人工湿地的发展概况和面临的问题

人工湿地的发展概况和面临的问题张兵之l，吴振斌l，徐光来2（l!中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室，武汉430072；2!武汉大学环境科学系，武汉430072）摘要：人工湿地是近年来发展的一种新型污水处理技术。主要介绍了人工湿地的几种主要构建类型：表面流型人工湿地、潜流型人工湿地、垂直流型人工湿地和复合垂直流人工湿地，并分别指出它们的优缺点。同时简要阐述了人工湿地去除污染物质的机理。关键词：人工湿地；污水处理；构建类型中图分类号：X703.l文献标识码：A文章编号：l003-6504（2003）增-0087-04人工湿地（constructedwetImIds）的研究最早可追溯到20世纪70年代［l］，是在研究湿地的基础上衍生出来的。湿地（wetIands）是地球上水陆作用形成的独特生态系统，是重要的生存环境和最富生物多样性的自然生态景观之一。在抵御洪水、调节径流、改善气候、控制污染、美化环境和维护区域生态平衡等方面有非常重要作用。但是由于人类不合理的围垦、填埋等活动，使得湿地面积在不断减少，同时随着生态环境的破坏湿地质量也在下降，因此湿地的保护与人工构建湿地逐渐成为国际上的研究热点［l］，并且随着人类研究的深入，发现人工湿地是一种投资省、运行费用低的优异污水处理技术。目前，人工湿地的研究在全球正方兴米艾。下面，就人工湿地技术研究发展概况、应用前景和存在的问题作一简要介绍。#人工湿地的研究发展现状.#人工湿地的基本组成人工湿地是由基质、植物和微生物等部分构成的，其对污水的净化是湿地基质、植物和微生物相互关联，物理、化学、生物学过程协同作用的结果。人工湿地中的基质由粘土、粗砂、砾石、细砾、沸石、碎石、碎陶片、炉渣等其中的一种或多种组合而成，往往根据处理不同的废水及所采用湿地的构建方式不同而有所不同，比如在处理含磷污水时以碎陶片，炉渣作为基质可达到较高的处理效率等。自从SeideIl966年首次证实水葱在废水处理中的作用以来，许多种植物都被用来进行试验。确实有植物的湿地比传统的氧化塘有许多优点［2］，也比无植物的湿地营养盐去除率要高许多［3］。湿地中植物具有“营养盐清道夫”之称［4］，其对有机物的去除作用首先是植物的物理作用，植物的通气组织由于植物内外部因温度和湿度不同而在茎内形成压力梯度下［5］将02通过根茎释放使得根区周围形成许多微小好氧生境，可改善基质氧化还原电位，增强好氧微生物的活性，促进硝化（0ttova等发现在根区周围有大量硝化细菌而废水中只有极微小的数量［6］），抑制P的释放等。根据不同实验方法测的芦苇的根区02释放量从0.2g·m-2·d-l到l2g·m-2·d-l不等［7］；其次，植物的根纵横交错和不断迅速生长，在穿透土地的同时也就疏松了土地，增加了土地孔隙度，而枯死的根则充满了疏松的有机质，或被微生物分解。吴振斌等曾报道须根系植物比根状茎等具有更好的污水净化效果［8］。同时根部形成的好氧区也可避免厌氧污泥对介质的堵塞；最后，是植物的生理作用，植物的生长需要摄取营养物质，而成熟以后又可通过收割法将营养物质去除。虽然有植物的系统比无植物的系统处理效果好，但是应该注意到的是植物的有效性随着时间的推移而下降，这可能会影响湿地的处理效率［9］。有人对芦苇（reeds）等6种水生植物的营养盐平衡研究表明，不同种植物去除效果差别不大，因此植物的选择是积累生物量大的物种。相应地也要考虑到有些植物如浮萍（duckweeds）生物量小，生长周期短（一周收割l次或2次，显然在操作上不太可取）［6］；并兼顾到植物有美化环境的功效，因此，现在一般选择芦苇、香蒲（cat-taiIs）或美人蕉（cannas）［l0］..$#人工湿地主要构建类型l.2.l水平流型人工湿地（HorizontaIFIowSystem，HFS）水平流型人工湿地存在两种形式：一种是表面流型人工湿地（SurfaceFIowConstructedwetIand，HSF），具有自由水面，类似于工程化的沼泽地，属于好氧湿地，废水水平流过基质表面。其对废水的处理是植物、基质和内部微生物之间物理、化学、生物学过程相互作用的综合结果［ll］。尤其是其与污水接触的广阔面积和较长停留时间使得对悬浮物、有机质的去除效果较好。额外地，它允许藻类和浮叶植物在自由水体表面·78·人工湿地的发展概况和面临的问题张兵之，等生长，这显然比挺水植物有更高的光合活性，进而产生更多O2，并间接从水体中转移CO2，使得水体pH值呈碱性，导致磷酸盐浓度骤降和氨气的挥发，沉积物和植物枯叶形成的表面流湿地的基质表面同时也为反硝化提供附加碳源，因此总氮的去除能稳定进行。但是总体来说，它对营养盐N、P的去除率偏低（10%~15%）［12］。这是因为N、P的去除过程主要发生在基质内，可是污水仅仅