人工濕地降解有機(jī)污染物的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

余宇翔 蘇敏婷

（江西省九江市環(huán)境科學(xué)研究所，江西九江 332000）

1 人工濕地的組成

1.1 基質(zhì) 基質(zhì)作為人工濕地的骨架，是植物生長的支撐，是微生物生長需要的附著表面和養(yǎng)分的提供者，是污染物化學(xué)降解的重要反應(yīng)界面；人工濕地常用的基質(zhì)包括碎石、礫石、砂土、土壤和有機(jī)質(zhì)等。為了提高人工濕地污水處理技術(shù)的處理效率，降低污水處理成本，新型基質(zhì)的研發(fā)與應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注。基質(zhì)是人工濕地的骨架，近年來，隨著人工濕地技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新型基質(zhì)也被廣泛應(yīng)用于人工濕地，如輕質(zhì)填料等。

1.2 植物 植物是人工濕地系統(tǒng)的一個重要組成部分，植物與基質(zhì)構(gòu)成的天然過濾器，可以過濾和截留污水中的懸浮物，還可以減緩水流速度，使污染物與基質(zhì)、植物根系、微生物的有效接觸時間更長。同時防止了污染物的進(jìn)一步擴(kuò)散，污染物的遷移、轉(zhuǎn)化、降解得到強(qiáng)化，增強(qiáng)了對氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。常見的濕地植物可分為挺水植物、沉水植物、漂水植物和浮葉植物。

1.3 微生物 人工濕地系統(tǒng)中的微生物在污染物降解的過程中起重要作用。人工濕地中的微生物種類多，數(shù)量大，主要包括細(xì)菌、真菌、放線菌等。其中主要組成部分細(xì)菌占微生物總數(shù)的70%～90%，每克填料中包含的細(xì)菌數(shù)可達(dá)幾億至幾十億。污水處理過程中有機(jī)物降解、脫氮、磷化合物轉(zhuǎn)化等生物化學(xué)反應(yīng)都是在微生物及其所分泌的酶的作用下進(jìn)行的。

2 人工濕地的分類及特點

人工濕地可分為表流人工濕地、潛流人工濕地和復(fù)合流人工濕地3種。表流濕地的水流與大氣接觸，水位較淺，從植物莖葉中間流過，通常由洼地或渠道、防滲設(shè)施和土壤基質(zhì)組成，其外觀與自然濕地相似；潛流人工濕地的基質(zhì)與表流人工濕地不同，其基質(zhì)一般為碎石、礫石等空隙基質(zhì)，水流在基質(zhì)表面以下流動，與植物根系接觸充分。復(fù)合流人工濕地中的水流在垂直和水平方向都有流動，延長了污水的水力停留時間，從而提高了污水處理效率。

3 人工濕地的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 人工濕地的基質(zhì)研究現(xiàn)狀 基質(zhì)作為人工濕地的骨架，為植物和微生物提供生存場所及營養(yǎng)物質(zhì)。劉慎坦等人研究了潛流人工濕地中不同基質(zhì)對于人工濕地脫單效果的影響。研究表明，基質(zhì)對人工濕地的脫氮效果有明顯的影響，其中組合基質(zhì)比煤渣基質(zhì)更有利于人工濕地對氮的去除[1]。張燕等人對比高鈣廢渣、赤泥、火山石三種基質(zhì)對氨氮的處理效率，其中高鈣廢渣對氨氮的去除效率最高，約為20%～42%[2]。高鈣廢渣作為工業(yè)副產(chǎn)品，作為人工濕地基質(zhì)加以利用“以廢治廢”，不僅可以降低人工濕地成本，更促進(jìn)了環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 人工濕地的植物研究現(xiàn)狀 蔡巧川通過實驗對比了菖蒲、梭魚草和再力花對生活污水中的總磷和氨氮的處理效果，研究表明菖蒲的凈污能力最佳，三者對總磷的去除率分別為93.4%、72.4%和70.4%，對氨氮的去除率分別為77.6%、70.9%和71.6%。

3.3 人工濕地的微生物研究現(xiàn)狀 唐可欣等人研究了稻草/空心球混合基質(zhì)濕地的微生物種群分布，稻草/空心球混合基質(zhì)濕地系統(tǒng)與空心球基質(zhì)濕地系統(tǒng)相比，微生物種群更豐富、生物膜更厚、同化吸收能力更強(qiáng)、脫氮除磷效果更好、亞硝酸鹽的積累效果更低。空心球表面優(yōu)勢菌群有8種，主要包括有機(jī)物分解菌、反硝化菌、硝化菌等優(yōu)勢菌種。稻草表面的菌群有11種，主要有細(xì)菌、硝化菌、耐低溫有機(jī)物降解菌和結(jié)晶纖維素分解菌等。

3.4 人工濕地的應(yīng)用現(xiàn)狀 陜西省鳳縣永生村濕地示范工程首次將自來水廠的脫水污泥作為濕地基質(zhì)，不僅大大提高了生活污水中磷的處理效率，同時變廢為寶提高了經(jīng)濟(jì)效益。

山東省南四湖城郭河流域的曹莊人工濕地，針對煤礦塌坑進(jìn)行了原位修復(fù)，濕地護(hù)坡基質(zhì)層最內(nèi)層覆蓋了厚度為10 cm的改性沸石，外層覆蓋了5種不同粒徑、厚度分別為15、25、30、50 cm的礫石，驗收監(jiān)測出水質(zhì)達(dá)到國家Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

人工濕地是一項具有廣闊發(fā)展前景的污水處理工藝，不僅具有高效的污水處理效率，其生態(tài)功能、景觀價值和經(jīng)濟(jì)價值也更加符合可持續(xù)發(fā)展的要求。目前關(guān)于人工濕地的研究已經(jīng)成為國際性的熱點問題。所以，應(yīng)加強(qiáng)對人工濕地污水處理技術(shù)的優(yōu)化研究，如針對高寒地區(qū)、鹽堿地區(qū)等特殊自然條件的植物選擇，通過廉價高效基質(zhì)的研究，優(yōu)勢微生物的培養(yǎng)以及工程菌構(gòu)建等，進(jìn)一步提升其處理水平和可推廣性。