人工湿地处理废水的应用研究

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!科技情报开发与经济ＳＣＩ－ＴＥＣＨＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ２００６年第１６卷第２３期ＣｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓａｂｏｕｔｔｈｅＡｃｃｏｕｎｔｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇｏｆｔｈｅＣｏｍｍｅｒｃｉａｌＢａｎｋＸＩＯＮＧＭｉｎＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｏｎｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇｏｆＣｈｉｎｅｓｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｂａｎｋａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ａｎｄｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈａｔｗｅｍｕｓｔｍａｋｅｇｒｅａｔｅｆｆｏｒｔｓｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｕｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｂａｎｋａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｂａｎｋ，ａｎｄｔｒｅａｔｃｏｒｒｅｃｔｌｙｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｍｐｕｌｓｏｒｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇａｎｄｔｈｅｖｏｌｕｎｔａｒｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ；ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｅ；ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄ───────────────第一作者简介：熊敏，女，１９６９年９月生，１９９１年毕业于上海财经大学金融专业，讲师，江苏技术师范学院财经职业技术学院，江苏省常州市，２１３００１．用人工湿地（Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄ）来处理城市污水是发达国家近十年来才兴起的生态处理法，它是为处理污水而人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料（如砾石等）混合组成填料床，使污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物（如芦苇，蒲草等），形成一个独特的动植物生态体系。

人工湿地去除的污染物范围广泛，包括Ｎ，Ｐ，ＳＳ，有机物，微量元素，病原体等。

有关研究结果表明，在进水浓度较低的条件下，人工湿地对ＢＯＤ５的去除率可达８５％～９５％，ＣＯＤ去除率可达８０％以上，处理出水中ＢＯＤ５的浓度在１０ｍｇ／Ｌ左右，ＳＳ小于２０ｍｇ／Ｌ。

废水中大部分有机物作为异样微生物的有机养分，最终被转化为微生物体及ＣＯ２，Ｈ２Ｏ［１］。

１人工湿地的分类根据湿地中主要植物形式，人工湿地可分为：浮游植物系统、挺水植物系统、沉水植物系统。

其中沉水植物系统还处于实验室研究阶段，其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的精处理。

浮游植物系统主要用于Ｎ，Ｐ去除和提高传统稳定塘效率。

目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。

挺水植物系统根据废水流经的方式，可分为表面流湿地（ＳＦＷ）、潜流湿地（ＳＳＦＷ）和立式流湿地（ＶＦＷ）。

表面流湿地和立式流湿地因环境条件差（易孳生蚊虫）、处理效果受气温影响较大以及对基建要求较高，现多不再采用。

故人工湿地大部分采用潜流式湿地系统［２］。

２人工湿地对各种污染物的去除机理多年的研究表明，人工湿地具有独特而复杂的净化机理，它能够利用基质—微生物—植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，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，实现废水的资源化和无害化。

而不同污染物的去除又各有其不同机理，以下分别加以论述。

２．１人工湿地对有机物的去除机理人工湿地的显著特点之一是对有机污染物有较强的去除能力［３］。

废水中的不溶性有机物经过湿地的沉淀、过滤，可以很快被截留下来，被微生物利用，可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解除去。

研究表明：在进水浓度较低的情况下，人工湿地对ＢＯＤ５的去除率可达８５％～９５％，ＣＯＤ去除率可大于８０％，城市污水通过湿地处理后出水ＢＯＤ５在１０ｍｇ／Ｌ左右。

北京市环境保护科学研究所的实验还表明：不溶性ＢＯＤ５（约占ＢＯＤ５５０％）和ＣＯＤ在进水５ｍ的距离内可以迅速地被去除，约９０％的ＳＳ在进水１０ｍ以内得以去除。

废水中大部分有机物的最终归宿是被异养微生物转化为微生物体及ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，这些新生的有机体可以通过填料定期更换最终从系统去除［４］。

２．２人工湿地对氮的去除机理人工湿地对氮的去除主要靠微生物的氨化、硝化和反硝化作用。

氮在湿地系统中循环变化包括了７种价态及多种有机、无机形式的转换。

来水中的氮基本以有机氮和氨氮两种形式存在。

一般情况下，有机氮被微生物分解成氨氮，所以人们更关心无机氮的去除［５］。

废水中无机氮作为植物生长过程中不可缺少的物质可以直接被植物吸收并通过植物的收割从废水和湿地中去除，但植物直接吸收只占很少的一部分。

主要的去除途径是通过微生物的硝化、反硝化作用来完成的。

如前所述，人工湿地中的溶解氧呈区域性变化，连续呈现好氧、缺氧及厌氧状态。

相当于许多串联或并联Ａ／Ｏ处理单元，使硝化和反硝化作用可以同时进行。

在这种环境下，氨氮被氧化成ＮＯ２－和ＮＯ３－，其机理是通过硝化作用先将氨氮氧化成硝酸盐，再通过反硝化作用将硝酸盐还原成气态氮从水中逸出。

硝化作用在好氧环境下由自养型好氧微生物完成，它包括两个步骤，第一步由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐（ＮＯ２－）；第二步则由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐（ＮＯ３－）。

亚硝酸菌、硝酸菌通称为硝化菌。

反硝化作用在无氧条件下进行，反硝化菌利用硝酸盐中的氧进行呼吸，氧化分解有机物，将硝态氮还原为Ｎ２或Ｎ２Ｏ，并从系统中逸出。

文章编号：１００５－６０３３（２００６）２３－０１６６－０２收稿日期：２００６－０７－２６人工湿地处理废水的应用研究李辉，王增长（太原理工大学，山西太原，０３００２４）摘要：综述了近年来人工湿地的发展现状及人工湿地的分类，探讨了Ｎ，Ｐ的去除效率与机理，同时展望了此技术在我国的应用前景，并提出了该领域的研究方向。

关键词：人工湿地；氮磷去除；污水处理中图分类号：Ｘ７０３文献标识码：Ａ１６６所以人工湿地比传统活性污泥处理系统（一般无法完成反硝化作用）具有更强的氮处理能力，比人工的Ａ／Ａ／Ｏ系统则节省得多。

为了提高人工湿地去除氨氮的效率，Ｇｒｅｅｎ采取人工充气的办法来增加湿地中的溶解氧，以此提高硝化能力，结果大大提高了氨氮的去除率。

但由于溶解氧增加的同时，抑制了反硝化作用的进行，从而使硝态氮的去除率有所下降［６］。

如何在提高氨氮的去除率的同时保证硝态氮的去除率是增强人工湿地除氮效果的一个难点，与ＢＯＤ和ＣＯＤ的去除相比，人工湿地中的硝化过程较慢，当ＢＯＤ和ＣＯＤ值较高时，有限的溶解氧常被用于去除有机物的反应中，明显的硝化反应只有在ＢＯＤ降低到一定程度才能进行［７］。

而反硝化作用又需要从有机质中获取Ｃ源，当污水有机物含量很低时，反硝化过程又不易进行。

因此解决这一矛盾是提高人工湿地对氮的去除率的另一难点［８］。

２．３人工湿地对磷的去除机理人工湿地对磷的去除是通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等几方面共同作用完成的。

污水中的无机磷一方面在植物的吸收和同化作用下，被合成为ＡＴＰ，ＤＮＡ和ＲＮＡ等有机成分，通过对植物的收割而将磷从系统中去除。

但是，植物的吸收作用只占很少的一部分，缪绅裕等在研究人工污水中的磷在模拟秋茄湿地系统中的分配与循环时发现，加入系统中的磷主要存留在土壤中，留存于植物体和凋落叶中的很少［９］。

磷的另一去除途径是通过微生物对磷的正常同化吸收，聚磷菌对磷的过量积累，通过对湿地床的定期更换而将其从系统中去除。

在传统的二级污水处理工艺中，微生物对磷的正常同化吸收一般只能去除进水中磷含量的４．５％～１９％，因而，微生物对磷去除主要是通过聚磷菌的过量摄磷作用而实现的。

由于人工湿地中植物的光合作用及呼吸作用（即所谓的光反应和暗反应）的交替进行，致使系统中交替地出现好氧和厌氧条件下的摄磷（过量摄磷）而利于对磷的去除［１０］。

Ｒｅｄｄｙ在研究中发现在人工湿地中７０％～８７％的磷可能通过沉淀或吸附反应而降解，ｐＨ将起到十分重要的作用［１１］。

研究发现：可溶性的无机磷化物很容易与土壤中的Ａｌ，Ｆｅ，Ｃａ等发生吸附和沉淀反应，其中土壤与Ｃａ易于在碱性条件下发生作用，而与Ａｌ，Ｆｅ主要是在中性或酸性环境条件下发生反应。

一般认为磷酸根离子主要通过配位体交换而被吸附到Ｆｅ和Ａｌ离子的表面［１２－１４］。

Ｚｈｕ研究了Ｍｇ，Ａ１，Ｆｅ，Ｃａ与Ｐ的吸附关系，指出Ｃａ与Ｐ的吸附相关性最强。

Ｇｅｌｌｅｒ也认为Ｃａ与Ａｌ，Ｆｅ相比对Ｐ具有更强的结合能力［１５］。

与此同时，大量的研究发现废水中的Ｐ只是被吸附停留在土壤的表面。

研究还发现这种吸附沉淀反应也不是永久地沉积在土壤里，至少部分是可逆的。

美国学者Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ认为ＥＰＡ湿地系统对Ｐ的最大吸收能力一般为每年不超过１ｇ／ｍ２，即所谓的“１ｇ规则”。

籍国东等在研究中发现，当废水中ＴＰ的浓度较低时，人工湿地不但不会去除废水中的Ｐ，还会使湿地出水Ｐ的浓度增加，增加的Ｐ主要来自湿地介质的释放。

３人工湿地系统在我国的应用前景及展望目前，我国绝大部分城市污水厂均采用传统的二级活性污泥法处理工艺。

这种工艺工程投资高，耗能大，运行管理要求高，对控制大城市的水环境污染起到了关键作用。

然而由于我国经济发展水平不高，能源短缺，许多地方，尤其中小城市和乡村缺乏具有一定操作管理和技术水平的人员；同时我国的乡镇企业迅猛发展，对当地造成了严重的环境污染。

因此在我国大力开发具有高效、简易、低耗的污水处理技术具有重大意义。

人工湿地系统是一个完整的生态系统，它形成了内部的良好循环并具有较好的经济效益和生态效益，是正在不断得到研究应用和发展的污水处理实用新技术，具有投资少、出水水质好、抗冲击力强、增加绿地面积、改善和美化生态环境、操作简单、维护和运行费用低廉等优点。

这项技术适合我国国情，尤其适合广大农村、中小城市的污水处理，具有极其广阔的应用前景。

同时，我们也应该看到人工湿地发展的新趋势。

最近发达国家已经将研究重点转移到利用人工湿地处理特殊工业废水方面，而我国在这方面的研究尚不多见，在一定程度上成为该技术推广应用的限制因素。

我们今后的重点是各种工业废水的去污效果和去污机理的研究及其对人工湿地的影响。

参考文献［１］沈耀良．新型废水处理技术———人工湿地［Ｊ］．污染防治技术，１９９６，９（１－２）：１－８．［２］李建华，王宝贞．氧化塘中氮和磷的去除［Ｊ］．中国环境科学，１９９２，１２（４）：２４１－２４４．［３］ＫａｄｌｅｃＨ．Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃａｎｄｓｔｏｃｈａｓｔｉｃａｓｐｅｃｔｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｓｗｅｔｌａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．ＷａｔＳｃｉＴｅｃｈ．１９９７，３５（５）：１４９－１５４．［４］张毅敏，张永春．利用人工湿地治理太湖流域小城镇生活污水可行性探讨［Ｊ］．环境保护，１９９８，１７（５）：２３２－２３４．［５］籍国东，孙铁珩，李顺．人工湿地及其在工业废水处理中的应用［Ｊ］．应用生态学报，２００２，１３（２）：２２４－２２８．［６］ＧｒｅｅｎｗａｙＭ．ＮｕｔｒｉｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｏｆｗｅｔｌａｎｄｐｌａｎｔｓｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｒｅｃｅｉｖｉｎｇｍｕｎｉｃｉｐａｌｅｆｉｕｅｎｔｉｎｔｒｏｐｉｃａｌＡｕｓｔｒａｌｉａ［Ｊ］．ＷａｔＳｃｉＴｅｃｈ，１９９７，３５（５）：ｌ３５－１４２．［７］林鹏，林光辉．九龙江口红树林研究秋茄群落的氮、磷的积累和循环［Ｊ］．植物生态学与植物丛刊，１９８５，９（１）：２１－３２．［８］崔保山，刘兴土．湿地生态系统设计的一些基本问题探讨［Ｊ］．应用生态学报，２００１，１２（１）：１４５－１５０．［９］缪绅裕，陈桂珠．人工湿地中的磷在模拟秋茄湿地系统中的分配与循环［Ｊ］．生态学报，１９９９，１９（２）：２３６－２４１．［１０］张甲耀，崔克辉．潜流型人工湿地污水处理系统中芦苇的生长特性及净化能力［Ｊ］．水处理技术，１９９８（２４６）：３６３－３６７．［１１］ＲｅｄｄｙＫＲ．Ｆａｔｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｉｌｑａｗａｓｔｅｗａｔｅｒｒｅｔｅｎｔｉｏｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒｃｏｎｔｍｎｌｎｇａｑｕａｔｉｃｍａｃｒｏｐｈｙｔｅｓ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎＱｕａｌ，１９８３，１２（１）：１３７－１４ｌ．［１２］ＢｒｅｅｕｗｓｍａＡ，Ｌｙｋｌｅｍａ．Ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｉｏｎｓｉｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｄｏｕｂｌｅｌａｙｅｒｏｎｈｅｍａｔｉｔｅ［Ｊ］．ＣｏｌｌＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉ，１９７３，４３：４３７．［１３］Ｈｉｎｇｓｔｏｎ．ＡｎｉｏｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｂｙｇｏｅｔｈｉｔｅａｎｄｇｉｂｂｓｉｔｅＩ．ｎｅｒｏｌｅｏｆｔｈｅｐｒｏｔｏｎｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｎｖｅｌｏｐｅｓ［Ｊ］．ＳｏｉｌＳｃｉ，１９７２，２３：ｌ７７．［１４］Ｒａｊａｎ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｄｉｖａｌｅｎｔｐｈｏｓｐｈａｔｅｏｎｈｙｄｒｏｕｓａｌｕｍｉｎｕｍｏｘｉｄｅ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９７５，２５（３）：４３４．［１５］ＧｅｌｌｅｒＧ．ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｕｂｓｕｒｆａｃｅｆｌｏｗｓｙｓｔｅｍｓｉｎｔｈｅＧｅｒｍａｎＳｐｅａｋｉｎｇｃｏｕｎｔｒｉｅｓ：Ｓｕｍｍａｒｙｏｆｌｏｎｇ—ｔｅｒｍｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＳｃｉＴｅｃｈ，１９９７，３５（５）：ｌ５７－ｌ６６．（责任编辑：刘翠玲）───────────────第一作者简介：李辉，男，１９８０年１月生，现为太原理工大学２００４级在读硕士研究生，山西省太原市，０３００２４．ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＷｅｔｌａｎｄｓｉｎＴｒｅａｔｉｎｇｔｈｅＷａｓｔｅＷａｔｅｒＬＩＨｕｉ，ＷＡＮＧＺｅｎｇ－ｚｈａｎｇＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｉｎｔｈｅｌａｓｔｆｅｗｙｅａｒｓａｎｄｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓ，ｐｒｏｂｅｓｉｎｔｏｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｒｅｍｏｖｉｎｇＮａｎｄＰ，ｌｏｏｋｓｆｏｒｗａｒｄｔｏｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎＣｈｉｎａ，ａｎｄａｄｖａｎｃｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｆｉｅｌｄ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄ；ｒｅｍｏｖａｌｏｆＮａｎｄＰ；ｗａｓｔｅｒｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ李辉，王增长人工湿地处理废水的应用研究本刊Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ综述１６７。