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人工湿地作为一种污水净化技术，不但能够对污水进行有效的深度处理，而且成本较低、管理也相对简单，在污水净化方面有很好的应用前景。从湿地植物、湿地微生物和人工湿地设计参数等3个方面对影响人工湿地污水净化的效果进行了综述。不同种类湿地植物的根系泌氧能力、根系分泌物种类和所产生的化感物质的种类、数量及功能均不同，因此对污水净化能力亦不同;湿地微生物能有效降解污水中有机大分子物质和氮磷等污染物，但其多样性和丰度受基质结构、不同植物组合和碳源等多种因素的影响;湿地构型、进水浓度、水力负荷和水力停留时间等基础设计参数在一定程度上决定了湿地系统的净化能力。此外，还展望了人工湿地污水净化技术需要进一步研究的内容，以期提高人工湿地净化畜牧业污水的技术经济效果。1湿地植物湿地植物作为生态环境中的“生产者”，不但可以过滤、富集水体中污染物，还可以通过光合作用等方式利用水体中的氮、磷等多种营养元素来合成自身物质，从而起到净化水质的效果。1湿地植物种类湿地植物的种类多种多样，由于不同湿地植物对环境的耐受性和适应能力均不同，因而不同植物适用于不同人工湿地生态系统。研究发现只有香蒲属等少数湿地植物适用于美国东北部地区人工湿地。因此在设计人工湿地时对所用湿地植物应进行认真选择。对于同一废水，不同种类湿地植物对其处理能力也不同。发现不同水力停留时间(HＲT)人工湿地净化效果受植物种类和温度等的影响。美人蕉、花叶芋、水葫芦、万寿菊、剑兰5种人工湿地中水葫芦和万寿菊2种人工湿地对污水处理的效果最好，且在干湿比为1∶5的条件下，种植水葫芦的土柱出水中COD、NH4+－N、TN、TP的去除率分别为81．2%、86．3%、30．7%、58．9%，种植万寿菊的土柱出水中COD、NH4+－N、TN、TP的去除率分别为78．9%、84．3%、34%、54．9%［4］。2人工湿地微生物2．1微生物在人工湿地系统中的作用微生物作为“分解者”，能有效降解污水中有机大分子物质和氮磷等污染物。好氧微生物能降解污水中大部分有机氮，硝化细菌能起到硝化作用，反硝化细菌和其他厌氧氨氧化微生物能继续将反应后的硝态氮、氨态氮等转化为气体而排出水体。研究表明，通过人工湿地微生物去除的氮量占人工湿地氮去除总量的60%～90%，起到相对主导作用。植物不能直接吸收水体中的有机磷以及大部分无机磷盐。而人工湿地中微生物(磷细菌等)能够将有机磷化合物分解矿化，将无机磷进行氧化还原进而被植物吸收利用。2．2人工湿地微生物的多样性及其影响因素人工湿地微生物中数量最多的为细菌，其次为放线菌，真菌数量最少。与氮去除相关的氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量占优。这也是湿地微生物具有良好脱氮效果的重要原因之一。微生物作为人工湿地复杂系统中重要的组成部分，不可避免地会受到多种环境因素的影响。研究发现，基质上层多为好氧性氨氧化古菌和氨氧化细菌，而基质下层多为厌氧性氨氧化菌。陶敏等通过氧调控对湿地中微生物群落结构及活性变化的研究发现，氧调控下微生物数量明显增多，且微生物群落专一性更高、活性更强。对六氯苯胁迫下根际土壤中微生物数量和酶活性变化的研究发现，根际土壤微生物(细菌、放线菌、真菌)数量大于非根际土壤，且六氯苯含量与芦苇、香蒲根际微生物数量和酶活性呈负相关。不同湿地植物对人工湿地中微生物群落和丰度有显著的影响。大量研究表明，湿地植物根系的泌氧功能使得根系周围由近及远同时存在好氧区域、缺氧区域和厌氧区域，这为水体微生物提供了良好的生存和代谢条件，使得根区对污染物进行降解利用的微生物的多样性和丰度均高于非根区。另外，其他因素如基质种类、基质结构、不同植物组合和碳源等也会对微生物的多样性和丰度造成影响，从而影响到人工湿地微生物对污染物的净化效果。付融冰等通过对湿地基质微生物状况与净化效果相关性的研究发现，湿地基质中细菌的数量与BOD5去除率存在显著的相关性(r=0．，P＜0．05)，亚硝酸细菌数量与TN的去除率存在极显著相关性(r=0．，P＜0．01)，且湿地微生物的数量和活性会随着湿地的长期运行而逐渐趋于稳定。3人工湿地设计参数的相关因素3．1不同人工湿地构型根据水流方向不同，人工湿地可分为潮汐流人工湿地、表面流人工湿地和潜流人工湿地等，而潜流人工湿地又可细分为水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。不同构型人工湿地对污水净化效果不同。由于水流流态及其路径等不同，垂直流人工湿地相比于水平流人工湿地对污染物的去除率更高。利用多级表面流人工湿地处理猪场养殖废水，发现多级表面流人工湿地能有效去除废水中COD、TN、NH4+和NO3－等污染物均具有良好的净化效果，去除率分别为16．3、9．14、7．75、45．49g/(m2·d)。段然［36］研究发现，表流－水平流人工湿地对COD、生物需氧量(BOD5)和固体悬浮物(SS)的处理效率分别为85．33%、96．61%和98．11%，表流－垂直流人工湿地对COD、生物需氧量和固体悬浮物的处理效率分别为85．21%、95．62%和95．46%，且表流－水平流人工湿地对BOD5和SS的处理效果显著优于表流－垂直流人工湿地(P＜0．05)。因此，在进行人工湿地设计之初就应该因地制宜选用合适的人工湿地构型以达到更好的净化效果。3．2基质种类基质在人工湿地系统中发挥着重要作用，能通过吸附、过滤、生物降解等方式去除污染物。不同基质种类对人工湿地污染物的去除效果有着较大影响，选择合适的填料作为基质可以大大提高人工湿地的净化效果。利用砾石、紫色土、河沙去除畜禽养殖废水氮磷的研究发现，废水中的磷主要通过基质的吸附作用去除，各试验组中土壤基质吸附磷含量均大于32mg/kg，河沙基质吸附磷含量在8～14mg/kg，而砾石基质吸附磷含量均低于4mg/kg，总体吸附能力依次为土壤＞河沙＞砾石，且土壤中吸附磷含量沿河床方向基质对磷的去除量呈增加的趋势，床体前端、中部、尾部的吸附磷含量依次为45．09、48．67、66．98mg/kg。研究了水泥砖、陶粒和红砖3种基质对人工湿地中磷的去除能力，发现水泥砖的理论饱和磷吸附量最大为1．mg/g，最适合作为人工湿地填料，陶粒和红砖理论饱和吸附量较小，分别为0．和0．mg/g。另外，不同基质去除污染物的作用机理也不同。在沸石、陶粒、火山岩3种基质中，陶粒主要通过物理作用吸附去除氨氮，而沸石和火山岩以离子交换为主，且3种基质对氨氮最大吸附量由大到小依次为沸石、火山岩、陶粒，分别为0．、0．、0．mg/g。废砖块、沸石、火山岩和海蛎壳4种基质人工湿地净化猪养殖场废水，发现海蛎壳主要通过化学吸附作用去除磷，而其他3种基质主要通过物理吸附而发挥作用。3．3进水浓度不同进水浓度对人工湿地的净化效果有较大影响。日常生活废水污染物浓度相对较低、处理难度较小，而养殖废水和工业废水等水体中污染物浓度相对较高，净化难度相对较大，在利用人工湿地进行净化处理时，对湿地植物本身的耐受性也是一种挑战。利用模拟三级组合式垂直流人工湿地系统研究发现，合理控制分级进水浓度可以提高氮去除率，在第一级进水浓度和第二级进水浓度分别为90%和10%时，TN的去除率最大为59．39%。在一定范围内，进水浓度越大，N2O、CH4和CO2的释放量越多，但在过高的进水浓度条件下，N2O的释放量减少。研究了TN浓度分别为60(低)、(中)、mg/L(高)3种不同的进水浓度对美人蕉组合人工湿地氮去除率的影响发现，系统对TN、NH4+－N和NO3－－N的去除率均表现为低浓度＞中浓度＞高浓度，且9月份的低浓度试验组在HＲT为48h时，对TN和NH4+－N的去除率均大于60%，对NO3－－N的去除率大于90%。3．4水力负荷大量研究表明，水力负荷对人工湿地的净化效果有较大的影响。传统人工湿地水力负荷低，占地面积较大。目前广泛应用的人工湿地碎石床的水力负荷只有0．2～0．4m3/(m2·d)［50］。提高水力负荷可以减少湿地面积，但会影响到处理效果。很多学者就如何在不降低处理效果的同时提高水力负荷方面进行了大量研究。研究发现，随水力负荷升高，COD、SS和TN的去除率先升高后下降，TP的去除率受水力负荷的影响不大。在水力负荷为2．52～3．34m3/(m2·d)时，人工湿地对污染物处理效果最佳，此时TN和SS的去除率最高，分别达1．8g/(m2·d)和．6g/(m2·d)，而COD在水力负荷为1．74～4．6m3/(m2·d)时的去除率较高，为55～69g/(m2·d)。3．5水力停留时间水力停留时间(HＲT)是人工湿地系统设计中一个重要参数。利用人工湿地系统净化工业废水和养殖废水等水量大、污染物浓度高、难降解的污水时，处理效率相对较低，其中一个很重要的原因就是需要HＲT较长。研究表明，增加HＲT的确可以有效增强人工湿地对污染物的去除能力。研究发现，潜流型湿地和垂直流湿地均在HＲT为2d左右时对COD的去除率最高，分别为92．3%和93．1%，均在HＲT为2．5d时对NH4+－N去除效率最高，分别为81．5%和97．7%。但对于营利性企业，如何保证处理效率的前提下降低HＲT仍有待研究。4展望(1)人工湿地系统中还有很多不可控或从经济角度较难进行人为控制的因素，如温度、碳源、季节性变化、自然降水量等，但这些因素对人工湿地处理效果的影响却不容忽视。如何利用可控条件，使人工湿地净化技术发挥更好的处理效果仍需进一步研究。(2)进一步对人工湿地去除各种污染物的机理进行研究，从而为人工湿地设计和实施提供更为有效的参考。(3)可通过不同参数人工湿地对同一污水的净化效果的对比研究，为不同污水的最适人工湿地类型及配置提供科学依据。欢迎文章底部留言分享你的想法，我们会根据内容选择回复；
参考文献：赵佳浩，栗敏杰等影响人工湿地污水净化效果的因素综述
传播价值文化丨助力环境保护图文来源丨中国环境资源网
编辑丨环保学院
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