人工湿地去污机理及其国内外应用现状

人工湿地污水处理技术起源于德国，其去除污染物主要通过植物，微生物，填料间相互作用实现，综合利用物理，化学，生物作用实现水质改善，具有处理效果好、管理维护方便、美化环境、运行费用低等优点。本文综述人工湿地研究最新进展及成果，展望人工湿地研究趋势，并提出进一步提高污染物去除效果的设想。1除污机理及影响因素人工湿地自问世以来,被广泛用于SS、BOD5、NH4+-N、NO3--N、P、藻类[1]和金属离子等污染物的去除。一般说来，各种污染物的去除是植物、微生物、填料共同作用的结果。下面主要介绍有机污染物、N、P等营养性污染物的去除机理及影响因素。1.1有机污染物的去除及影响因素人工湿地中，有机污染物的去除主要通过好氧降解与厌氧降解完成，如果床体种植植物，植物组织可吸收部分污染物。微生物降解有机污染物的过程中，不容易确定好氧细菌与厌氧细菌之比，Ottová等[2]通过实验观测得知湿地入流中好氧细菌占主体，出流中厌氧细菌占较大比例，表明不利的缺氧或厌氧条件导致好氧细菌通过填料植物床时大量死亡。好氧降解时，床体中的有机污染物一般通过反应：（CH2O）+O2→CO2+H2O被去除。有机污染物的去除依靠自养菌和异养菌的共同作用。异养生物新陈代谢速率远大于自养生物，在有机污染物去除过程中起主导作用[3]。有机污染物去除过程中两个决定性因素是有机污染物含量和溶解氧供应量。有机污染物充足时，溶解氧缺乏将大大降低有机污染物的去除率；溶解氧供给充足时，好氧降解过程主要受有机污染物供应限制。大多数人工湿地有机污染物供应充足，它的去除常受到溶解氧限制。因此应提高床体溶解氧水平，满足有机污染物的降解需求。除了好氧降解外，有机污染物在人工湿地的缺氧和厌氧区域被去除主要通过厌氧降解实现。有机污染物厌氧降解是个多步反应，反应涉及一些专门厌氧自养细菌[3]。有机污染物厌氧降解发生较多的是发酵反应，发酵第一阶段主要产物包括脂肪酸如乙酸，丁酸，乳酸，乙醇及CO2和H2等[4]。发酵产物形成后，一些硫化细菌和产甲烷菌利用这些发酵终端产物进一步发生反应。厌氧自养细菌主要包括产酸菌和产甲烷菌。两人工湿地去污机理及其国内外应用现状汤显强1，黄岁樑2(南开大学环境科学与工程学院，天津300071)摘要:人工湿地中,不同污染物的去除机理不同,其去污影响因素也不同,有机污染物的去除影响因素主要是溶解氧水平,氮的去除影响因素主要包括植物,溶解氧水平,水力停留时间及污染负荷等,磷的去除影响因素主要是填料理化性质和植物。在应用方面,人工湿地在国内外一般用于处理生活污水,工业废水及农业点源污染等,但目前更趋向用于治理富营养化水体和水资源保护。本文在分析人工湿地影响因素和应用现状后,提出进一步提高污染物去除效果的设想。关键词:人工湿地;有机污染物;氮;磷中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1000-3770(2007)02-009-05收稿件日期：2006-03-13基金项目：国家自然科学基金（50479034）、天津市社会发展科技计划重点项目(05YFSZSF02100)教育部留学归国服务人员启动基金和南开大学“引进人才科研启动项目”资助作者简介：汤显强（1981-），男，硕士研究生，主要从事水污染控制研究；联系电话：022-23503423；E-mail：tangxianqiang@nankai.edu.cn联系作者：黄岁樑，教授，博士生导师；联系电话：022-23503423；E-mail：slhuang@nankai.edu.cn。第33卷第2期2007年2月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.33No.2Feb.,20079类细菌在有机污染物降解和碳循环中具有重要意义，产酸菌适应性较强，产甲烷菌对酸碱度较敏感，比较适宜的pH值范围是6.5～7.5[5]。厌氧发酵过程中，产酸菌比较活跃时，产生的酸性产物导致pH迅速下降，抑制产甲烷菌活性并产生带气味的有机污染物，使卫生状况变坏。尽管厌氧降解速率比好氧降解小，有机污染物降解以好氧降解为主[3]，但当湿地处理有机负荷较高的污水且溶解氧供给不足时，厌氧降解起主导作用。1.2氮素的去除及影响因素氮素去除是一个复杂的生物化学过程，涉及不同类型氮素间相互转化（图1），这种转化在植物、微生物、填料间完成。植物在氮素去除过程中，不仅直接将氮素作为营养物质吸收入组织，还利用根区为硝化和反硝化提供适宜环境。植物除氮在氮素总去除中占多大比例，不同研究者给出不同研究结果，垂直流湿地实验得出植物贡献大约50%总氮去除[6]；Koottate等[7]在水力停留时间为5d时观察表面流人工湿地的氮去除情况，结果植物作用也很明显，去除了总氮的43%。需要指出的是，百分去除率不能反映湿地系统的真实去污能力，当系统去污稳定后，百分