人工濕地污水處理技術(shù)應(yīng)用概述及在我國西北地區(qū)的發(fā)展建議

國豪 李杰 王亞娥

摘要：綜合考慮西北地區(qū)干旱缺水的實際情況以及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟條件的制約，提出運用人工濕地系統(tǒng)技術(shù)來處理西北地區(qū)的生活污水。主要總結(jié)了人工濕地強化技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了該技術(shù)對于處理西北地區(qū)生活污水的重要性，并依據(jù)該地區(qū)的實際背景提出了合理的建議與展望。

關(guān)鍵詞：人工濕地;有機污染物;降解機制;廢水處理;西北地區(qū)

中圖分類號： X52? 文獻標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）14-0055-06

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，全球人口基數(shù)的急劇膨脹和人民生活水平的提高，人均用水需求和總需水量大幅增加。相關(guān)研究表明，西北干旱缺水地區(qū)人均水資源量低于全國的平均水平。其中，甘肅省屬于嚴重缺水的地區(qū)[1-2]。淡水資源的缺乏嚴重影響了人類生活質(zhì)量和發(fā)展水平的進一步提升，因此改善水質(zhì)和修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)是目前亟待解決的問題。人工濕地系統(tǒng)技術(shù)是20世紀(jì)70年代逐步發(fā)展起來的一種新型生態(tài)污水處理技術(shù)，具有成本低，操作維護方便，運行成本低，氮磷去除能力強，對負荷變化適應(yīng)性強，并兼具美化環(huán)境等優(yōu)點[3]，因此在國外許多國家得到廣泛的推廣及應(yīng)用。但該技術(shù)也存在占地面積較大、易受西北高寒氣候條件限制等不足，因此，如何解決問題、保持有效運行，是目前亟需解決的問題。因此，圍繞水資源的可持續(xù)發(fā)展來研究西北干旱缺水地區(qū)人工濕地系統(tǒng)技術(shù)具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

人工濕地根據(jù)濕地中主要植物形式可以分為浮生植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng)。人工濕地系統(tǒng)根據(jù)污水在濕地床中流動的方式一般可以分為以下3類，分別為自由表面流濕地、潛流人工濕地和垂直流人工濕地[4]。也可將這3種最基本的方式進行搭配，從而形成復(fù)合流人工濕地。

1 人工濕地污水處理凈化機制

一般認為，人工濕地作為一種高生產(chǎn)力的新型污水處理系統(tǒng)，通過濕地中基質(zhì)、植物和微生物相互關(guān)聯(lián)，物理、化學(xué)、生化反應(yīng)三重協(xié)同作用凈化污水[5]。

污水中的氮主要研究的是無機氮的去除機制[6]。一般情況下，人工濕地的脫氮途徑主要有3種：植物和其他生物的吸收作用、微生物的氨化、硝化和反硝化作用以及氨氣的揮發(fā)作用[7]。其中，硝化和反硝化作用是最主要的氮去除機制，占濕地氮去除總量的60%～86%[8]。

污水中磷的普遍存在形式主要有磷酸鹽、有機磷酸鹽、聚磷酸鹽等[9]。污水中的磷主要來自于生活生產(chǎn)污水、農(nóng)田灌溉用水、工業(yè)廢水，主要形態(tài)有活性磷、非活性磷，非活性磷有可溶性和顆粒性2種存在形態(tài)。人工濕地技術(shù)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)良好的除磷效果，主要是通過以下3種途徑：植物的吸收作用、填料的物理化學(xué)作用及微生物的協(xié)同作用[10]。

2 人工濕地污水處理強化技術(shù)

人工濕地具有運行管理費用和投資成本較低、處理效果較為穩(wěn)定、出水水質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)勢但同時也存在占地面積大、容易堵塞、受區(qū)域氣候條件因素所制約等缺點。因此，如何解決該技術(shù)已有的問題、維持人工濕地的長時間有效運行，是亟待解決的問題。近年來，人們研究了許多可應(yīng)用于該系統(tǒng)的強化技術(shù)來提高濕地系統(tǒng)的硝化和反硝化能力以及除磷能力，以擴大其應(yīng)用領(lǐng)域及推廣范圍。

2.1 基質(zhì)強化

在基質(zhì)本身的性質(zhì)作用之下，污染物被基質(zhì)高效地過濾、沉降和吸附，從凈化結(jié)果上看，基質(zhì)的主要作用為去除磷?；|(zhì)中鈣、鐵和鋁等元素含量的多少決定了吸附磷能力的強弱，富含鈣、鐵和鋁的基質(zhì)對磷的去除效果好。根據(jù)污染物質(zhì)類型的差異，選擇不同的基質(zhì)或基質(zhì)組合對污染物質(zhì)的去除效果是各不相同的。因此，可根據(jù)污水中污染物類型選取不同基質(zhì)或選擇幾種基質(zhì)進行有效組合。

2.2 曝氣強化

人工濕地的主要氧氣來源有植物根部的氧氣運輸及大氣擴散，對于潛流濕地而言，根部的氧氣運輸作用是濕地中主要的氧氣來源[11]。相關(guān)研究表明，植物根部的氧氣運輸量對濕地的作用十分有限[12]。因此，運用強化曝氣方法來解決濕地溶解氧不足這一問題就顯得尤為重要。

而且提高濕地內(nèi)溶解氧的含量，是保證硝化過程可以順利進行，使脫氮效率得到有效提高的關(guān)鍵。同時，為了滿足濕地系統(tǒng)中反硝化反應(yīng)所需的缺氧條件和環(huán)保節(jié)能的要求，將其中的連續(xù)曝氣方式改進為間歇曝氣，可顯著提高對氮的去除能力;曝氣也可以改變濕地中溶解氧的分布，使一部分厭氧區(qū)變?yōu)楹醚鯀^(qū)，極大地增強硝化細菌的生理活性。

2.3 布水方式強化

濕地可以通過調(diào)節(jié)進水的方式使水流均勻分布，增加污水與濕地基質(zhì)接觸時間以及濕地中的溶解氧含量，進而影響濕地對污染物質(zhì)的去除效率。水平流人工濕地具有較長的流程，且反硝化能力較強;垂直流濕地污水與氧氣混合效果好，硝化反應(yīng)效果好。近年來，研究表明單一的水流方向并不能同時滿足好氧和厭氧微生物所需的環(huán)境條件，在濕地的實際運用中，通過改變?nèi)斯竦貎?nèi)部的水流方向，促進水體內(nèi)循環(huán)，內(nèi)循環(huán)作用還可以使污染物質(zhì)與填料和植物根系的接觸面積和機會大大增加，還可以使進水獲得一定程度的稀釋，使?jié)竦刂械娜芙庋鹾吭黾?，出水的臭味減少，促進濕地硝化和反硝化作用進而提高人工濕地的運行性能。

2.4 不同類型的人工濕地組合強化

近年來，出現(xiàn)的各種不同類型的人工濕地各有其獨特的優(yōu)點和不同的適用范圍，將它們進行合理的組合，可以進一步提高各自的污水凈化效率。Mhlum等將放置于水平流濕地前的垂直流濕地作為預(yù)處理工藝，濕地系統(tǒng)除污效率明顯提高[13]。Cooper等提出了水平流濕地和垂直流濕地的組合工藝，2種濕地的合理有效組合能夠相互補充，相互強化，最終可以充分地發(fā)揮各自的處理作用[14-15];出水的回流也可以提高濕地的脫氮效果，且脫氮率隨著回流比的增加而提高。

3 國內(nèi)外人工濕地污水處理應(yīng)用現(xiàn)狀.

3.1 國外應(yīng)用現(xiàn)狀

國外人工濕地污水處理技術(shù)在20世紀(jì)70年代獲得了快速發(fā)展及廣泛推廣，英國Sesern Trene公司的人工濕地污水處理廠飛快地發(fā)展為現(xiàn)在的100多個，如今，歐洲有5 000多處人工濕地在運行，丹麥就建立了30多個濕地污水處理廠。

Zhao經(jīng)過十幾年的探索，對鋁污泥人工濕地的濕地結(jié)構(gòu)、機制及處理效果、運行方式等進行了深入的分析及研究。將愛爾蘭給水廠的脫水鋁污泥作為濕地的填料，用來提高對污水的凈化效率，特別是對磷濃度較高污水的凈化處理。鋁污泥濕地既具有優(yōu)良高效的污水凈化效率，還為污泥的可持續(xù)利用提供了一條新的途徑。將鋁污泥作為濕地填料不僅可以降低土地資源和填埋能耗，而且還可以將飽和后的鋁污泥當(dāng)作肥料使用或進行磷的回收。“以廢治廢”這一觀念與可持續(xù)發(fā)展思路相契合，并且具有較高的環(huán)境效益和經(jīng)濟收益[16]。

Zhao等還研究了中試規(guī)模的潮流濕地系統(tǒng)，用于處理強大的農(nóng)業(yè)廢水。該系統(tǒng)位于英國斯塔福德郡的一個農(nóng)場，由5個濕地處理階段組成，其中植被為普通蘆葦。從每個階段的入口和出口收集廢水樣品并分析。生化需氧量（BOD5）、化學(xué)需氧量（COD）、水質(zhì)中的懸浮物（SS）、氨態(tài)氮、正磷酸鹽等分別在年度處理中被去除82%、80%、78%、58%、45%的容量為1 752 m3（假設(shè)系統(tǒng)運行一整年而不休息）。顯示濕地系統(tǒng)基質(zhì)內(nèi)生物膜和微生物活動的形成，是有機污染物降解的原因[16-17]。

人工濕地技術(shù)是在發(fā)達國家中興盛起來，并隨著時代的發(fā)展逐步完善。在國外，人工濕地技術(shù)不僅應(yīng)用于處理各種領(lǐng)域中不同類型的污水，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污水、城區(qū)生活污水等，而且還廣泛地應(yīng)用于水的深度處理和淡水的回收利用，凈水效果一般高于常規(guī)二級處理效果。

3.2 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.2.1 人工濕地工藝的應(yīng)用

我國在“七五”期間開始了對人工濕地的探索研究[18]。前期的水平流濕地每日處理的工業(yè)廢水和生活污水量較低，之后生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科研所在深圳白泥坑建立了人工濕地試驗基地。

2016年，我國某省科學(xué)研究設(shè)計院進行了由省科技廳批準(zhǔn)立項的“某高校人工濕地污水處理技術(shù)應(yīng)用及示范研究”。目的是為了加強對高校水污染防治技術(shù)的支持力度，促進人工濕地污水處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用和推廣，填補我國高校中人工濕地建設(shè)和研究的空白。

山東省曹莊人工濕地護坡最內(nèi)層基質(zhì)層覆蓋10 cm厚度的沸石，外層覆蓋5種形狀存在差異的礫石，其粒徑分別為15、25、30、50 cm，其出水水質(zhì)達到了國家Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn);東營市明月湖國家城市濕地公園不僅構(gòu)建了一種人與自然之間的和諧共處關(guān)系，而且提升了城市居民居住環(huán)境的舒適度，豐富了城市景觀的多樣性;陜西省永生村濕地示范工程首先將自來水廠產(chǎn)生的脫水污泥用于人工濕地的基質(zhì)中，既大幅度提高了污水中磷的去除效率，同時變廢為寶，也提高了經(jīng)濟價值和環(huán)境效益。

天津市南港工業(yè)區(qū)處理出水標(biāo)準(zhǔn)達到一級A標(biāo)準(zhǔn)，已達到廢水離岸排海的要求，但為更進一步降低排海廢水中的氮磷含量以及難降解有機污染物含量，南港工業(yè)區(qū)通過人工濕地對污水處理廠一級A出水進行深度凈化，使污染物進一步削減后再離岸排放。

包頭市黃河濕地是由黃河改道形成，位于包頭市東河區(qū)的南側(cè)。通過濕地將有效改善進入黃河的水的水質(zhì)，為下游的水源地提供安全保障，還可以修復(fù)濕地的生態(tài)景觀，改善包頭市人民生活環(huán)境及美化生態(tài)景觀，并通過對河水的資源化利用，緩解城市的水資源短缺問題。

國內(nèi)人工濕地除了被廣泛應(yīng)用于處理生活污水以外，還被應(yīng)用于處理富營養(yǎng)化水體、采礦廢水等。在農(nóng)村生活污水處理和農(nóng)業(yè)面源污染治理中，人工濕地具有其獨特的解決優(yōu)勢。因此，我國正進一步加強對人工濕地處理農(nóng)村污水的示范研究，以期探索出一條適合我國國情的農(nóng)村污水處理方法，為進一步推進農(nóng)村污水處理奠定良好基礎(chǔ)。

3.2.2 人工濕地與其他工藝的聯(lián)用

單一的污水處理工藝不足于滿足各類污水水質(zhì)與不同的污水處理標(biāo)準(zhǔn)的要求，而多種不同處理工藝的優(yōu)化組合是解決目前這一難題的必然發(fā)展趨勢。因此，如何進行不同工藝之間的有效組合和優(yōu)化，將會對污水凈化效率的提升有著極其重要的價值與意義。而在組合污水處理工藝中，人工濕地技術(shù)一般應(yīng)用于污水的深度處理。

運用生物濾池-人工濕地-穩(wěn)定塘組合工藝來處理農(nóng)村生活污水，其出水水質(zhì)可以達到第二類污染物一級排放標(biāo)準(zhǔn)，該工藝投資少、基建費用和運營成本低、處理效果較好、運行操作簡單[19]。

人工濕地技術(shù)與活性污泥法的組合工藝在處理城市生活污水中，應(yīng)用也較為廣泛[20]。

4 關(guān)于西北地區(qū)發(fā)展人工濕地污水處理的重要性及建議

4.1 人工濕地污水處理在西北地區(qū)運行的重要性

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，城市化進程的不斷加快和人們環(huán)保意識的急劇增強，不僅國家越來越關(guān)注環(huán)境保護問題，人們也越來越渴望擁有良好的水環(huán)境。但在我國西北部地區(qū)，居民衛(wèi)生用水和廚房污水等生活污水不經(jīng)過處理隨意排放入河流、湖泊和水庫中，使本身問題就已突出的水環(huán)境污染這一難題變得更加嚴重，人們對水資源的需求量也與日俱增。這不僅加劇了西北地區(qū)的淡水資源危機，也破壞了周邊的生態(tài)環(huán)境，影響了該地區(qū)人們的生存與發(fā)展。如果不加強對已有水資源的保護和對周圍水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，將導(dǎo)致區(qū)域缺水情況進一步加重，進而令水資源需求量的增加與水資源短缺之間的矛盾不斷加劇，最終影響經(jīng)濟的不斷發(fā)展與社會的和諧安定。目前，亟需一種針對該地域的污水處理技術(shù)，而我國西北地區(qū)由于人口分散、經(jīng)濟條件較為落后及周邊環(huán)境較為脆弱等諸多因素，進而使人工濕地技術(shù)成為解決當(dāng)前西北地區(qū)每況愈下的水污染問題的有效舉措之一。

人工濕地系統(tǒng)作為一種自然生態(tài)污水處理系統(tǒng)，其利用水生植物和填料床來進行污水的凈化作用。填料常為土壤、卵石、塑料、爐渣、活性炭等，具有基建費用低、運行成本少等優(yōu)點，且具有生態(tài)修復(fù)功能與綠化環(huán)境功能。在日常運行維護中，操作簡單，只需及時清理沉積物、枯萎植物等。因此，該污水系統(tǒng)十分適用于經(jīng)濟基礎(chǔ)相對較差、土地面積相對豐富的西北地區(qū)的污水處理。

4.2 人工濕地污水處理在西北地區(qū)運行存在的問題

4.2.1 低溫問題

在西北低溫高寒地區(qū)濕地運行的關(guān)鍵問題就是冬季低溫問題，溫度是影響人工濕地的植物、微生物活性的重要因素之一，一般情況下，微生物的最適溫度在25 ℃左右，我國西北地區(qū)冬季的平均溫度一般都低于0 ℃，過低的溫度會抑制微生物的活性，甚至?xí)刮⑸锾幱谛菝郀顟B(tài)，而人工濕地去除污染物質(zhì)的凈化效果與微生物的數(shù)量、活性密切相關(guān)。因此，在西北地區(qū)溫度比較低的氣候條件限制下，會對濕地的植物、微生物的生理活性及對污染物去除效果造成不同程度影響。

Crites研究表明，硝化菌在溫度為10 ℃左右時，能維持較為穩(wěn)定的硝化速率，如果溫度進一步降低，硝化菌的硝化過程將會逐漸停止，系統(tǒng)脫氮效果將會明顯下降[21]。Brodrick等研究表明，反硝化菌在溫度低于5 ℃時，基本停止了生理活動，特別當(dāng)溫度低于4 ℃時，微生物的生理活動幾乎停止[22]。由于晝夜溫差較大和冬季氣溫較低的氣候特征，使得西北地區(qū)人工濕地系統(tǒng)的植物生長緩慢甚至休眠停止生長，進而影響系統(tǒng)的污染物去除效率。由此證明，由于人工濕地生態(tài)系統(tǒng)本質(zhì)上十分依賴于自然環(huán)境因素，其凈化效果受溫度變化的影響較大，從而加大了該地區(qū)冬季污水處理的難度。

4.2.2 缺氧問題

對于西北地區(qū)而言，溶解氧已成為限制人工濕地技術(shù)進一步推廣發(fā)展的重要因素之一。因為西北地區(qū)冬季較為干燥的氣候，水體對氧的溶解效果比較差;西北地區(qū)較低的溫度也不利于水體對氧的溶解。由于含氧量較低的原因，使得西北地區(qū)人工濕地系統(tǒng)的植物生長緩慢，最終影響人工濕地的除污效率。溶解氧濃度與氨化細菌、亞硝化菌和反硝化菌數(shù)量之間存在顯著的相關(guān)性，與氨化細菌、亞硝化菌數(shù)量呈正相關(guān)，與反硝化菌數(shù)量呈負相關(guān)，說明溶解氧是影響人工濕地脫氮效率的重要因素，因此，采取措施改善溶解氧條件有利于人工濕地中氮的去除。

4.2.3 碳源問題

碳源是反硝化過程中重要控制因素之一，在人工濕地中碳源的問題主要是碳源不足、種類單一。碳源不足將會抑制反硝化菌的活性，最終影響脫氮效果;碳源種類單一會導(dǎo)致系統(tǒng)易受到外界環(huán)境變化的影響，抵抗環(huán)境變化能力差。

4.2.4 占地面積問題

從國內(nèi)外的人工濕地建筑工程占地情況可以看出，人工濕地具有較大的占地面積，一般認為，相比于傳統(tǒng)的污水處理工藝，人工濕地的占地面積要高出2～3倍，人工濕地的占地面積較大由其本身的凈化機制與特點所決定。很多時候會因此導(dǎo)致人工濕地發(fā)展受限制，并阻礙了人工濕地技術(shù)的進一步推廣普及，尤其是在土地資源緊缺的地區(qū)更是如此。而且人工濕地的填料和植物配置對污水處理的能力是有限的，基質(zhì)容易飽和，就必須依靠更多的平行濕地進行交替運行工作，以確保整個濕地仍舊可以維持運行狀態(tài)。因此，占地面積較大是影響人工濕地發(fā)展推廣的關(guān)鍵因素之一。

4.2.5 基質(zhì)堵塞問題

基質(zhì)在人工濕地中發(fā)揮著十分重要的作用，但隨著污水處理過程的不斷進行，濕地中的微生物也相應(yīng)地繁殖，基質(zhì)的吸附能力也趨于飽和，再加上植物的腐敗，下落堆積未及時處理，那么極易導(dǎo)致基質(zhì)堵塞。當(dāng)堵塞發(fā)生時，不僅影響濕地的使用壽命以及濕地長期運行的穩(wěn)定性，甚至?xí)節(jié)竦叵到y(tǒng)喪失污水凈化功能，應(yīng)用價值也會大大降低。

4.2.6 后期管理問題

優(yōu)美和諧的生態(tài)環(huán)境是城市健康發(fā)展的基礎(chǔ)，目前，各地區(qū)積極地建設(shè)人工濕地，卻忽視了濕地后期的管理維護，使得人工濕地經(jīng)過一段時間的運行后，因基質(zhì)堵塞、落葉堆積等原因，使原有的經(jīng)濟觀賞價值和處理效果極大地降低。如果之后仍不采取科學(xué)有效的管理措施，不但不能改善和維持地區(qū)生態(tài)環(huán)境，甚至可能會導(dǎo)致城市環(huán)境的二次污染。在人工濕地運行過程中，各種管道、護欄時常遭到破壞，管道多處被人為損壞。在人工濕地中栽植的多種具有較高觀賞和經(jīng)濟價值的植物，在其生長過程中，也經(jīng)常遭到人為破壞。

4.3 人工濕地污水處理在西北地區(qū)運行的解決途徑

4.3.1 選擇合適類型

在西北地區(qū)應(yīng)用傳統(tǒng)的人工濕地技術(shù)，受限制因素較多，并且根據(jù)該技術(shù)在西北地區(qū)所存在的問題及目前研究結(jié)果來看，為確保人工濕地技術(shù)可以在西北地區(qū)高效穩(wěn)定地運行，潛流型的人工濕地具有非常明顯的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的人工濕地相比，潛流型人工濕地對濃度較高的污水處理的效果比較好;也可以更好地適應(yīng)冬季的氣候變化及低溫條件;對西北地區(qū)寒冷氣候而言，潛流型濕地與大氣之間有覆蓋層隔斷，可以減少污水蒸發(fā)蒸騰和流動造成的能量損失，因此保溫效果也是最好的，覆蓋層對濕地的保護也非常有效。

4.3.2 選擇合適基質(zhì)

填料的差異將會影響人工濕地系統(tǒng)的污水處理效率，特別是對除磷效果影響較大。因此，加強填料的選擇和防止填料堵塞將是今后的研究重點之一。因為它不僅為植物生長繁殖提供了相應(yīng)的生存空間與環(huán)境條件，同時也是污水流動的介質(zhì)[23]。此外，基質(zhì)在吸附污水中的污染物時，同樣也發(fā)揮著非常重要的作用[24]。因此，人工濕地在處理污水中須要考慮的一個十分重要的問題就是選擇合適的基質(zhì)。

基于人工濕地占地面積比較大，基質(zhì)投加量多的特點，基質(zhì)的選取原則應(yīng)當(dāng)依據(jù)以下幾點：材料的價格較為低廉、處理效果較好、容易獲得及安全性高等[25]。因不同的基質(zhì)具有不同的理化性質(zhì)，導(dǎo)致基質(zhì)對各類污染物的去除效果存在差異，進而影響濕地的凈化效率。粒徑較小可以確保濕地具有足夠的水力停留時間，但基質(zhì)粒徑過小極容易導(dǎo)致濕地堵塞;基質(zhì)粒徑較大的確可以有效防止?jié)竦囟氯麊栴}，但如果粒徑過大反而會縮短濕地中水力停留時間，進而也會影響污水的處理效果。

鐵屑作為目前常用的水處理材料，盡管價格低廉，但形狀和粒徑無法根據(jù)需求選擇，比表面積小，且去除效率低，長期運行易結(jié)塊，原材料利用率極低。因此，須要選擇一種高效的新型材料。

柴志龍等研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)生物鐵法相比，F(xiàn)e0- 生物鐵法可以持續(xù)不斷地進行鐵碳微電解作用和類Fenton效應(yīng)，其對微生物降解污染物質(zhì)具有協(xié)同強化的作用;并且Fe0可以以載體的形式投加到濕地系統(tǒng)中，大大降低了在實際工程中應(yīng)用的難度。并指出今后的探索研究方向應(yīng)主要集中于可以應(yīng)用在人工濕地處理系統(tǒng)中，工藝參數(shù)及性能良好的Fe0材料[26]。

馬寧等經(jīng)過一系列的研究表明，海綿鐵是一種新型的多功能水處理材料，具備良好的物理化學(xué)性能。與鐵屑相比較，海綿鐵易于加工、質(zhì)量優(yōu)良;比表面積大，可以更好地運用零價鐵的特點與優(yōu)勢;抗板結(jié)與再生性能良好;通過微電解、吸附、絮凝沉淀、直接還原和間接氧化等作用，對水體中的污染物存在較強的去除能力。而且微生物與海綿鐵二者在污水處理的過程中具有相互協(xié)同促進的作用，將會使生物海綿鐵體系污水凈化效率得到進一步的提升，因此，海綿鐵材料將成為應(yīng)用于人工濕地處理技術(shù)的高效新型材料[27]。

4.3.3 合理控制溫度

西北地區(qū)冬季氣溫較低時，會造成系統(tǒng)凈化的能力下降，水質(zhì)達不到標(biāo)準(zhǔn)要求，因此有必要采取措施來減小氣溫影響，使系統(tǒng)可以正常運行?？梢圆扇「牧既斯竦氐脑O(shè)施與構(gòu)造，利用薄膜、冰雪以及樹葉等覆蓋保溫層等措施，來確保濕地在西北地區(qū)冬季低溫時運行依舊擁有較高的污水處理能力?？赏ㄟ^將水位上升到冰凍面形成一層冰凍層，然后再降低水位到水面與冰凍層之間形成絕緣的空氣層，水生植物密實的莖可以對冰層起到支撐作用，枯死濕地植物上積累的雪層可以使系統(tǒng)達到保溫效果;濕地表面覆蓋一層易生物降解的物質(zhì)，如樹葉、木屑、復(fù)合肥等，也可起到保溫的作用。

4.3.4 合理規(guī)劃設(shè)計

由于人工濕地的占地面積較大，使得其在國內(nèi)的發(fā)展推廣受到限制，但由于其自身處理污水的特殊性，使得人工濕地技術(shù)在占地面積上的問題很難得到有效解決，因此，國內(nèi)外開始加大對它的研究力度和實踐總結(jié)，力圖找到一些科學(xué)有效且適當(dāng)?shù)姆椒▉碜畲蟪潭冉档驼嫉孛娣e。首先，在選址時須要綜合考慮規(guī)模、環(huán)境和經(jīng)濟效益等3個方面，為了不占用市區(qū)寶貴的土地資源，可以將濕地工程地址選在市郊區(qū)域，這樣做還可減輕風(fēng)沙對市區(qū)環(huán)境的影響和破壞;另外，可嘗試采取組合工藝，可將濕地與其他類型的濕地或者其他的污水處理工藝組合，可以有效地改善傳統(tǒng)濕地的結(jié)構(gòu)，這樣既可以大大減少濕地的占用面積，還可以提高人工濕地技術(shù)凈化污水的效率[28]。人工濕地需要在其應(yīng)用的過程中不斷地完整完善，這也是人工濕地技術(shù)進一步發(fā)展推廣應(yīng)用的必然路徑。

4.3.5 有效管理措施

一個運行良好的人工濕地需要一個有效且合理的管理運行模式。溶解氧不足時，應(yīng)采用人工曝氣輔助強化處理;碳源不足時，應(yīng)定期投加碳源;定期對植物進行收割;實時監(jiān)測出水水質(zhì);定期對濕地系統(tǒng)進行詳細檢查;采取一定的防堵措施和應(yīng)對方法;把人工濕地的效益與當(dāng)?shù)鼐用竦男б嬗行ЫY(jié)合起來，通過利益共享，使其積極主動地投入到人工濕地的日常維護中去，這樣可以有效減少因人為破壞而導(dǎo)致的損失。同時，可以通過設(shè)立標(biāo)志告示牌、口頭宣傳和書面通知等方式，使當(dāng)?shù)鼐用裾J識到人工濕地建設(shè)的必要性及其發(fā)揮的重要作用，并呼吁居民積極參加有關(guān)環(huán)境保護的科普教育。

5 人工濕地污水處理技術(shù)展望

人工濕地是集生物學(xué)、化學(xué)、水文學(xué)和水力學(xué)等為一體的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，它在處理復(fù)雜廢水方面發(fā)揮了巨大作用，應(yīng)用前景十分可觀。而人工濕地的堵塞是其推廣應(yīng)用的最大障礙，堵塞是由沉降和被過濾的固體顆粒在微生物作用下累積而造成的[28]。

近年來，我國正處在經(jīng)濟高速發(fā)展階段，長期以來高投入、高污染的經(jīng)濟發(fā)展模式給生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞，嚴重影響經(jīng)濟社會的健康發(fā)展，廢水排放量日益增加，水污染問題日趨嚴重，而城市污水處理仍主要采用傳統(tǒng)的二級活性污泥處理工藝，其工程投資高、耗能大、運行成本及管理要求高。而人工濕地作為一種天然的“污水處理廠”，其高效、簡易、低耗的特點就顯得意義重大。人工濕地以其基建費用與運行成本低、維護方便、處理效果好、且占地面積小的特點，已得到國外廣泛的應(yīng)用，而且可配合種植水生植物，不僅可達到綠化及美化景觀的效果，而且可以取得較好的效益。針對我國西北地區(qū)地域特點和經(jīng)濟相對落后的狀況，西北地區(qū)應(yīng)積極利用本土資源，采用基建費用少、運行成本低的人工濕地污水處理技術(shù)，并在西北地區(qū)進行大規(guī)模的推廣和應(yīng)用，以促進西北地區(qū)社會經(jīng)濟和生態(tài)文明健康和諧的發(fā)展。

當(dāng)前，人工濕地發(fā)展還存在許多的不足，人工濕地還存在很多問題沒有解決。因此，在推廣應(yīng)用時應(yīng)慎重，特別是在大面積使用時應(yīng)充分考慮該技術(shù)有可能帶來的一系列影響，避免盲目推廣，同時也須要進一步的研究和探索。

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收稿日期：2019-08-01

基金項目：中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃（編號：2017Z003-B）。

作者簡介：國 豪（1995—），男，山東青島人，碩士研究生，主要研究方向為人工濕地污水處理技術(shù)。E-mail：1057509896@qq.com。

通信作者：李 杰，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為微生物固定化載體的研發(fā)及在污水處理中應(yīng)用。E-mail：936271028@qq.com。