人工湿地的磷去除机理_卢少勇

生态环境2006,15(2):391-396http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentE-mail:editor@jeesci.com基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（2002CB412302）；国家重大科技专项（K99-05-35-02）作者简介：卢少勇（1976－），男，助理研究员，博士，研究方向为水污染治理与生态修复。Tel:+86-10-13621168562；E-mail:lusy@craes.org.cn收稿日期：2005-11-06人工湿地的磷去除机理卢少勇1,2，金相灿1，余刚21.中国环境科学研究院湖泊环境研究中心//国家环境保护湖泊污染控制重点实验室，北京100012；2.清华大学环境科学与工程系，北京100084摘要：人类生产和生活所产生的磷负荷导致了全中国范围湖泊的富营养化，控制此磷负荷的廉价而有效的具有非常广阔的应用前景技术是人工湿地技术。人工湿地中的磷的存在形态主要有有机磷（生物态和非生物态的）、磷酸、可溶性磷酸盐和不溶性磷酸盐。文章总结了人工湿地中的磷去除机理，在防渗人工湿地系统中，主要的磷去除机理包括化学作用（如沉淀作用和吸附作用）；生物作用（如植物吸收作用和微生物吸收与积累作用）和物理作用（如沉积作用）。在未防渗的人工湿地系统中，湿地系统和周围水体（如地下水）的交换量对湿地的磷去除有重要的影响。通常情况下，物理作用和化学作用是人工湿地中最主要的磷去除途径。人工湿地中微生物对磷的去除作用的大小和其所处环境中的氧状态密切相关，植物吸收对磷的去除作用的大小和收割频率与时期、进水负荷、植物物种和气候条件等有关。关键词：人工湿地；磷；去除机理中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1672-2175（2006）02-0391-06人类生产和生活所产生的磷负荷导致了全中国范围湖泊的富营养化，控制此磷负荷的廉价而有效的具有非常广阔的应用前景技术是人工湿地技术。人工湿地是20世纪70年代开始发展起来的污水处理工艺[1]，自1974年在西德首次建立人工湿地工程（处理城市污水）以来，人工湿地在污水处理领域和水资源保护中得到了大量的应用。人工湿地是独特的土壤-植物-微生物生态系统。人工湿地处理系统人为地将污水投配到常处于浸没状态且生长有水生植物(如芦苇、香蒲和茭草等)的土地上，沿一定方向流动的污水在耐水植物、土壤和微生物等的协同作用下得到净化[2]4-5。由于人工湿地具有氮和磷去除效果好、投资低、运行费用省、耐冲击负荷能力强、维护管理简便和生态景观性能好等一系列优点，因此在资金不富裕但有富余可用地的村镇以及城市污水二级处理厂的深度处理中具有广阔的应用前景[2]179-183,[3,4]。磷是湖泊等水体富营养化的重要因素乃至限制因素，探明用于去除污水中磷的人工湿地系统中的磷去除机理具有重要的意义。1人工湿地的磷去除机理湿地系统去除来水中磷的机理主要为物理、化学和生物作用[5-12]，详见表1。磷在污水中常以磷酸盐（PO43-、HPO43-、H2PO4-）、聚磷酸盐和有机磷存在。磷是植物生长所必需的元素，污水中的无机磷被植物的吸收和同化而合成ATP等，通过收割而被带出系统。生物氧化将绝大多数磷转化为磷酸盐。生物同化无机磷或微生物分解有机磷时，磷的价态不变。低氧化态磷热力学不稳定（即使在高还原性的湿地土壤中也易被氧化为PO43-），土壤磷以+5价(氧化态)为主。土壤中膦化氢(气态磷)极少[5,13]。湿地土柱（soilcolumn）中的磷几乎都是结合态磷（boundP）、无机磷和有机磷[14]。图1（下页）为湿地系统中的磷形态转化图。防渗湿地系统中，进水磷的分配途径有出水、植物吸收、微生物的吸收和积累以及沉积吸附沉淀。未防渗湿地系统中，还要考虑湿地与周围水体交换的磷量，如图1中所示的过程⑥，下文中所提及的湿地均指防渗湿地。降水带入的磷的质量浓度一般很低。通常情况下，沉积、吸附、沉淀和微生物的吸收和积累是湿地中最主要的磷去向。另外，在湿地系统中，由于植物土壤蒸发蒸腾作用导致湿地中部分水分损失，而降水导致湿地水量增加，湿地与周围水体存在水量交换，因此进水量可能与出水量差别较表1湿地中的磷去除机理Table1Phosphorusremovalmechanismsinwetland机理备注物理沉积固体重力沉淀沉淀不溶物的形成或共沉淀化学吸附吸附在基质或植物表面植物吸收适宜条件下植物摄取量较显著生物微生物吸收与积累微生物吸收量取决于其生长所需，积累量和环境中的氧状态有关DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2006.02.040392生态环境第15卷第2期（2006年3月）大，在分析湿地的磷去除时要考虑水量平衡[15]。1.1沉积湿地的磷沉积作用是指进水中的可