硝化过程81

4.1.2 反硝化过程82

4.1.3 植物摄取83

4.1.4 氨化作用84

4.1.5 氨氮挥发84

4.1.6 厌氧氨氧化84

4.1.7 氧化亚氮释放84

4.2 人工湿地脱氮影响因素86

4.2.1 pH86

4.2.2 溶解氧87

4.2.3 温度88

4.2.4 水力停留时间88

4.2.5 重金属88

4.2.6 碳源88

4.2.7 植物多样性88

4.2.8 昼夜变化规律89

4.3 人工湿地强化脱氮措施90

4.3.1 湿地植物的选择90

4.3.2 湿地基质的选择90

4.3.3 人工增氧91

4.3.4 添加碳源92

4.3.5 出水回流96

4.3.6 湿地结构改进97

4.3.7 优化系统组合方式97

4.3.8 强化特异微生物脱氮98

5 人工湿地中硫的循环转化规律112

5.1 引言112

5.2 人工湿地硫循环的基本形态及过程112

5.2.1 硫酸盐的还原过程114

5.2.2 植物生长摄取118

5.2.3 硫化氢与金属离子络合及氧化119

5.2.4 硫化物氧化为硫酸盐过程的定量性探讨119

5.2.5 硫转化中微生物硫歧化过程的探讨121

5.3 硫循环的影响因素124

5.4 人工湿地中硫循环与其他元素循环的相互作用及影响124

5.4.1 硫化物对硝化过程和湿地植物的影响125

5.4.2 硝酸盐与硫酸盐还原的竞争关系126

6 磷的去除机理及影响因素140

6.1 磷的存在形态及影响因素140

6.2 磷的地球化学循环基本方式与转入途径141

6.3 人工湿地中磷的转化过程142

6.4 磷在人工湿地中的去除途径142

6.4.1 物理作用143

6.4.2 化学作用143

6.4.3 生物作用144

6.5 磷去除的影响因素146

6.5.1 温度146

6.5.2 pH146

6.5.3 氧化还原电位（ORP）146

6.5.4 其他因素147

6.6 人工湿地强化脱磷措施147

6.6.1 湿地基质的选择147

6.6.2 湿地植物的选择151

7 重金属的去除机理与强化措施156

7.1 人工湿地中重金属的积累与分布156

7.2 去除机理157

7.2.1 物理学过程158

7.2.2 化学过程158

7.2.3 生物学过程160

7.3 影响因素161

7.3.1 pH161

7.3.2 氧化还原电位161

7.3.3 总有机碳含量162

7.4 强化措施162

7.4.1 湿地植物的选择163

7.4.2 湿地基质的选择164

8 病原微生物的去除及影响因素170

8.1 人工湿地中病原微生物的来源170

8.2 病原微生物人工湿地系统归宿机制172

8.2.1 自然死亡173

8.2.2 沉淀和过滤173

8.2.3 吸附173

8.2.4 生物捕食174

8.3 病原微生物去除的影响因素174

8.3.1 水力条件174

8.3.2 湿地植物176

8.3.3 季节变化177

8.3.4 水质成分178

8.3.5 光照强度179

8.3.6 pH179

8.3.7 水力停留时间179

8.3.8 基质181

8.3.9 溶解氧含量181

8.4 人工湿地对病原微生物的去除效果及强化措施182

9 人工湿地中温室气体的排放与监测196

9.1 温室气体的排放196

9.1.1 二氧化碳的排放196

9.1.2 甲烷的排放197

9.1.3 氮氧化物的排放198

9.2 影响人工湿地问题气体排放的因素201

9.2.1 人工湿地类型201

9.2.2 水力作用及植物的影响201

9.2.3 溶解氧浓度201

9.2.4 温度202

9.2.5 pH203

9.2.6 碳氮比203

9.2.7 NO3-和NO2-的浓度204

9.2.8 其他影响因素204

10 人工湿地数学模型构建与解析210

10.1 人工湿地模型建模过程210

10.2 人工湿地模型的组成模块211

10.2.1 人工湿地水力学模型211

10.2.2 人工湿地污染物迁移模型212

10.2.3 人工湿地生物动力学模型212

10.2.4 人工湿地植物的影响212

10.2.5 人工湿地堵塞的影响213

10.2.6 人工湿地曝气的影响213

10.3 人工湿地模型的数学背景213

10.3.1 基本原理213

10.3.2 控制方程214

10.4 人工湿地概念模型215

10.4.1 水力学模型215

10.4.2 N迁移转化模型215

10.4.3 P迁移转化模型216

10.5 人工湿地静态模型（非机理性模型）216

10.5.1 衰减模型216

10.5.2 一级动力学模型220

10.5.3 零级动力学模型222

10.5.4 Monod模型222

10.6 人工湿地动态模型（机理模型）224

10.6.1 箱式机理模型224

10.6.2 CW2D模型与CWM1模型224

11 工业废水湿地处理面临的挑战229

11.1 人工湿地的类型和特点229

11.2 人工湿地处理工业废水面临的挑战230

11.2.1 高有机负荷231

11.2.2 盐分232

11.2.3 堵塞233

11.2.4 极端pH233

11.2.5 生物降解性差和色度233

11.2.6 废水成分和负荷的波动234

11.3 人工湿地处理工业废水的运行策略234

11.3.1 预处理234

11.3.2 pH调节235

11.3.3 出水回流235

11.3.4 外加碳源235

11.3.5 强化曝气236

11.3.6 植物选择和配置237

11.3.7 生物强化237

11.4 规模人工湿地处理工业废水的整体性能238

11.4.1 葡萄酒酿造厂废水238

11.4.2 马铃薯加工废水241

11.4.3 海产品加工废水241

11.4.4 淀粉废水242

11.4.5 屠宰场废水242

11.4.6 酒精废水243

11.4.7 油田和炼油厂废水243

11.4.8 酸性矿山废水243

11.4.9 纸浆工业废水244

11.4.10 焦化废水244

12 人工湿地选型与设计254

12.1 人工湿地系统选型254

12.1.1 人工湿地水流位置特点255

12.1.2 选择水流位置的原则255

12.2 人工湿地选型评价指标255

12.3 人工湿地的设计原则256

12.4 人工湿地设计常用概念及计算方法257

12.4.1 水力停留时间257

12.4.2 孔隙度258

12.4.3 系统水量258

12.4.4 体积259

12.4.5 平均水流量259

12.4.6 表面水力负荷259

12.4.7 表面污染负荷260

12.5 人工湿地的设计程序260

12.5.1 区域环境分析场地选择260

12.5.2 设计水量与其他设计程序262

12.6 人工湿地工艺设计263

12.6.1 表面流人工湿地工艺设计263

12.6.2 潜流人工湿地工艺设计263

12.6.3 复合人工湿地工艺设计265

12.6.4 强化人工湿地工艺设计266

12.7 处理不同类别污水人工湿地的设计实例266

12.7.1 水源地保护人工湿地的设计266

12.7.2 处理雨水径流人工湿地的设计268

12.7.3 净化景观水体水质人工湿地的设计269

13 人工湿地植物配置与管理274

13.1 人工湿地植物的作用274

13.1.1 人工湿地植物的吸收作用276

13.1.2 人工湿地植物的传输作用280

13.1.3 水力学作用284

13.1.4 景观作用284

13.1.5 作为生物质资源能源化利用原料285

13.1.6 其他作用286

13.2 人工湿地植物的筛选原则287

13.2.1 适应性与抗逆性287

13.2.2 净化能力288

13.2.3 景观性288

13.2.4 多样性与多用途性289

13.3 人工湿地植物类型与计量方法289

13.3.1 人工湿地植物类型划分289

13.3.2 人工湿地植物计量方法290

13.4 人工湿地植物配置方法291

13.4.1 根据湿地类型配置植物291

13.4.2 基于植物特性的湿地植物配置分析292

13.4.3 根据空间尺度配置植物293

13.4.4 根据气候差异配置植物293

13.4.5 人工湿地植物配置其他需注意问题294

13.5 人工湿地植物配置案例294

13.5.1 人工湿地处理农村污水与畜禽废水294

13.5.2 人工湿地处理污染河水295

13.5.3 人工湿地处理采矿废水296

13.5.4 人工湿地处理造纸废水296

13.6 人工湿地植物栽种与日常维护297

13.6.1 植物的栽种与启动297

13.6.2 植物系统管理298

13.6.3 植物的收获与收割298

13.6.4 植物病虫害防治299

13.7 人工湿地植物应用研究未来与展望300

14 人工湿地冬季运行及强化措施308

14.1 冬季人工湿地运行效果分析308

14.2 低温对人工湿地植物的影响310

14.3 低温对人工湿地微生物的影响311

14.4 人工湿地冬季运行解决措施311

14.4.1 人工湿地结构选型311

14.4.2 保温层覆盖314

14.4.3 进出水方式优化316

14.4.4 流量控制316

14.4.5 冬季植物筛选317

14.4.6 人工曝气强化317

15 人工湿地堵塞成因及表征322

15.1 人工湿地堵塞成因322

15.1.1 物理机制323

15.1.2 化学机制323

15.1.3 生物机制323

15.1.4 温度的影响324

15.2 表征人工湿地堵塞程度的方法324

15.2.1 水力传导系数的测量324

15.2.2 示踪法测试326

15.2.3 堵塞物性质326

15.3 人工湿地堵塞的模型表征328

15.3.1 模型中的影响因素328

15.3.2 表征人工湿地堵塞的数学模型329

15.4 人工湿地堵塞问题的解决方案330

15.4.1 人工湿地设计规划阶段330

15.4.2 人工湿地运行阶段331

16 人工湿地系统的建设与运行管理339

16.1 人工湿地污水处理系统选址339

16.1.1 湿地处理系统建设的前期准备339

16.1.2 场地选择与评估339

16.1.3 现场调查342

16.2 人工湿地系统的建设342

16.2.1 人工湿地系统的建设规模342

16.2.2 人工湿地系统工程项目构成343

16.2.3 人工湿地土建工程343

16.2.4 基质填充与植物栽种347

16.2.5 施工与验收350

16.3 人工湿地系统启动与运行351

16.4 人工湿地污水处理系统日常维护管理352

16.4.1 人工湿地监测与控制352

16.4.2 人工湿地植物管理354

16.4.3 人工湿地基质管理354

16.4.4 人工湿地保温355

16.4.5 人工湿地动物管理355

16.5 人工湿地系统经济性分析356