人工湿地净化污水机理研究进展

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第 D 卷 总第 8I 期・南水北调与水利科技・844I 年第 H 期M （!） 垂直流湿地 （ "#$%&’() *)+, -#%)(./0， 缩写为 "*- ） 。 水流综合了 1*- 和 11*- 的特点， 虽然投资较高， 但因其表 面水力负荷大， 能节约用地等优点越来越受到青睐。 在国外， 运用人工湿地处理污水可追朔到 234! 年， 建在 英国约克郡 5($67 的被认作世界上第一处用于处理污水的人 工湿地连续运行直到 2338 年， 而人工湿地生态系统在世界 各地逐渐受到重视并被运用， 还是在 84 世纪 94 年代德国学 者 :&’;<%; 提出根区法 （ =;# >++%?@+.#?A#%;+/） 理论之后开始
［ 8?! ］ 的 。虽然人工湿地技术提出于 84 世纪 94 年代， 但在 B4
铵态氮十分稳定， 能被床体基质所吸附， 但基质不是湿地脱 氮的主要途径。而对磷的去除， 有研究表明， 加入系统中的 磷主要存留在土壤中， 土壤颗粒对磷酸盐的吸收是一个重要
［H］ 的转换过程， 对磷的去除途径研究发现 ， 基质吸附与沉淀
! E $" 微生物处理机理
大多数的污水处理过程不是好氧的就是厌氧的。但在 湿地处理系统中这两种处理过程是并存而且紧密相邻。污 水好氧所需的氧气， 主要是通过植物的光合作用、 植物根系 对氧的传递和释放、 进水中挟带的氧及水面的更新作用而获 得， 并在植物根系周围形成一个环状的好氧区域。在这一区 域的化学和生物变化都是好氧反应。离根部较远处， 由于生 化好氧反应使该区域的氧气浓度减少以至为零。于是这一 根部外围区域的化学和生物变化就变为厌氧反应， 这些耗氧 和厌 氧 区 域 彼 此 间 隔。 富 氧 区 的 半 径 由 氧 气 的 需 求 量 （ JKL） 决定。当含 JKL 高的污水流经时， 富氧区半径减小 以满足需氧量， 相反， 当含 JKL 低的污水流经时， 富氧区半径 增大。 好氧和厌氧微生物的比例随着污水质量、 承载率、 植被 床和根部的高度变化而变化。好养和厌氧微生物可以将污 水中的污染物甚至有机物质完全矿化。植物根区微生物是 湿地降解有机污染物的主要生力军， 人工湿地中微生物的活 动是废水中有机物降解的主要机制。水生植物通过通气组 织的运输， 将氧气输送到根区， 从而形成了根表面及附近区 域的氧化状态。在这区域废水中的大部分有机物质被好氧 微生物分解成为二氧化碳和水， 有机氮化物等则被硝化细菌 硝化。而在湿地的还原状态区域， 则是有机物被厌氧细菌分 解发酵。至于金属元素， 植物根区好氧微生物的活动有利于
［B］ 硝化作用， 可以加强湿地对重金属的吸附和富集作用 。
!" 人工湿地处理生活污水净化的机理
人工基质、 水生植物和微生物是人工湿地的主要组成部 分。多年的研究表明， 人工湿地能够利用基质—微生物—植 物这个复合生态系统的物理、 化学和生物三重协调作用， 通 过过滤、 吸附、 共沉、 离子交换、 植物吸收和微生物分解来实 现对废水的高效净化， 同时通过营养物质和水分的生物地球 化学循环， 促进绿色植物生长并使其增产， 实现废水的资源 化与无害化。 目前我国城市污水的处理排放量仅为排放总量的 24C 左右
收稿日期： $%%&-%A-$’" " 修回日期： $%%&-%B-%A 基金项目： 北京市教育委员会科技发展计划面上项目 （ CD$%%#’%%$A%%B ） 资助 作者简介： 耿琦鹏 （ ’BEE-） ， 男， 首都师范大学硕士研究生， 主要从事水环境污染控制与管理方面的研究。
万方数据
环 境 水 利
<; 人工湿地定义及其国内外发展现状
国际公认的湿地定义是 《 湿地公约》 的定义： 不问其为天 然或人工， 长久或暂时性的沼泽地、 泥炭地或水域地带， 静止 或流动， 淡水、 半咸水、 咸水体， 包括低潮时水深不超过 & O 的水域。人工湿地是人工建造和监督控制的与沼泽类似的 地面， 人工湿地技术是仿真的湿地系统， 对生活污水的处理 综合了自然湿地生态系统中的物理、 化学、 生物三种协调作 用。人工湿地系统是在一定的长宽比和地面有坡度的洼地
作用去除的总磷量高达系统投配总磷量的 B4C 以上， 是除磷 的主要途径， 而通过植物吸收去除的磷总量仅占投配总磷量 的 24C 以下。人工基质的作用在某种程度上是在作为一个 “磷缓冲器” 来调节水中磷的浓度， 那些吸附磷最少的土壤最 容易释放磷。此外， 土壤 （ 5;） 还会通过影响植物或微生物生
［D］
， 在污水的有机物去除、 脱氮、 除磷以及微污染水源水
的预处理过程中有着较好的质
人工湿地中的基质又称填料、 滤料， 一般由土壤细沙、 粗 沙、 砾石、 碎瓦片或灰渣等构成。基质是湿地植物和微生物 赖以生存的基础。国内外都选择透水性较好的基质， 这些机 制一方面为微生物的生长提供稳定的依附表面， 同时也为水 生植物提供了载体和营养物质， 是提供湿地化学反应的主要 界面之一。当污水流经人工湿地时， 基质通过一些物理的和 化学的途径 （ 主要由吸收、 吸附、 离子交换、 络合反应等） 来净 化除去污水中不溶性的颗粒物， 还能与其他湿地成分共同去 除污水中的氮、 磷等营养物质， FG 值在其中也起到十分重要 的作用。 土壤是湿地的基质和载体， 它为了人工湿地提供了良好 的微生物生存场所， 同时对氮磷的去除也起到了很大作用。 其去污过程来自离子交换、 专性与非专性吸附、 螯合作用、 沉 降反应等。基质对氮的去除， 在湿地开始运行初期， 有一定 的吸附能力， 基质主要是对还原态的铵态氮而言的， 还原态
如果装置高 JKL 的污水， 根部区域就会变成完全厌氧， 引起植物根部问题。如果植物根部的氧气吸收不够， 整个植 物性能会改变， 引起一系列问题， 如害虫大量繁殖， 茎和叶子 枯黄， 内部组织死亡最终引起植物死亡。根部区域是一个复 杂多变的微生态系统， 那里的无机化学反应， 根系呼吸， 有机 微生物转化都与污水处理的最终出水质量相关。当系统平 衡时， 出水质量就会比较好。 运作的核心是对好氧区域的尺寸和数量的管理。当植物 密、 根系深时， 氧化作用最大。如果污水量少， 好氧处理过程占 主导地位。这种情况的影响是脱氮作用、 某些金属如铅的活 跃程度的减弱， 和有机物质 （如， 石油、 杀虫剂和其他有机环状 分子） 处理作用的减小。如果植物稀疏、 根系浅， 厌氧反应占 主导地位。被还原的金属在这种条件下就活跃起来，JKL 在 出水中的含量也升高。通过回收处理后的出水 （ 如稀释进 水） 、 选择不同的植物或充分利用植被床， 处理过程中的好氧 或厌氧反应会得到合理利用。多个植被床的同时承载和系列
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人工湿地净化污水机理研究进展
耿琦鹏’ ， 洪剑明$
（ ’? 首都师范大学资源环境与旅游学院， 北京 ’%%%FE ； $? 首都师范大学生命科学学院， 北京 ’%%%FE ）
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摘要： 人工湿地是一种新型的污水处理技术， 它具有处理效率高、 效果好、 投入少、 维持费用低等特点。重点阐述人工 湿地净化污水的机理， 提出了人工湿地技术未来的研究方向， 并对其应用前景进行了展望。 关键词： 人工湿地； 污水处理； 净化机理； 基质 中图分类号： G#%’" " 文献标识码： H" " 文章编号： ’&E$-’&AF （ $%%& ） %#-%%!F-%F