摘 要：隨著(zhù)人類(lèi)活動(dòng)的不斷增強，水環(huán)境氮、磷的污染日趨嚴重。人工濕地作為一種生態(tài)型的新型污水處理工藝，在實(shí)踐中已得到成功應用。較之傳統的磷的處理方法，人工濕地具有生態(tài)性、景觀(guān)性、經(jīng)濟性等特點(diǎn)。本文在介紹人工濕地中磷的去除機理的基礎上，探討濕地中植物和填料，并指出影響系統除磷效果的影響因素。

　　關(guān)鍵詞：人工濕地 除磷 植物 填料 影響因素

　　一、前言

　　人工濕地作為一種集生態(tài)性、景觀(guān)性、高效低耗的廢水處理工藝，正在應用于多種類(lèi)型的廢水處理中，如生活污水、農業(yè)廢水、城市暴雨、富營(yíng)養化景觀(guān)水、礦山排水等等。隨著(zhù)人類(lèi)活動(dòng)的不斷增加，水體氮磷的污染日趨嚴重。大量研究已證實(shí)：氮和磷能刺激藻類(lèi)和光合水生生物的生長(cháng)，而且最終引起水體富營(yíng)養化，而磷被認為是產(chǎn)生水體富營(yíng)養化的最主要因素。

　　由于傳統的除磷技術(shù)都存在一定的局限性：化學(xué)沉淀法除磷，運行費用高，會(huì )產(chǎn)生大量的化學(xué)污泥；生物法除磷，工程投資高，工藝復雜，運行管理要求高。人工濕地除磷，是在一般的人工濕地系統的基礎上，通過(guò)人為的控制措施，優(yōu)化系統達到以除磷為主要目標的廢水處理技術(shù)，其主要原理是通過(guò)濕地中的填料、植物和微生物來(lái)完成除磷。人工濕地除磷，具有投資少，運行維護方便，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后處理效果好等特點(diǎn)，在保護水環(huán)境，以及進(jìn)行有效的生態(tài)恢復等方面均具有十分重大的意義。

　　二、人工濕地中植物對磷的去除

　　植物是人工濕地處理系統的核心之一，它在人工濕地污水處理系統中發(fā)揮多種作用。植物主要通過(guò)自身的光合作用吸收部分污染物，有些種類(lèi)的植物可以吸收重金屬或降解有機污染物。同時(shí)植物通過(guò)莖、葉中的氣孔向系統中輸送氧氣，以形成根際特殊的環(huán)境來(lái)促進(jìn)土壤中微生物的生長(cháng)。

　　人工濕地能否有效處理污水的一個(gè)重要因素是選擇的植物種類(lèi)是否合適。一般來(lái)說(shuō)，人工濕地系統的植物種類(lèi)應具備以下特征：耐污性能好，處理效果好，成活率高；根系發(fā)達，莖葉茂密，輸氧能力強，生長(cháng)周期長(cháng)；抗凍，抗熱，抗病蟲(chóng)能力強；易于維護管理；具有美化景觀(guān)的作用。

　　許多研究表明，植物的存在對于人工濕地系統凈化功能的實(shí)現有極大的作用。吳振斌等通過(guò)實(shí)驗，研究了人工濕地系統對污水磷的凈化效果，結果發(fā)現3個(gè)有植物系統的去除率分別是61%、65%和59%，而無(wú)植物系統的去除率僅為28%.Peterson的研究發(fā)現，對于輕度氮磷負荷的人工濕地處理系統，在植物的生長(cháng)階段收割，可以占人工濕地氮總去除量的30%；而在重度氮磷負荷的處理系統中，雖然植物吸收氮的絕對量比輕度氮磷負荷的系統大，但其所占比例低，只有1%～4%.彭江燕等研究了黃昌蒲、美人蕉、水蔥、蘆葦、風(fēng)車(chē)草5種水生植物凈化污水的能力，結果表明，風(fēng)車(chē)草去除磷效果最好，黃昌蒲和美人蕉次之水蔥稍高于蘆葦。

　　三、人工濕地中填料對磷的去除

　　人工濕地的填料是濕地的基質(zhì)和載體，其去污過(guò)程主要包括基質(zhì)的吸收和過(guò)濾等物理化學(xué)作用。填料的固磷作用主要包括化學(xué)沉淀、吸附作用、閉蓄作用等幾個(gè)方面�；瘜W(xué)沉淀受溶度積控制，可分為鈣、鎂或鐵、鋁控制的兩種轉化系統�？扇苄粤姿猁}與這些金屬離子發(fā)生反應，形成自由能下降很多，可逆性和溶解性均很小的鈣、鎂或鐵、鋁磷酸鹽。吸附作用由填料的表面性質(zhì)決定，受填料的表面積和活性基團控制，一般認為磷酸根離子主要通過(guò)配位體交換而被吸附停留在填料和土壤的表面。閉蓄作用和氧化還原反應由直接關(guān)系。以上反應的產(chǎn)物最終吸附或沉降在土體內，從而使土體內這些元素的含量急劇升高，幾年之后即可達到入水濃度的10～10000倍以上。因此，當填料達到飽和之后，必須更換人工濕地的填料來(lái)保證人工濕地的持續的處理效果。

　　很多實(shí)際運行的人工濕地，對于水中的有機物和懸浮物的去除效率較高，但是對于氮磷的去除效果相對較低。宋志文等對榮成人工濕地污水處理系統處理效果動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行分析，結果表明人工濕地對于SS、COD、BOD的去除率分別為71.8±8.4％、62.2±10.1％和70.4±9.6％，大腸桿菌去除率為99.7％，對NH4+—N和TP去除效果較差，去除率分別為40. 6±15 .3%和29. 6±12. 8%.

　　選擇合適的填料對于提高磷的去除效果至關(guān)重要。在篩選除磷填料時(shí)，主要對含氫氧化（氧化）鐵或鋁基團的天然礦物質(zhì)，或能促進(jìn)鈣磷形成的含鈣礦物質(zhì)進(jìn)行對比和篩選。其吸附效率受Eh、pH和吸附表面積等因素影響由于填料的吸附容量一定，所以當填料吸附飽和后，應及時(shí)更換填料以保證磷素的去除率。更換后的填料也應妥當處理，以免造成二次污染。在實(shí)際工程中，選擇填料應根據其磷吸附效率、水力傳導率、材料易得性、價(jià)格等因素綜合考慮。

　　目前常用作人工濕地的填料有：礦渣、粉煤灰（FA）、鋼渣、蛭石、土壤、沸石、砂子、石灰石、高爐渣、活性多孔介質(zhì)（IECA）、頁(yè)巖等等�，F將常用填料的特點(diǎn)比較一下：

　　目前，針對以上一些填料的優(yōu)缺點(diǎn)，在人工濕地系統中，一般采用復合填料。對于填料的組成，一般以石、砂、礫石、土壤為基本原料，并添加合適的輔料，通過(guò)不同的組合方式來(lái)提高磷的去除效果。有研究表明，在進(jìn)水TP含量很高的情況下（化糞池出水），采用煤渣加高有機質(zhì)含量的草炭，再慘入土壤，在水力負荷為54－64cm/d的條件下，對于TP的去除率為77.6－85.0％，運行15個(gè)月后，去除率仍大于55％。

　　四、人工濕地除磷效果的影響因素

　　1.人工濕地的構造形式

　　人工濕地根據構造可分為表面流人工濕地和潛流式人工濕地。表面流人工濕地，水力路徑以地表推流為主，在處理過(guò)程中，主通過(guò)植物的莖葉的攔截、土壤的吸附過(guò)濾和污染物的自然沉降來(lái)達到去除污染物的目的。表面流人工濕地一般水力負荷小，系統對于氮磷的去除效果一般較差。而且由于冬季溫度的下降和濕地植物的枯萎，凈化功能降低。潛流式人工濕地可根據流向分為水平流與垂直流人工濕地。潛流工人工濕地系統，污水在濕地床的表面下流動(dòng)，一方面可以充分利用填料表面生長(cháng)的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料截留等作用，提高處理效果和處理能力；另一方面由于水流在地表下流動(dòng)，保溫性好，處理效果受氣候影響較小，且衛生條件較好，是目前國際上較多研究和應用的一種濕地處理系統，但此系統的投資比表面流人工濕地系統略高。

　　2.進(jìn)水水力負荷

　　濕地系統中的磷主要是通過(guò)微生物及植物的吸收以及填料的物理化學(xué)作用去除的，水力負荷過(guò)低，易造成濕地系統厭氧，微生物原先在好氧環(huán)境下過(guò)量吸收的磷又重新釋放，致使TP 去除率下降；而水力負荷過(guò)大時(shí)，污水的流速過(guò)大，對填料的沖擊也使原先被吸附在填料或植物根莖表面的磷沖出系統，造成 TP去除率下降。特別在濕地的啟動(dòng)期間，應采用適當的進(jìn)水水力負荷，以保證系統中微生物的正常生長(cháng)、掛膜。

　　3.pH值

　　由于污水中磷素的去除主要是靠填料的物理化學(xué)作用，磷的去除與介質(zhì)的酸堿環(huán)境有關(guān)。這主要和填料內的金屬離子有關(guān)，一般認為其中Ca 2+易于在堿性或酸性環(huán)境條件下發(fā)生反應，而與A13+ 、Fe 2+主要是在中性或酸性環(huán)境條件下發(fā)生反應。污水在經(jīng)過(guò)濕地系統時(shí)，會(huì )引起系統的pH值的變化，過(guò)長(cháng)的水力停留時(shí)間會(huì )導致系統的pH值的降低。

　　4.氧源

　　濕地環(huán)境對很多微生物來(lái)說(shuō)是一種嚴酷的逆境，最嚴酷的是條件是濕地基質(zhì)中缺氧。在缺氧條件下，生物不能進(jìn)行正常的有氧呼吸，還原態(tài)的某些元素和有機物濃度可達到有毒的水平。人工濕地中有機磷好氧分解所消耗的氧氣主要來(lái)自大氣自然復氧和濕地植物供氧。溶氧水平越高，越有利于磷的降解和微生物對磷的吸收利用。

　　5.季節和溫度

　　濕地除磷效果受季節和溫度影響較大。一般在春、秋季節的去除率較高，而在冬季溫度較低時(shí)去除率低。這與冬季植物枯萎、停止生長(cháng)有關(guān)。雒維國等研究發(fā)現，污水中各種形態(tài)磷的去除率變化趨勢與氣溫的變化趨勢是一致的，兩者在冬季同時(shí)降到最低點(diǎn)，在春夏季節則有較大幅度上升。

　　五、結術(shù)語(yǔ)

　　眾多成功應用的實(shí)踐證明，人工濕地作為占地少、易管理、效果好的污水處理系統，是一項非常有效的污水除磷技術(shù)。但是和國外相比，國內的研究相對滯后。通過(guò)理論和實(shí)踐的系統研究，構建適合我國國情和不同地域特點(diǎn)的高效人工濕地除磷系統時(shí)當務(wù)之急，使其在我國得到廣泛的應用和推廣。

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