人工湿地在污水处理中的应用及展望_郑方超

44NORTHERNENVIRONMENT北方环境第23卷第11期2011年11月人工湿地是人工模拟自然湿地，创造的一个适宜水生植物或湿生植物生长的人工生态系统。该系统中的生物种类多种多样，并处于人为控制状态，综合处理废水的能力受到人工设计控制，故控制效果大大超过了自然湿地。一般认为人工湿地处理污水是物理、化学和生物的共同作用。研究结果显示人工湿地在处理污水时有着较好的净化效果，BOD、COD、SS、TN和TP的去除率分别可达到85-95%、大于80%、大于90%、大于60%和大于90%。1有机物的去除及影响因素人工湿地在处理污水中的有机物时，有着比较好的效果。不溶性的有机物主要通过物理方法去除，比如：通过人工湿地的沉淀、过滤等作用将污水中的有机物截留，被微生物加以利用。而可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸收、吸附和微生物的好氧和厌氧代谢过程被去除。此外，污染物中的有机物最终会被异氧微生物转化为微生物细胞、CO2和H2O。有研究表明湿地入流中好氧细菌占多数，出流中厌氧细菌占多数。有机污染物含量和溶解氧供应量是决定有机物去除效果的决定性因素。当有机污染物充足时，溶解氧含量决定去除效果，此时溶解氧缺乏会大大降低有机污染物的去除率；当溶解氧充足时，有机污染物的供应又制约了好氧降解。杨新萍等[2]研究发现，人工湿地对有机物的去除率（以高锰酸盐指数表征）总是沿程增加。湿地对有机物的去除特性受环境温度、植物长势、运行时间影响明显。人工湿地处理有机物的影响因素还有pH值等，通常比较适宜的pH值范围是6.5-7.5。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。但当湿地处理有机负荷较高的污水且溶解氧供给不足时，厌氧降解起到主导作用。2氮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，这种转化在植物、微生物、填料间完成。人工湿地去除氮主要通过微生物的硝化和反硝化作用。可通过基质的吸附、过滤、挥发。污水中的NH4-N和NO3-N可作为植物所需的营养元素被人工湿地中的植物吸收，合成植物蛋白，最后通过植物被收割而去除。有研究表明，这一部分的氮仅占总氮量的8%-16%，人工湿地处理污水，反硝化和植物吸收对TN的去除率分别达到60%-70%和20%-30%。氨氮在好氧条件下被转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮；崔桂阳等[5]研究发现，湿地床体中硝酸盐浓度取决于可利用溶解氧及氨氮浓度，硝化速率在0.01-0.161g/m2·d，比氨氧化速率0.004-0.357g/m2·d低。说明氨硝化受氨氮浓度限制。湿地中的大型植物根系上附着生物膜，有着好氧、厌氧和缺氧的区域，因为处于饱和状态的基质中生长的水生植物，可以增加湿地基质的透气性，同时湿地植物能将空气传输到其根部。由于扩散作用，空气又在植物根须部位形成较薄的好氧区，发生硝化反应。对于扩散不到的地方，则形成厌氧区，发生反硝化反应。人工湿地去除氮的影响因素有①pH值：酶的活性与pH值密切相关。因此，微生物的生命活动必须在一定的pH范围内才能进行。硝化最合适pH值为7.5～8.6，反硝化最合适pH值为7.0～8.0。②季节性温度变化。③水力停留时间。④碳源的供给以及填料结构。3磷的去除及影响因素人工湿地去除磷，主要通过植物的吸收、微生物的积累同化和土壤和填料吸附来完成，填料吸附滞留是磷去除的主要途径。污水中的无机磷可以被水生植物吸收并同化为自身的有机成分，通过收割水生植物将磷从系统中除去；微生物对磷的积累，磷细菌能将有机磷和溶解性较差的磷转化为溶解性的无机磷，从而利于植物的吸收。王全金等在研究复合垂直流人工湿地除磷正交试验时，对流程对除磷效果影响的分析得：流程越长，基质对磷的吸附和化学沉淀越有利，除磷效果越好；对水力负荷对除磷效果的影响分析得：采用较高的水力负荷也能达到较高的TP去除率，同时可减小湿地系统的设计面积，降低工程的成本；对pH除磷效果的影响分析得：碱性环境更加有利于除磷；对COD对除磷效果影响分析得：COD对除磷有一定的影响，但COD的增加对除磷效果的影响不显著。4重金属离子的去除及影响因素人工湿地去除重金属离子主要通过：植物的吸收、微生物的转化，植物对重金属的去除作用分为植物表面快速吸附和生物质中缓慢的沉积和迁移两个过程。植物吸收溶解态的重金属并将其人工湿地在污水处理中的应用及展望郑方超，崔婷，刘智峰（陕西理工学院化学与环境科学学院，汉中723001）摘要：本文综述了人工湿地去除有机物、氮、磷和重金属的影响因素，同时对人工湿地处理污水的前景进行了展望。关键词：人工湿地；影响因素；展望中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1007-0370（2011）11-0044-01TheApplicationandProspectsofConstructedWetlan