人工濕地污水處理技術研究進展

楊曉彤 徐景濤

摘 要：人工濕地（CWs）作為一種綠色又環保的技術應用于廢水處理已經有幾十年了。通過從人工濕地類型及其去除各類污染物的機理進行分析和討論，人工濕地作為一種處理污水的有效方式，可以有效減少流入受納水體的污染負荷，提升受納水體水質。

關鍵詞：人工濕地;污染物去除;濕地凈化

發展中國家的水環境問題特別突出，隨著國家的不斷發展，建成了各種污水處理設施來應對各類廢水排放量的日益增加[1]。但經過處理的水仍不能滿足排放標準，排放進河流會造成水體富營養化以及藻類的大面積爆發，對水體中的魚類等動物造成不可避免的傷害。人工濕地以其凈化效率高、投資省、出水水質穩定等優點得到廣泛應用。

一、人工濕地處理技術概論

（一）人工濕地類型

人工濕地根據徑流方向的區別，通常將人工濕地分為表面流人工濕地和潛流人工濕地[2]。

1.表面人工濕地

表流人工濕地從濕地的一邊進水，污水通過植物根系、微生物、基質吸附等的共同作用得到凈化，然后再從另一端排出。表面流人工濕地在北美地區得到了廣泛的應用，其最表層含氧量高，水體處于好氧狀態。位置較深的水體DO較低，大多處在缺氧或厭氧狀態[3]。但表面流人工濕地由于和自然人工濕地類似，易受氣候條件的影響，冬季溫度低時去污能力受到限制。

2.潛流人工濕地

潛流人工濕地又可以細分為水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。潛流濕地中的好氧、缺氧交叉能更好地適應濕地中不同類型菌群的生長和代謝，提高對污染物的降解能力和處理容量。污水在床體內的自由流動，很大程度上利用基質層上的生物膜，而且還可以利用水生植物的根系對污染物的去除作用。污水環境溫度相對穩定，處理效果所受限制較小，且對溫度變化沒有表流人工濕地敏感。

所以目前我國潛流人工濕地的研究和實際應用較多。潛流人工濕地結構不同，則其水流方式也不同，進而影響濕地脫氮除磷的效果。

（二）人工濕地處理技術特點

人工濕地是近年來愈來愈受歡迎的一種新型生態處理單元，廣泛應用于污染水體的水質凈化與恢復、雨水處理、生活污水處理、垃圾滲濾液處理、尾水處理等領域[1]，具有污染物去除效果穩定、投資費用少、運行維護成本低且能產生一定的經濟效益等突出的優點，是去除二級出水中各類污染物的有效工藝之一，而且減少了排入受納水體的負荷，提高水環境質量，具有良好的環境、經濟效益。

二、人工濕地去除污染物的機理

人工濕地生態系統凈化污水的原理是利用系統中物化的協同作用，通過基質的過濾吸附等、植物吸收和微生物分解來提高污水的凈化效果。

（一）氮的去除

人工濕地對N的去除其主要作用的是微生物，污水進入濕地，通過氨化、硝化、反硝化等作用完成對污染物的去除[4]。反硝化作用中進入濕地的氧化態氮越少，系統總氮的去除效果越有效。氨氮的去除受季節變化的影響。

（二）磷的去除

人工濕地對P的去除包括基質吸附、植物吸收等等。當濕地系統對P的吸附容量達到飽和時，P又會被釋放到水體中，對基質填料要定期更換。通過收割濕地中的植物將水中的無機磷去除，不及時收割會造成植物的腐爛，有報道證明腐爛的植物會將P再次釋放到水環境中，因而要定期收割濕地植物[5]。微生物中例如聚磷菌通過對P釋放和過量積累，來去除濕地中的磷。

（三）有機污染物的去除

人工濕地去除有機物主要途徑是微生物的好氧代謝、植物吸收、沉降和過濾。有機氯農藥OCPs和有機氯PPCPs是兩類典型的有機氯污染物。Chen等人[6]和Waltman等人[7]的研究結果表明，人工濕地可有效去除污水中的TCS，去除率約70%。有機氯污染物的去除主要依靠基質和植物的吸附和吸收作用。由于有機氯污染物一般對微生物存在毒性和抑制作用，因此微生物對有機氯的去除作用有限。

三、人工濕地凈化

人工濕地大多由基質填料、植物和微生物組成。利用三者的物理、化學生物作用將污水中的污染物去除，提高水質質量[8]。

（一）基質

當污水進入濕地系統后，基質將污染物截留下來，然后通過吸附、沉淀、絡合等途徑去除水中富含氮磷等物質[9]。基質還是植物和微生物的生存場所，植物在基質中扎根，微生物則可以有穩定的附著場所。不同基質對COD、總氮、氨氮、總磷的去除效果不同，我們要根據具體水質選擇基質。經過改性的基質可以將pH從強酸性提升為弱酸性，減少酸性廢水對環境的傷害。通過16SrDNA擴增子測序探究硝化及反硝化菌群得知不同孔隙率的基質可以改善人工濕地的溶解氧，從而提高氮的去除[10]。

基質對磷的吸附容量較大，定期更換基質、按時收割植物，短期內不會達到磷的吸附飽和[11]。加強人工濕地基質的管理，將更換下的基質和收割的植物妥善處理，盡可能減少二次污染。

（二）植物

植物是人工濕地系統的重要組成成分之一[12]。植物能吸收污染物，而且植物根部可給微生物提供生存和附著的場所[13]。人工濕地的主要植物有浮水植物、挺水植物和沉水植物。

魯敏等[14]發現有植物存在的濕地，HRT為1d時出水已基本滿足排污要求。濕地配合相應的植物可以降低水體中重金屬（鐵、錳、鋁、鈷、鎳、鉻）的濃度，改善水環境質量。

選擇合適的植物將氧氣傳送到根部，可以提高濕地對植物的凈化效果。在選擇濕地植物時可以從以下幾個方面作為參考：根據所在地區的環境條件選擇合適的植物;根系發達，生長旺盛;抗病能力強;耐污和抗寒能力強;收割后還可以帶來經濟價值[15]。

（三）微生物

人工濕地的脫氮和除磷等主要是由附著在植物和基質上的微生物活動起作用，濕地中微生物的活動使水中有機物得到降解。

從植物根區到遠離植物根的地方，氧氣濃度逐漸降低，靠近根部的區域好氧微生物活動較為強烈，硝化反應比較好;離根越遠從好氧區到兼性厭氧區再到厭氧區，硝化反應變弱反硝化反應增強，最終以氮氣形式釋放到環境中[16]。

四、總結與展望

人工濕地在我國作為一種成本低、操作簡便，又可以美化環境的污水處理新工藝，適用于中小城鎮及農村地區，有著廣闊的應用前景。人工濕地的廣泛應用是非常有必要的，選擇適合的植物和基質可以提高濕地的氮磷去除率，使濕地的處理效果事半功倍，同時還能增加觀賞性。減少對受納水體的污染，使我國的水環境越變越好。

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作者簡介：楊曉彤（1996— ），女，漢族，山東聊城人，研究生在讀，研究方向：水處理理論與技術。

*通訊作者：徐景濤。