人工濕地生態(tài)系統(tǒng)去除污染物機(jī)理概述

（山東省城建設(shè)計(jì)院 山東濟(jì)南 255000）

1 人工濕地概述

人工濕地作為一種高效、低投資、低能耗、低處理成本的污水處理新工藝已被廣泛接受，其基本組成為基質(zhì)、水生植物和微生物。人工濕地凈化污水是濕地中基質(zhì)、植物和微生物的物理、化學(xué)以及生物 3 者協(xié)同作用的結(jié)果［1，2］。

按污水在人工濕地中流動(dòng)的方式，一般可將人工濕地分為3種類型：表面流濕地、潛流濕地和垂直流濕地。

2 人工濕地去除污染物機(jī)理的研究

人工構(gòu)造濕地主要利用濕地中植物、微生物和基質(zhì)之間的物理、化學(xué)和生物作用共同達(dá)到污水凈化的目的。植物根系形成網(wǎng)絡(luò)，傳遞和釋放氧，吸收一部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為微生物提供生長(zhǎng)場(chǎng)所，并提供好氧、厭氧條件，但植物有一定的生長(zhǎng)期，并需要收割。好氧微生物分解有機(jī)物成CO2和H2O，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌去除氮，聚磷菌去除磷。主要是生化反應(yīng)，但各自需要一定的條件?；|(zhì)截留污染物、吸附氨氮、沉淀磷，沉淀和吸附懸浮物質(zhì)，為微生物提供附著面。主要是吸附沉淀，但存在吸附飽和度。

（1）懸浮物的去除。污水中的懸浮物含有大量污染物質(zhì)，例如有機(jī)物，氮磷，重金屬和病原菌等，因此去除懸浮物可以提高污水的去除效率。通過過濾和沉淀，污水中可降解性污染物被快速截留去除，而懸浮性固體則通過微生物生長(zhǎng)、濕地介質(zhì)表面吸附等機(jī)理去除。

（2）有機(jī)物的去除。污水中的有機(jī)物包括顆粒性有機(jī)物和溶解性有機(jī)物，顆粒性有機(jī)物通過沉淀和過濾可迅速去除，而溶解性有機(jī)物則通過微生物作用降解。微生物降解有機(jī)物又分為好氧降解和厭氧降解。由好氧菌控制的好氧降解可以表述為：有機(jī)物+O2→CO2+H2O+能量。厭氧代謝過程較慢，只能去除少量有機(jī)物。厭氧代謝機(jī)理比較復(fù)雜，目前公認(rèn)的厭氧處理機(jī)理是3階段理論。

（3）脫氮。在濕地中氮主要通過水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的揮發(fā)等途徑被去除。氮在濕地系統(tǒng)中呈現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的生物地球化學(xué)循環(huán)，它包括了7種價(jià)態(tài)的多種轉(zhuǎn)換，氮的轉(zhuǎn)化是受土壤氧化還原特性影響和微生物分解的復(fù)雜過程。研究表明，污水中的無(wú)機(jī)氮可作為植物生長(zhǎng)過程中不可缺少的物質(zhì)而直接被植物攝取，并合成植物蛋白質(zhì)等有機(jī)氮，通過植物的收割可使之從污水和濕地系統(tǒng)中去除。但這一部分僅占總氮量的8%～16%，因而不是主要的脫氮過程。在人工濕地系統(tǒng)中，植物根莖下穿形成有利于微生物實(shí)現(xiàn)硝化作用的好氧微區(qū)，同時(shí)在遠(yuǎn)離根系周圍的厭氧區(qū)，枯枝、碎屑及底質(zhì)層中可利用的碳源又提供了反硝化條件，所以人工濕地的脫氮主要是靠微生物的硝化、反硝化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

（4）除磷。污水中含有無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷。但經(jīng)微生物氧化后，多以無(wú)機(jī)磷形式存在于天然濕地中，通過泥炭沉積可使磷得到長(zhǎng)期儲(chǔ)存。但在人工濕地中介質(zhì)的吸收是主要的除磷機(jī)理。濕地對(duì)磷的去除能力與土壤的類型有關(guān)。溶解性無(wú)機(jī)磷可以與土壤中鋁、鐵、鈣鹽發(fā)生吸附、沉淀反應(yīng)而被礦物穩(wěn)定下來(lái)。因此，主要由礦物土壤和高鋁含量土壤構(gòu)成的濕地較由高含量有機(jī)物構(gòu)成的濕地除磷能力強(qiáng)。在濕地系統(tǒng)中吸附和沉淀的磷并非永久性去除，因此礦物性的土壤實(shí)際上是作為緩沖器來(lái)控制磷的溶度?？傊瑵竦氐某字饕獧C(jī)理為離子交換、植物吸收、沉淀存儲(chǔ)。

3 人工濕地的應(yīng)用實(shí)例及前景展望

在國(guó)外，人工濕地脫氮技術(shù)發(fā)展迅速。F.A.Comin等人于1993年將人工濕地系統(tǒng)用于解決西班牙東北部Ebro河三角洲農(nóng)業(yè)徑流的氮污染問題，試驗(yàn)中濕地的入水為當(dāng)?shù)赜衩椎氐墓喔人偟?fù)荷達(dá)270mg/（m2·d），溶解性無(wú)機(jī)氮負(fù)荷達(dá)105mg/（m2·d），溶解性有機(jī)氮負(fù)荷達(dá) 27mg/（m2·d），經(jīng)人工濕地處理后總氮的去除率達(dá)84%～98%。分析表明，植物吸收、植物碎屑的積累和降解以及基質(zhì)中的氮循環(huán)是濕地中氮保留和降解的主要因素，根據(jù)一階柱塞流動(dòng)力學(xué)模型可得總氮去除率常數(shù)為0.075m/d。G.Sun等人［4］將潮汐流的概念引入人工濕地的運(yùn)行之中，該濕地系統(tǒng)栽種的水生植物以蘆葦為主，所處理的農(nóng)業(yè)廢水的氨氮平均濃度為329.5mg/L。

近幾年，國(guó)內(nèi)人工濕地脫氮技術(shù)也獲得了較大發(fā)展。北京市北郊昌平衛(wèi)星城的人工濕地系統(tǒng)將自由水面人工濕地用于污水的處理，在中國(guó)屬首例。該系統(tǒng)接納當(dāng)?shù)氐纳钗鬯懊弿S廢水，具有500m3/d的處理能力，其水生植物選用了蘆葦，通過定期收割不僅去除了污染物，而且緩解了北京市造紙?jiān)先狈Φ膯栴}［6］。

人工濕地系統(tǒng)作為一種建造及運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果好的工藝，有著和傳統(tǒng)污水處理工藝不同的獨(dú)特構(gòu)造，尤其適用于含高氮廢水的處理，值得大力推廣［7］。