人工湿地改良技术研究进展

人工湿地改良技术研究进展

发表时间：2016-09-13T16:17:44.473Z 来源：《工程建设标准化》2016年7月总第212期作者：陈凯李月娟任金亮[导读] 人工湿地作为一种生态化的污水处理技术，以其投资省、运行简单、能耗少等特点被广泛的应用于各种污水处理领域。

（1.黄河勘测规划设计有限公司，河南，郑州，450003）（2.河南建筑职业技术学院，河南，郑州，450064）Research Progress on the Improvement Technologies of Constructed Wetlands CHEN Kai1，LI Yue-juan2，REN Jin-liang1 （1.Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd，Zhengzhou 450003，China）（2.Henan Technical College of Construction，Zhengzhou 450064，China）

【摘要】人工湿地作为一种生态化的污水处理技术，以其投资省、运行简单、能耗少等特点被广泛的应用于各种污水处理领域。随着目前污水排放要求的逐渐严格，单一的人工湿地处理工艺无法满足要求。因此，近年来逐渐兴起对人工湿地处理工艺运行控制策略以及与其他污水处理工艺组合的研究，并由此开发出曝气人工湿地系统、人工湿地/微生物燃料电池系统、人工湿地/膜反应器系统等新工艺组合。本文旨在通过综述已有相关文献的基础上，分析各组合工艺研究的研究进展，提出今后应用研究应解决的问题。

【关键词】人工湿地；微生物燃料电池；控制策略

【Abstract】Given the advantages in terms of low–cost, easy-operation and less energy consumption, constructed wetlands (CWs) have been widely utilized in the treatment of various wastewater. With the more stringent discharge standards, CWs systems operating as standalone technologies are unable to meet the requirements of the new guidelines, which drive the improvement in design and operational strategies and the integrating CWs with other treatment technologies, such as artificial aeration CWs, CWs/microbial fuel cell(MFC),and CWs/membrane bio-reactor(MBR). The main objective of this paper is to review and summarize the advance in combinations of CWs with other treatment technologies, and describe the challenges for these integrated technologies in the future.

【Keywords】constructed wetlands；microbial fuel cell；operational strategies

人工湿地是借鉴天然湿地净化污水的原理，通过人工控制措施强化其净化能力的污水处理技术。基于其建设运行成本低、耗能少和运行调度方式简单等特点，人工湿地被广泛的应用在处理城市生活污水、雨水径流和农业面源污染治理、污染河道修复等方面。

在具体的应用中，制约人工湿地技术进一步发展和长期稳定运行的因素主要有：一是人工湿地占地面积较大，大约是传统污水处理工艺的2~3倍；二是人工湿地基质易堵塞，尤其是在高有机物或悬浮固体负荷的情况下；三是总氮（TN）去除率较低，在于湿地内部硝化反应受氧转移速率限制或反硝化缺少足够的碳源；四是人工湿地对于难降解有机物和重金属的去除率较低。

随着《水污染防治行动计划》的出台，国家对于污水处理排放标准也逐渐严格，人工湿地系统作为一项独立的技术难以适应新的技术标准的要求。因此在传统的表流湿地（FWS CWs）、水平潜流湿地（HF CWs）和垂直潜流湿地（VF CWs）的基础上，逐渐发展出不同的组合类型（如FWS-HF CWs、HF-VF CWs等）。本文主要分析了人工湿地改良技术（运行控制策略以及与其他污水处理工艺结合）研究状况。

1．人工湿地控制策略

1.1 潮汐流人工湿地

潮汐流人工湿地是一种间歇式进水的新型湿地系统，其原理是利用类似潮汐式的运行方式造成床体饱和浸润面变化产生的孔隙吸力将大气氧吸入湿地基质或土壤空隙，提高人工湿地的溶解氧，加快有机物和氨氮的去除[1]。潮汐流湿地包含瞬时进水、反应、瞬时排空及闲置4个阶段。王帅[2]等的中试研究表明潮汐流人工湿地对CODCr、氨氮、TN和TP的去除率比垂直潜流人工湿地分别高10.23%、19.89%、12.76%和22.12%。吕涛[3]等研究表明潮汐流人工湿地中微生物活性达到0.3mg/g，是水平潜流人工湿地的近3倍。潮汐流人工湿地在具有较高的氧利用率的同时，却限制了系统内的反硝化过程，使得系统出水中富集大量的NO3-N，直接限制了TN的去除能力。因此，控制潮汐流湿地不同阶段的时间，进而调控湿地内部的复氧量和氧化还原环境是需要继续研究的重要内容。

1.2 曝气人工湿地

曝气能够提高基质内的溶解氧水平，增强生物膜的活性，提高有机物和氨氮的去除能力。方焰星等[4]研究曝气对不同植物组合的复合垂直流人工湿地氮的净化效果，金边石菖蒲和宽叶泽苔曝气人工湿地组合对水体中氨氮的平均去除率最高达到84.88%，灯芯草和梭鱼草人工湿地组合对亚硝态氮的去除率最高达到94.91%。对于TP的去除尚存在一定争议，马建敏[5]研究表明曝气能够提高水平潜流湿地COD去除率30%，对水中TP的去除无显著相关关系（p≥0.05）。

连续曝气将增加人工湿地的能耗，但仍低于活性污泥法这类传统污水处理工艺，然而连续曝气不利于系统内形成缺氧环境，导致氨氮和TN的去除率较低。间歇式曝气能够提供一个交替的好氧和缺氧环境，使硝化和反硝化反应同时发生，提高TN的去除率。郭烨烨[6]研究表明间歇曝气能够实现氨氮、TN和COD的同步去除，去除率分别可达到98.0%、86.7%和96.3%。

1.3 回流式人工湿地

回流式人工湿地是将一部分出水回流至人工湿地入流端，目的在于增加污染物与附着在植物根系与基质表面生物膜的接触，回流混合液中的反硝化细菌可以利用原污水中的有机物作为碳源，实现脱氮。回流技术主要应用于水平潜流湿地和垂直潜流湿地，多数情况下的回流比为0.5~2.5[7]。

张涛[8]等研究表明将潜流人工湿地出水按1/3的回流比回流到进水口，TN的去除率达到60%以上，相比未回流处理提高了20%。包涵[9]等对无回流、回流至进水处、回流至湿地前半部分3种回流方式进行试验研究，并对2种回流比（1:1和10:1）条件下的水平潜流人工湿地污染物去除效果进行比较，当回流比为1:1时，总有机碳和氨氮的去除率不明显，当回流比为10:1时，湿地内部总有机碳和氨氮去除率显著提高，不同的回流方式之间无显著差异。