人工湿地废水生态处理系统的作用机制_籍国东
人工湿地技术在污水处理中的运用
人工湿地技术在污水处理中的运用人工湿地技术是指利用植物和微生物等生物体对水体进行净化处理的技术。
人工湿地技术既可以改善水质，也可以提高水体的景观效益，使得水质净化和园林美化两者合二为一，逐渐被应用于城市污水处理系统。
本文将从人工湿地技术的原理、运用以及优缺点等方面展开阐述。
一、人工湿地技术的原理人工湿地技术是模拟自然湿地生态系统，通过植物、微生物和土壤等生物及非生物因素的协同作用，对污水进行净化处理的一种技术。
人工湿地分为水生湿地和陆生湿地两种类型，其中水生湿地指植物生长在稳定的水中，陆生湿地指植物在浸渍状态下生长。
水生湿地和陆生湿地的工作原理可分别概括为水文、植物生理、微生物和土壤等多种过程。
1. 水文过程：水文过程主要包括水体对污染物的吸附、沉淀、稀释和扩散等物理化学过程。
水生湿地通过水体的水动力和地形结构，以及多孔的植物和根系对污水进行过滤和吸附，从而降低水体中的污染物负荷。
陆生湿地则通过土壤的渗透和微生物的降解作用，对污水中的有机物质和微生物进行分解和降解。
2. 植物生理过程：植物在人工湿地中扮演着重要的角色，它们通过吸取和吸附水体中的营养物质和污染物，使水体中的营养盐和有机物质得到降解和稀释。
在水生湿地中，植物的根系和多孔茎叶等结构本身具有过滤和吸附的功能，能够去除水体中的悬浮颗粒和生物膜等污染物。
在陆生湿地中，植物的根系和地下茎等结构则可以促进土壤微生物的生长和代谢，从而实现污水的降解和净化。
3. 微生物和土壤过程：微生物在人工湿地中起着关键的作用，它们通过降解和分解有机物质，使污水中的有机物质得到降解和稀释。
土壤则为微生物提供了生长和代谢的场所，同时也具有吸附和沉淀污染物质的作用，从而净化水体。
人工湿地技术在污水处理中的应用可以分为城市污水处理和工业污水处理两类。
在城市污水处理中，人工湿地技术主要应用于城市污水处理厂的后处理系统或者进行雨水径流的净化处理。
在工业污水处理中，人工湿地技术主要应用于一些小型工业企业的废水处理或者一些特殊行业的废水处理。
污水处理对湿地生态系统的保护与恢复
污水处理对湿地生态系统的保护与恢复湿地是地球上一种特殊的生态系统，具有丰富的生物多样性和生态功能。
然而，随着城市化的不断推进和人类活动的加剧，湿地受到了严重的破坏和威胁。
为了保护和恢复湿地生态系统，污水处理起到了至关重要的作用。
本文将探讨污水处理对湿地生态系统的保护与恢复的重要性，以及具体的作用机制和效果。
一、污水处理的作用机制污水处理通过一系列工艺和方法，将废水中的有机物、悬浮物、重金属等有害物质去除或降低到安全标准以下的水平，从而减少对环境的污染。
在湿地生态系统中，污水处理起到了以下几个重要的作用机制：1. 去除有机物负荷污水中富含大量的有机物质，如果直接排放到湿地中，会导致湿地水质恶化，水生生物无法生存。
而经过污水处理，可以有效去除或降解废水中的有机物负荷，减轻湿地的污染负荷，保持湿地水质的良好状态。
2. 降低重金属含量污水中含有的重金属元素对湿地生态系统有毒性影响，会积累在生物体内并最终进入食物链。
经过污水处理，可以通过沉淀、吸附等技术将废水中的重金属含量降低到安全标准以下的水平，减少对湿地生态系统的危害。
3. 净化水质湿地是自然的水体净化器，具有很强的自净能力。
然而，由于人类活动的影响，湿地受到了各种废水的污染。
通过污水处理，可以有效净化废水中的悬浮物、细菌、病毒等有害物质，提高湿地水质的净化效果。
二、污水处理的重要性湿地生态系统对于维持地球生态平衡和人类福祉具有重要意义。
然而，由于人类活动的干扰和污染，湿地正面临着严重的破坏和退化。
污水处理在湿地保护与恢复中发挥着不可或缺的作用，具有以下重要性：1. 保护生物多样性湿地是许多珍稀濒危生物的栖息地，也是候鸟迁徙的驿站。
然而，由于水污染和湿地退化，生物多样性正受到威胁。
通过进行污水处理，可以减少湿地受到的污染负荷，维持湿地生态系统的完整性和稳定性，保护珍稀濒危物种的生存环境。
2. 维持水循环湿地具有一定的水文功能，可以调节地下水位、净化水质、保持水体稳定等。
人工湿地去除污染物机理
人工湿地去除污染物机理人工湿地是由基质、水体、水生植物、好氧或厌氧微生物种群、水生动物组成的复杂生态系统。
人工湿地主要由植物、基质、微生物与自然生态系统，通过物理、化学和生物反应三重协同作用来处理污水，从而达到污水净化的目的。
植物作为人工湿地系统的重要组成部分，在废水处理过程中有非常重要的作用。
一方面，植物可以直接吸收、利用废水中的有机物，供其自身的生长发育，吸收并积累离子态的重金属，使得废水中各种污染物浓度降低;另一方面，植物的合理配置还具有一定的生态美学与经济价值。
在人工湿地净化污水的过程中，植物的作用可以归纳为3个方面：直接吸收、利用污水中的营养物质，吸附和富集重金属和一些有毒、有害物质;为根区好氧微生物输送氧气;增强和维持介质的水力传输。
中国水体重金属污染问题十分注重，传统的处置方法成本较低且适用范围非常有限，因此，人工湿地做为一种生态型、低成本的环境治理方式获得长足发展，特别就是对于垃圾渗滤液净化、工业废水的深度处置、重金属矿山复原废水的攻击、净化等存有十足优势。
1人工湿地处理含重金属废水的现状人工湿地最初就是用以处置城市生活污水或二级污水处理厂的水，如今应用领域人工湿地处置不含重金属的特种废水的研究也日益激增。
在国外，应用人工湿地处理含重金属的废水已有大量研究和较多的实例。
例如，位于美国萨凡纳河场地的人工湿地于年开始运行，该人工湿地面积约km2，被用来处理工艺技术设施废水中的铜污染，进出水中的铜质量浓度分别为31μg/land9μg/l，该人工湿地对废水中铜的去除率高达70.9%[10]。
在实验室中，建立人工湿地模型种植黄泽(limnocharisflava)，用以处理垃圾渗滤液中的重金属fe和mn，将垃圾渗滤液稀释至原来浓度的25%后，以0.m3/d的流量，停留时间24.1h和9h的条件下，铁和锰的`去除效率分别为99.2%～91.5%和99.8%～94.7%。
在接纳马来西亚西海岸炼油厂污水的潟湖中，种植了大面积水葫芦(eichhorniacrassipes)，用以处理油脂、酚类、硫化物和重金属，结果表明，其对cd、cu、pb、ni、zn、as、hg和cr(iii)的处理效果都十分理想。
人工湿地处理系统
1、前言目前，我国污水处理工艺几乎全部采用化学工艺，这样处理有一定的弊端，如：原料成本大，容易造成二次污染；污染废弃物还要经过深度处理等。
近年来，环境科学研究在迅速发展，各种水污染处理的方法层出不穷，其中生态处理技术——人工湿地技术由于基建投资低、运行费用省(仅为传统二级污水处理厂的1/10----1/2)，出水水质好，抗冲击力强，氨氮去除率高，操作简单，维护方便，同时可使污水处理与环境生态建设有机结合，在处理污水同时创造城市生态景观等特点逐步被越来越多的国家接受，并广泛应用。
目前，在美国约有600多座人工湿地系统用于处理市政、工业和农业废水；在丹麦、德国、英国每个国家也都至少有200个地下潜流湿地系在运行；新西兰也有80多个人工湿地系统被投入使用。
2、人工湿地的定义用人工湿地（constructed wetland,CW）来处理城市污水是20世纪70~80年代发展起来的生态处理法，是由人工建造的具有自然湿地系统综合降解和净化功能且可人为控制的集物理、化学、生化反应于一体的废水处理系统。
人工湿地的工艺原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的共同作用来实现对污水的净化。
这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合组成填料床，污染水可以在床体的填料缝隙中曲折流动，或在床体表面流动。
在不同材质、不同粒径配比的基质填料上种植特定的处理性能好、成活率高的净水植物，形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理，从而成为人工建造的、可控制的、工程化的湿地生态系统。
当污水通过湿地系统时，其中的污染物质通过沉积、过滤、吸附和分解等作用得到净化。
同时，人工湿地中的植物除了增加湿地基质的透水性，还能与周围环境的原生动物、微生物等形成各种小环境，通过氧的传递，形成特殊的根际微生态环境，这一微生态环境具有很强的净化废水的能力。
研究表明，城市污水在3~5 h 内流过200 hm2 以上的沼泽湿地后，硝酸盐即可减少63%，磷减少57%。
简析人工湿地污水处理技术
简析人工湿地污水处理技术人工湿地是在模拟自然湿地的基础上建立起来的人工生态系统，由人类自行建造和监管控制。
人工湿地污水处理技术是在20世纪70年代发展起来的一种特色净污技术，综合运用生物、化学、物理原理来实现对污水的处理和净化，与传统的二级生化处理工艺相比，不仅净污效果好、工艺设备简单、维护费用低廉、系统配置可塑性强，而且净化之后的水源具有一定的生物安全性，因此，社会效益和生态效益显著。
随着近年来人工湿地污水处理技术在我国的应用研究，促成了许多城市都开始建造本地区的人工湿地工程，并取得了良好的经济效益和生态效益，其发展前景也更加广阔。
1 人工湿地污水处理技术概述1.1 人工湿地污水处理机制早在1953年，德国的凯撒博士就在研究中证实芦苇能够有效清洁水中的有机质和无机物，并由此开发出了植物过滤系统。
1977年“根区法”理论的提出，标志着人工湿地污水处理技术的初步萌芽形成，在此后的几十年里，人工湿地污水处理技术得到不断的完善和发展，并在西方国家得到广泛的应用。
人工湿地由人工基质作为填料，和水生植物组成一个生态系统，利用该系统中基质、水生植物、微生物之间的相互作用，借助基质的过滤、沉淀、吸附、离子交换、微生物分解等化学、生物、物理原理实现对污水的高度净化。
1.2 人工湿地污水处理系统的基本类型根据工程设计原理和水体流动差异，可以将人工湿地污水处理系统分为水平潜流湿地系统、表面流湿地系统、垂直流湿地系统三种类型。
其中，水平潜流湿地系统的保湿性良好，对一些重金属和有机物能够起到良好的去除效果，而且不易受自然环境的影响。
表面流湿地系统不需要人工基质作为填料，工程造价较低，但是对水的负荷力较低，净污能力有限。
垂直流湿地系统很好地综合了两者的优势，但是由于工程造价高，其应用范围受到限制，并没有在大范围内得到推广使用。
2 人工湿地污水处理技术的应用优势与不足2.1 人工湿地污水处理技术的应用优势人工湿地污水处理技术与传统的二级生化处理工艺相比，其应用优势主要体现在以下四个方面：（1）人工湿地污水处理系统的工程建造成本低廉，设备维护也比较简单，其建设成本和运营成本是普通污水处理厂的10%甚至更多，因而大面积的推广使用可以取得可观的经济效益；（2）人工湿地污水处理系统主要由人工基质和水生植物组成，人工基质的选择空间较大，土壤、细沙、石灰石、砾石等都可以作为填料，填料组成不同，基质的净污能力也不同，因此，可以根据污染物的种类和性质选择合适的填料组合，有针对性地处理污水。
人工湿地净化机理
人工湿地净化机理一、人工湿地概述人工湿地是一种利用湿地生态系统的生物、物理和化学作用，通过人工构建而成的一种处理污染水体的技术。
它是模拟自然湿地而建造的，具有高效、经济、环保等特点，被广泛应用于城市污水处理、农业排放治理、生态修复等领域。
二、人工湿地净化机理1. 生物作用人工湿地中最重要的净化机理就是生物作用。
在水体通过植物根系和底泥中时，有大量微生物附着在根系和底泥表面上，这些微生物能够分解有机质和氮磷等营养盐，将其转化为无机盐和气体释放出来。
同时，植物根系也能吸收营养盐，促进细菌附着和代谢。
这样就能够有效去除水中的营养盐和有机质。
2. 物理作用人工湿地还能够通过物理作用去除污染物。
例如，在过滤层中设置了多种不同粒径大小的填料材料，可以形成多级过滤层，在水流通过过滤层时，能够去除悬浮物和颗粒物。
同时，人工湿地中的植物根系和底泥也能够吸附和拦截污染物，例如重金属、油脂等。
3. 化学作用人工湿地中的化学作用主要是指氧化还原反应。
在缺氧条件下，还原态的铁、锰等离子能够与污染物发生氧化反应，使其转化为较为稳定的无害物质。
同时，在人工湿地中添加一些化学剂，例如硫酸铁等，也能够有效去除水体中的磷。
三、人工湿地的分类1. 表面流式人工湿地：即水从上到下流动的人工湿地。
这种类型的人工湿地适用于处理低浓度污染水体。
2. 底部流式人工湿地：即水从下到上流动的人工湿地。
这种类型的人工湿地适用于处理高浓度污染水体。
3. 侧向流式人工湿地：即水从侧面进入，在填料层内进行处理后再排出。
这种类型的人工湿地适用于处理高浓度污染水体。
四、人工湿地的应用1. 城市污水处理：人工湿地可以作为城市污水处理的一种技术手段，通过生物、物理和化学作用去除污染物，使得污水达到排放标准。
2. 农业排放治理：农业生产中的养殖废水和农药残留等都会对周围环境造成污染，利用人工湿地技术能够有效去除这些污染物。
3. 生态修复：在城市化进程中，许多湿地被填埋或者破坏。
人工湿地处理污水
人工湿地处理污水人工湿地处理污水=================人工湿地是一种利用湿地植被及土壤来处理污水的技术。
它模拟了自然湿地的生态过程，通过植物的生长和微生物的作用来去除污水中的有机物、营养物和重金属等污染物。
与传统的化学、物理方法相比，人工湿地具有成本低、运行维护方便等优点，逐渐成为污水处理的一种新选择。
在人工湿地中，湿地植被是起主要作用的因素之一。
不同类型的湿地植被有不同的特性和适应能力，可以根据不同的需求来选择适合的湿地植被。
常见的湿地植物有芦苇、香蒲、菖蒲等。
这些植物具有较强的吸附能力和生物降解能力，能够有效地去除污水中的有机物和营养物。
，人工湿地的土壤也起到了重要的作用。
湿地土壤具有良好的通气性和保水性，能够为湿地植物的生长提供良好的环境条件。
湿地土壤中富含的微生物也能够对污水中的有机物进行降解，进一步提高湿地的处理效果。
人工湿地的处理过程主要包括了生物吸附、生物降解和物理过滤等环节。
在人工湿地中，污水被引入到湿地系统中，通过湿地植物的根系以及湿地土壤中的微生物，对污水中的有机物进行吸附和降解。
随着污水的流动，其中的固体颗粒和悬浮物也会受到湿地土壤的过滤作用，从而被去除。
最终，经过人工湿地的处理，污水中的有机物、营养物和重金属等污染物得到了有效地去除，出水质量得到了改善。
人工湿地处理污水的优点不仅在于其处理效果好，还在于其成本相对较低。
与传统的化学、物理方法相比，人工湿地不需要大量的设备和化学药剂，能够大大降低运行维护的成本。
人工湿地还能够提供生态服务，提高环境的整体质量。
湿地植被的生长为动物提供了栖息地，也为人们提供了休闲和观赏的场所。
，人工湿地的应用还存在一些挑战和问题。
人工湿地的处理效果会受到气候、植被、土壤质量等因素的影响。
在设计和运行人工湿地时，需要充分考虑实际情况，选择适合的技术和植物。
人工湿地的面积和处理能力也会受到限制，对于大规模的污水处理，可能需要建设更多的湿地单元。
人工湿地的原理
人工湿地的原理
人工湿地是模拟自然湿地环境建设的人工生态系统，通过人工构建湖泊、河流或池塘等水体环境，利用湿地植物和微生物的作用处理和改善废水的水质。
其原理主要包括以下几个方面：
1. 植物吸收和降解污染物：在人工湿地中种植具有吸收和降解能力的湿地植物，如芦苇、菖蒲、香蒲等。
这些植物通过根系吸收废水中的污染物，并将其转化为植物生长所需的营养物质，如氮、磷等。
同时，湿地植物还通过释放氧气促进水中有机物的降解，改善水体的氧气含量。
2. 微生物降解污染物：湿地植物的根系及湿地底泥中富集了大量生物菌群，包括细菌、真菌等。
这些微生物通过降解废水中的有机物，将其分解为氨、硝酸盐等无害物质。
同时，微生物的降解作用还能去除废水中的重金属等有害物质。
3. 物理过滤：通过湿地中植物的生长、水流的缓慢流动以及湿地底泥的吸附作用，废水中的颗粒物质、悬浮物、泥沙等可以被物理过滤和拦截，从而使水体变得清澈透明。
4. 湿地水体循环：湿地系统中通常设有进水口和出水口，通过调控水流的流速和流向，使废水在湿地中经过多次循环处理，增加了废水与湿地植物、微生物的接触次数，提高了废水的处理效果。
综上所述，人工湿地主要通过湿地植物和微生物的吸收、降解和过滤作用，以及水体循环来达到污水处理的目的。
在人工湿
地的处理过程中，污水的有机物、氨氮、硝酸盐等污染物可以得到有效去除，同时还能改善水体的氧气含量、悬浮物和泥沙的沉淀，使废水得到净化和自然恢复。
人工湿地处理污水的机理与效率
人工湿地处理污水的机理与效率人工湿地处理污水的机理与效率第一章引言近年来，随着城市化进程的加快和人口的快速增长，污水处理成为了一项重要的环保工作。
传统的污水处理方法往往需要大量的资金和土地资源，且对于一些偏远地区难以实施。
而人工湿地由于其低成本、高效率和可持续的优点，成为了一种备受关注的污水处理技术。
本章旨在介绍人工湿地处理污水的机理与效率。
第二章人工湿地的分类和机理2.1 人工湿地的分类根据水体的流通方式，人工湿地可以分为流入式人工湿地和流出式人工湿地。
流入式人工湿地一般将生活污水通过管道引入湿地，然后通过植物和微生物的共同作用进行处理，最后流出。
流出式人工湿地则是将污水从上游引入湿地，经过处理后再流出湿地。
此外，根据湿地表面特点的不同，人工湿地还可以分为浅水湿地和沼泽湿地。
2.2 人工湿地的处理机理人工湿地通过水体的进入、停留和排放实现对污水进行处理。
在流入式人工湿地中，污水流入湿地后，首先经过大颗粒物的过滤和分离，然后通过湿地植物的吸收、携带和剥离作用，去除水体中的氮、磷等有机污染物。
同时，湿地中的微生物也在分解和降解有机物的同时，持续地释放氧气，大大提高了水质。
最后，经过湿地植物和微生物的多重处理，处理后的水体排放出湿地。
第三章人工湿地处理污水的效率3.1 湿地处理效率的评价指标湿地处理效率主要通过对处理后水体中的有机物、氮、磷等污染物的浓度变化进行评价。
常用的评价指标包括COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）、氨氮、总氮、总磷等。
3.2 人工湿地处理污水的效率影响因素湿地处理污水的效率受多个因素的影响，主要包括湿地植物种类、水体流量、水质状况以及温度等环境因素。
不同的湿地植物对于不同污染物有不同的吸附和降解能力，也会影响湿地的处理效率。
此外，水体的流量和水质状况也会直接影响湿地的处理效果。
较高的温度可促进湿地植物和微生物的生长和代谢，从而提高湿地处理效率。
第四章人工湿地的应用前景与挑战4.1 人工湿地的应用前景人工湿地作为一种低成本、高效率的污水处理技术，有着广阔的应用前景。
人工湿地的净化原理
人工湿地的净化原理哎呀，说到人工湿地，这可真是个神奇的地方。
你可能会想，不就是一滩水和一些植物嘛，能有什么净化作用？嘿，别小看它，这人工湿地的净化原理可不简单，让我给你细细道来。
首先，咱们得知道人工湿地是啥。
简单来说，就是模仿自然湿地的环境，人为建造的一种净化水质的系统。
它里面通常有水、土壤、植物和微生物，这些元素共同作用，就像一个天然的“净水器”。
咱们先说说植物。
这些植物可不是随便种的，它们得是那种能吸收水中污染物的。
比如芦苇、香蒲这些，它们的根系能吸收水中的氮、磷等营养物质，减少水体富营养化。
你想想，这些植物就像是一个个小吸尘器，把水里的脏东西吸走，多神奇！然后是土壤。
人工湿地的土壤可不是普通的土，它们得是那种多孔隙的，这样水才能在里面流动。
这些土壤里的微生物，比如细菌、真菌，它们能分解水中的有机物，把它们变成无害的物质。
这就像是一群清洁工，把水里的垃圾清理干净。
接下来是水。
水在人工湿地里可不是静止的，它们得流动。
这样，水里的污染物就能被植物和微生物“抓住”。
而且，水流还能带来氧气，让那些需要氧气的微生物活得更开心，工作效率更高。
最后，咱们得说说阳光。
阳光对人工湿地也很重要，因为它能促使植物进行光合作用，产生氧气，同时还能抑制一些有害藻类的生长。
举个例子，我有个朋友，他家附近就有个人工湿地。
他跟我说，以前那地方是个臭水沟，水又脏又臭。
后来政府建了人工湿地，种了植物，放了微生物，没过多久，那水就变得清澈了，连鱼都能看见了。
他现在经常去那里散步，说感觉空气都清新了。
所以你看，人工湿地的净化原理就是通过植物、土壤、水和阳光的共同作用，把水里的污染物“吸走”或者“分解”掉，让水变得干净。
这就像是大自然给我们的一个礼物，让我们能享受到更清新的环境。
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人工湿地废水生态处理系统的作用机制籍国东 倪晋仁(北京大学环境工程系,水沙科学教育部重点实验室,北京100871)摘 要 人工湿地废水生态处理新技术的高效去污能力基于独特而复杂的作用机制,其中最重要的是湿地基质、大型植物和微生物的高度协同作用。
基质在为植物和微生物提供生长介质的同时,也能够通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物。
大型湿地植物既是微生物的“固定化载体”,氧气的生产和运输“机器”,同时还能够稳固湿地床表面,起到冬季保温和支撑冰面的作用。
微生物是消除污染物的作用者,它能够在去除氮、磷等营养物的同时把有机质作为丰富的能源转化为营养物质和能量。
关键词 人工湿地 废水处理 生态工程 作用机制Mechanisms of constructed w etland w aste w aterecological treatment systemsJi Guodong Ni Jinren(The K ey Laboratory of Water and Sediment Sciences ,Ministry of EducationDepartment of Environmental Engineering ,Peking University ,Beijing 100871)Abstract The mechanisms of the constructed wetland wastewater treatment technology that are available to im 2prove water quality are interrelated and often complex.Among them ,the most important is the combination of the substrate ,vegetation and microorganisms in wetlands.As a medium for the growth of plants and microorganisms ,the substrates can remove directly pollutants by the processes including precipitation ,filtration and s orption.Macrophytic plants provide mediums for microorganisms and trans fer oxygen by leaves and stems into roots.They als o fix wetland surface ,which can support ice layer and insulate heat.It ’s no doubt that microbial populations have removal potential for pollutants.Important trans formations of nutrient ,such as nitrogen and phosphor result from microbial anisms are in turn converted to nutrients and energy through microbial processes.K ey w ords constructed wetland ;wastewater treatment ;ecological engineering ;mechanisms收稿日期:2003-05-11;修订日期:2003-07-01作者简介:籍国东(1973～),男,博士,研究方向:废水生态处理技术及理论。
E 2mail :jiguodong @ 人工湿地(constructed wetland )一词最早是由澳大利亚的Mackney 于1904年提出的,是指人工建造和监督控制的、工程化的沼泽地[1]。
真正意义上采用人工湿地净化污水始于1953年德国的Max Planck 研究所,该研究所的Seidel 博士在研究中发现芦苇能去除大量有机和无机污染物。
20世纪60年代末,Seidel 与K ickuth 合作并由K ickuth 于1972年提出了根区法[2,3],此根区法由一种种植芦苇的巨型床组成,选择含钙、铁、铝添加剂的土壤,以改善土壤结构对P 的沉淀性能。
当污水流过芦苇床时,有机物被降解,氮被硝化反硝化,P 与Ca 、Fe 、Al 共沉积累于土壤中。
该理论的提出掀起了人工湿地研究与应用的热潮,标志着人工湿地作为一种污水处理技术开始受到关注。
自20世纪80年代以来,每年都有关于人工湿地污水处理技术的国际会议召开,其中1996年在奥地利维也纳召开的“第五次人工湿地与水污染控制国际研讨会”,为这一技术的推广和发展创造了崭新的契机,标志着这种独具特色的新型污水处理技术正式进入水污染控制领域。
20世纪90年代中期以来,在拓宽人工湿地应用范围的同时,世界各国对制约人工湿地新技术设计和推广应用的关键———独特而复杂作用机制的研究也随之深入[4,5]。
1 人工湿地的作用机制1.1 基质的作用人工湿地中的基质又称填料、滤料,由土壤、细第5卷第6期环境污染治理技术与设备Vol .5,No .62004年6月Techniques and Equipment for Environmental Pollution ControlJ un .2004沙、粗砂、砾石、沸石、碎瓦片或灰渣等构成。
基质在为植物和微生物提供生长介质的同时,也能够通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物。
自由表面流湿地多以自然土壤为基质,水平潜流和垂直潜流湿地基质的选择因特征污染物的不同而不同,同时也会考虑便于取材、经济适用等因素。
一般来说,水平潜流和垂直流人工湿地以SS 、COD 和BOD 为去除目标时,根据水力停留时间、占地面积和出水水质等限制因素,可以选用土壤、细沙、粗砂、砾石、碎瓦片或灰渣中的一种或几种为基质。
以除P 为目的的人工湿地最好选择飞灰或页岩为基质,其次是铝矾土、石灰石和膨润土,泡沸石和油页岩一般不能作为除P 的基质[6]。
1.2 大型植物的作用人工湿地中的大型植物,像其他所有光合自氧的有机体一样利用太阳能从空气中吸收无机物合成有机物,为异养生物提供能量。
如果湿地有充足的光源、水和营养供给,湿地生态系统中大型植物将占主导地位,它不仅有惊人的繁殖速率,同时还具有很高的分解和转化有机物及其他物质的能力。
大型植物在湿地介质中的重要作用,使它成为人工湿地不可缺少的组成部分[7～15](见图1)。
图1 人工湿地生态处理系统净化污水的概念图Fig.1 The conceptual sketch of the constructed wetland ecological system for treating wastewater大型湿地植物使湿地床表面更加稳固,并提供了良好的物理过滤条件,它使垂直流通系统不受阻碍,防止冬季湿地表面冻结并为微生物生长提供了巨大的表面支撑。
湿地植物的新陈代谢对处理系统的影响取决于人工湿地的类型,植物对营养物质的吸收仅在负荷率较低的自由表面流人工湿地系统中起重要作用。
大型植物通过光合作用和根系的渗透作用将氧传输到根圈介质,增强了有机物的好氧分解和氨态氮的硝化作用。
此外,大型植物对废水处理系统的美学方面还有特殊的价值。
概括起来,大型植物在湿地系统中的主要作用见表1。
表1 大型植物在人工湿地中的作用T able The roles of m acrophyte in constructed w etland 水上部分水中部分基质中的根和茎光合作用抑制浮游植物生长形成小气候冬季保温减小风速存储养分景观美化过滤作用吸收养分吸附污染物减小水流速率提供生物膜的支撑面冬季支撑冰面释放氧稳固基质表面防止阻塞释放氧形成铁氧化膜微生物固定化载体吸收营养物质产生抗生素等1.2.1 增强基质传导功能根和茎的生长可以疏松基质。
在垂直流人工湿地中,活着(或死去)的根茎产生的通道形成的巨大表面,增强了水在湿地床中的传导速率。
此外,当根和茎死亡并分解后,它们留下的大孔隙,也可促进基质对液体的传导速率。
有研究表明,以土壤为机制的人工湿地运行3年后,基质对液体的传导速率一般为10m/s 。
但是,在澳大利亚、丹麦和乌克兰学者所作的实验中,基质对液体的传导速率都小于10m/s 。
1.2.2 微生物附着及强化作用大型植物的根、茎和叶淹没在水中,为生物膜提供了巨大的附着表面。
根、茎埋于湿地基质中,形成了供微生物生长的培养基。
这些生物膜与其他浸没于湿地系统中的固体表面膜一样,为微生物提供了良好的生存环境。
生长在植物微生物共生系统中的大型植物作为微生物的“固定化载体”,很多微生物都能够附着在植物体上,进而对微生物净化起强化作用。
它不仅能够为微生物提供碳源和能源,根周围的渗出液还能够提高微生物的降解活性。
大型植物根区环境中具有明显的厌氧、缺氧和好氧微生物降解功能区。
在好氧菌较多的根系周围,大部分污染物能够被降解,一些水溶性较差的难降解有机污染物需要经过厌氧、缺氧和好氧的复合作用才能被降解。
1.2.3 吸收营养物的作用大型植物需要吸收营养物质,以便生长、繁殖。
大型植物吸收营养物质的能力随着生物量的增加而27环境污染治理技术与设备第5卷变化,一般每年1hm2湿地的吸收能力为30～350kg。
但是,大型植物吸收的营养物质的数量与废水中存在的营养物质的数量相比是微不足道的。
1.2.4 输氧放氧作用湿地通过光合作用产生的氧,能够通过植物的运输组织和根系的输送作用向根圈的释放是大型植物输氧的重要途径。
植物根系的这种输氧作用使得根系周围形成一个好氧区域,其中根圈周围形成的好氧生物膜对氧的利用使离根系较远的区域呈现出缺氧状态,而在离根系更远的区域则呈现出完全的厌氧状态,这些溶解氧含量不同的区域在湿地基质中的存在有利于大分子有机物和氮、磷的去除。
1964年,Armstrong等人[16]开始关注植物叶茎对氧的传输作用。
20世纪80年代,Lawson[17]首次对单位长度芦苇根释放氧气的情况进行了定量描述,指出芦苇根的放氧率为4.3g/m・d。
此后,许多研究者在不同季节和不同条件下也先后研究了大型植物根部释放氧气的情况,得出了大型植物对氧的释放率通常在根尖最高,并随着与根尖距离的增加而减少,老根和根基几乎不释放氧气的相同结论,但是,这些学者测定的根部放氧率存在较大差异,分别为0.02g/m・d、1～2g/m・d和5～121g/m・d不等[16～21,22,23],除氧气之外,根部也可释放其他物质。