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摘要：人工湿地是一种经济高效的污水处理工艺。通过对人工湿地分类、污水处理机理、处理工艺、处理效果影响因素的研究，提出了人工湿地工艺深入研究的方向。
关键词：人工湿地；机理；处理工艺
Abstract: Artificial wetland is a kind of economic and efficient wastewater treatment process. This paper is based on the classification, mechanism of artificial wetland sewage treatment, treatment process, the effect of factors and puts forward the direction of further research of artificial wetland technology.
Keywords: artificial wetland; mechanism; treatment process
中图分类号：[R123.3]
人工湿地是人工建造并监督控制的与沼泽类似的地面，是在一定的长宽比和地面有坡度的洼地中，由各种基质(如土壤、砾石等)混合组成的基质床，并在床体种植各种纳污能力强、成活率高、美观及具有经济价值的耐水性草本、木本植物(如芦苇、香蒲等)。近年来，人工湿地作为一种低投资、低能耗、低处理成本和具有氮磷去除功能的废水生态处理技术，已被广大城市所接受并应用[1]。
1、人工湿地的分类
目前，人工湿地分类主要是根据城市中的人工湿地水流方式差异、人工湿地主要植物形式以及人工湿地的建造目的来进行分类，表1为人工湿地分类一览表。
表1 人工湿地分类一览表
2、人工湿地污染物去除机理的研究
当污水流过湿地床过程中，悬浮颗粒物首先通过人工湿地中植物的根系以及湿地填料的拦截、吸附、共沉降等作用从污水中去除；有机部分随着时间的推移被植物根系微生物和填料上生成的生物膜逐渐降解；无机部分被截留成为湿地床的一部分。
有机污染物在人工湿地系统中的去除主要是通过3种途径：①较大的不溶性有机颗粒团经沉降过滤被填料与植物截留，并可部分被微生物降解；② 污水中的可溶性有机物可被植物根系与填料表面上的生物膜吸附、吸收和代谢作用；③通过对填料的定期更换和植物收割将新的有机体从湿地中去除。对于氮磷的去除研究比较多。
（1）人工湿地除氮
人工湿地除氮的途径主要包括植物的吸收、微生物的反硝化脱氮。植物是人工湿地系统的重要组成部分，水中氮的去除转化包括很多过程，其中一部分氮可以被湿地中的植物吸收通过收割得以去除，有资料研究表明：植物地上部分对TN的吸收占湿地中TN去除量的46％[2]。人工湿地对氮的去除主要靠氨化、硝化和反硝化作用。硝化作用是在好氧菌的作用下先由亚硝酸菌将氨氮氧化成NO2-，再由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为NO3-。反硝化是在无氧条件下进行，由反硝化菌利用硝酸盐中的氧进行呼吸，氧化分解有机物，将硝酸氮还原为N2和N20，逸出系统。
（2）人工湿地除磷
人工湿地除磷机理主要是基质的吸附、化学作用、植物和藻类吸收、与有机物结合、微生物同化等，其中基质对磷的吸附被认为是最有效的机制[3]。影响人工湿地除磷的因素有水力条件、pH、溶解氧等。水力停留时间长，作用时间就长，则湿地系统对总磷的处理效果相对就好[4]。湿地系统的pH值主要是通过不溶性磷酸盐的沉淀作用来影响磷的去除效果的。资料表明5]：pH值的变化对TP的去除效果的影响较大，当pH值在5—6之间时，石葛蒲床和美人蕉床TP的平均去除率分别为74.2％一82.6％和76.0％一84.1％，当pH值在7～8时，TP的去除效果与试验中的其他范围相比是最好的，石葛蒲床和美人蕉床TP去除率分别达到84.9％一87.9％和86.4％一89.7％ 之间。而且在pH值为8时，TP的去除率在两种植物床都达到了一个最高值即87．9％和89．7％。这是因为，当pH值较低时，主要依靠Fe、Al等的作用将磷酸盐吸附沉淀，而在偏碱性的环境下，最有利于Ca对磷酸根的吸附和沉淀。
3、 人工湿地组合工艺的研究
为了深化人工湿地处理效果，扩大人工湿地技术的应用范围，人工湿地的工艺也在不断更新中。或者人工湿地与各种前处理工艺相结合，或者几种不同形式的湿地结合组成新工艺，扬长避短，使处理系统具有更好的稳定性和处理结果。
李捍东等[6]针对河北省东部某黑臭河流治理项目，开展了曝气／微生物／人工湿地组合工艺处理黑臭河水的中试研究。经过2个月的运行，在进水污染物浓度高且水质波动大的情况下，系统仍运行效果良好，COD、NH3一N、TP分别从519、11.5、6.5mg/L左右下降到33、1.5、0.25 mg/L，出水水质达到了《地表水环境质量标准》中的V类水质标准。叶亚玲等研究了用降流式厌氧生物滤池与人工湿地组合工艺处理中小城镇生活污水，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002的一级A标准[7]。徐海娟等提出高效生物滤池-人工湿地组合工艺，指出该工艺是该类组合工艺的代表，具有高效低耗、耐负荷冲击、运行稳定、使用寿命长的优点，适于在珠三角地区应用推广[8]。姚琦等针对武汉市某远城区“新农村建设典型社区”生活污水，采用一级强化／三级串联潜流人工湿地／稳定塘工艺进行处理。结果表明，处理后出水水质优于设计指标，水质感观良好。整个处理工艺投资少，运行费用低，景观效果好，为“新农村”建设中生活污水的处理提供了良好的示范作用[9]。
4、展望
人工湿地是一种低能耗、高效且与自然界相和谐的污水处理工艺，正受到人们越来越多的关注。与传统处理技术相比有很多优势，具有造价低、运行费用少、低能耗或无能耗、运行管理简单和维护方便等优点 。这项技术比较适合我国国情，尤其适用于广大农村、中小城镇、小型工矿企业、居民小区及城市分散型的污水处理，具有很好的应用前景。但这项技术目前仍然不够完善，由于其自身净化水体机理的复杂性及环境的约束性，在有限的工程实践中并非全部能取得理想的净化效果，因此，无论是在净化机理还是其应用方面都还需要更深入的研究。人工湿地对于污染负荷有一定的适用范围，超过了人工湿地的承受能力不仅会降低污水处理效果，而且还会造成基质的堵塞，从而减少人工湿地的使用寿命，因此在实际应用中，可以与现有成熟的城市、企业污水处理工艺相结合，在前端对于污染负荷过高的污水进行预处理以减轻人工湿地的处理负荷。溶解氧是人工湿地去除氮磷的重要因素，也是增强好氧微生物活性的决定性因素，对于如何提高人工湿地中溶解氧将会成为研究的热点。温度的降低也会影响人工湿地污水净化的效率，因此，针对我国北方大部分寒冷地区，研究如何利用人工湿地特有的功能特性来改善水质以及当地的生态环境具有重要的现实意义。
参考文献
[1] 万佳静，王湛，李军，等.基质在人工湿地中的作用[J].环境保护科学, 2009, 35( 3) : 16- 19；
[2] 金卫红，付融冰，顾国维．人工湿地中植物生长特性及其对TN和TP的吸收[J]．环境科学研究，2OO7，20(3)：75—80；
[3]晓磊．人工湿地废水处理机理[J]．环境科学，1995，16(3)：83-86；
[4]梁继东，周启星，孙铁珩．人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析[J]．生态学杂志，2003，22(2)：49-55；
[5]熊国祥．人工湿地磷的行为与去除机理的研究[D]．广东：广东工业大学硕士学位论文，2007；
[6]李捍東，朱健，王平，等.曝气／微生物／人工湿地组合工艺处理黑臭河水[J]．中国给水排水，2009，25(11)：22-24；
[7]叶亚玲，何成达，谈玲，等.DAF+CW组合处理中小城镇生活污水[J]．污染防治技术，2003，16(4)：143—145；
[8]徐海娟，王汉道，罗斌华.适合珠三角地区村镇污水处理工艺的探讨[J]．广东轻工职业技术学院学报，2009，8(1)：17-20；
[9]姚琦，喻俊，雷晶.武汉市某“新农村"小区分散式污水处理工程[J]．中国给水排水，2009，25（12）：37-39.
关键词：人工湿地；机理；处理工艺
Abstract: Artificial wetland is a kind of economic and efficient wastewater treatment process. This paper is based on the classification, mechanism of artificial wetland sewage treatment, treatment process, the effect of factors and puts forward the direction of further research of artificial wetland technology.
Keywords: artificial wetland; mechanism; treatment process
中图分类号：[R123.3]
人工湿地是人工建造并监督控制的与沼泽类似的地面，是在一定的长宽比和地面有坡度的洼地中，由各种基质(如土壤、砾石等)混合组成的基质床，并在床体种植各种纳污能力强、成活率高、美观及具有经济价值的耐水性草本、木本植物(如芦苇、香蒲等)。近年来，人工湿地作为一种低投资、低能耗、低处理成本和具有氮磷去除功能的废水生态处理技术，已被广大城市所接受并应用[1]。
1、人工湿地的分类
目前，人工湿地分类主要是根据城市中的人工湿地水流方式差异、人工湿地主要植物形式以及人工湿地的建造目的来进行分类，表1为人工湿地分类一览表。
表1 人工湿地分类一览表
2、人工湿地污染物去除机理的研究
当污水流过湿地床过程中，悬浮颗粒物首先通过人工湿地中植物的根系以及湿地填料的拦截、吸附、共沉降等作用从污水中去除；有机部分随着时间的推移被植物根系微生物和填料上生成的生物膜逐渐降解；无机部分被截留成为湿地床的一部分。
有机污染物在人工湿地系统中的去除主要是通过3种途径：①较大的不溶性有机颗粒团经沉降过滤被填料与植物截留，并可部分被微生物降解；② 污水中的可溶性有机物可被植物根系与填料表面上的生物膜吸附、吸收和代谢作用；③通过对填料的定期更换和植物收割将新的有机体从湿地中去除。对于氮磷的去除研究比较多。
（1）人工湿地除氮
人工湿地除氮的途径主要包括植物的吸收、微生物的反硝化脱氮。植物是人工湿地系统的重要组成部分，水中氮的去除转化包括很多过程，其中一部分氮可以被湿地中的植物吸收通过收割得以去除，有资料研究表明：植物地上部分对TN的吸收占湿地中TN去除量的46％[2]。人工湿地对氮的去除主要靠氨化、硝化和反硝化作用。硝化作用是在好氧菌的作用下先由亚硝酸菌将氨氮氧化成NO2-，再由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为NO3-。反硝化是在无氧条件下进行，由反硝化菌利用硝酸盐中的氧进行呼吸，氧化分解有机物，将硝酸氮还原为N2和N20，逸出系统。
（2）人工湿地除磷
人工湿地除磷机理主要是基质的吸附、化学作用、植物和藻类吸收、与有机物结合、微生物同化等，其中基质对磷的吸附被认为是最有效的机制[3]。影响人工湿地除磷的因素有水力条件、pH、溶解氧等。水力停留时间长，作用时间就长，则湿地系统对总磷的处理效果相对就好[4]。湿地系统的pH值主要是通过不溶性磷酸盐的沉淀作用来影响磷的去除效果的。资料表明5]：pH值的变化对TP的去除效果的影响较大，当pH值在5—6之间时，石葛蒲床和美人蕉床TP的平均去除率分别为74.2％一82.6％和76.0％一84.1％，当pH值在7～8时，TP的去除效果与试验中的其他范围相比是最好的，石葛蒲床和美人蕉床TP去除率分别达到84.9％一87.9％和86.4％一89.7％ 之间。而且在pH值为8时，TP的去除率在两种植物床都达到了一个最高值即87．9％和89．7％。这是因为，当pH值较低时，主要依靠Fe、Al等的作用将磷酸盐吸附沉淀，而在偏碱性的环境下，最有利于Ca对磷酸根的吸附和沉淀。
3、 人工湿地组合工艺的研究
为了深化人工湿地处理效果，扩大人工湿地技术的应用范围，人工湿地的工艺也在不断更新中。或者人工湿地与各种前处理工艺相结合，或者几种不同形式的湿地结合组成新工艺，扬长避短，使处理系统具有更好的稳定性和处理结果。
李捍东等[6]针对河北省东部某黑臭河流治理项目，开展了曝气／微生物／人工湿地组合工艺处理黑臭河水的中试研究。经过2个月的运行，在进水污染物浓度高且水质波动大的情况下，系统仍运行效果良好，COD、NH3一N、TP分别从519、11.5、6.5mg/L左右下降到33、1.5、0.25 mg/L，出水水质达到了《地表水环境质量标准》中的V类水质标准。叶亚玲等研究了用降流式厌氧生物滤池与人工湿地组合工艺处理中小城镇生活污水，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002的一级A标准[7]。徐海娟等提出高效生物滤池-人工湿地组合工艺，指出该工艺是该类组合工艺的代表，具有高效低耗、耐负荷冲击、运行稳定、使用寿命长的优点，适于在珠三角地区应用推广[8]。姚琦等针对武汉市某远城区“新农村建设典型社区”生活污水，采用一级强化／三级串联潜流人工湿地／稳定塘工艺进行处理。结果表明，处理后出水水质优于设计指标，水质感观良好。整个处理工艺投资少，运行费用低，景观效果好，为“新农村”建设中生活污水的处理提供了良好的示范作用[9]。
4、展望
人工湿地是一种低能耗、高效且与自然界相和谐的污水处理工艺，正受到人们越来越多的关注。与传统处理技术相比有很多优势，具有造价低、运行费用少、低能耗或无能耗、运行管理简单和维护方便等优点 。这项技术比较适合我国国情，尤其适用于广大农村、中小城镇、小型工矿企业、居民小区及城市分散型的污水处理，具有很好的应用前景。但这项技术目前仍然不够完善，由于其自身净化水体机理的复杂性及环境的约束性，在有限的工程实践中并非全部能取得理想的净化效果，因此，无论是在净化机理还是其应用方面都还需要更深入的研究。人工湿地对于污染负荷有一定的适用范围，超过了人工湿地的承受能力不仅会降低污水处理效果，而且还会造成基质的堵塞，从而减少人工湿地的使用寿命，因此在实际应用中，可以与现有成熟的城市、企业污水处理工艺相结合，在前端对于污染负荷过高的污水进行预处理以减轻人工湿地的处理负荷。溶解氧是人工湿地去除氮磷的重要因素，也是增强好氧微生物活性的决定性因素，对于如何提高人工湿地中溶解氧将会成为研究的热点。温度的降低也会影响人工湿地污水净化的效率，因此，针对我国北方大部分寒冷地区，研究如何利用人工湿地特有的功能特性来改善水质以及当地的生态环境具有重要的现实意义。
参考文献
[1] 万佳静，王湛，李军，等.基质在人工湿地中的作用[J].环境保护科学, 2009, 35( 3) : 16- 19；
[2] 金卫红，付融冰，顾国维．人工湿地中植物生长特性及其对TN和TP的吸收[J]．环境科学研究，2OO7，20(3)：75—80；
[3]晓磊．人工湿地废水处理机理[J]．环境科学，1995，16(3)：83-86；
[4]梁继东，周启星，孙铁珩．人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析[J]．生态学杂志，2003，22(2)：49-55；
[5]熊国祥．人工湿地磷的行为与去除机理的研究[D]．广东：广东工业大学硕士学位论文，2007；
[6]李捍東，朱健，王平，等.曝气／微生物／人工湿地组合工艺处理黑臭河水[J]．中国给水排水，2009，25(11)：22-24；
[7]叶亚玲，何成达，谈玲，等.DAF+CW组合处理中小城镇生活污水[J]．污染防治技术，2003，16(4)：143—145；
[8]徐海娟，王汉道，罗斌华.适合珠三角地区村镇污水处理工艺的探讨[J]．广东轻工职业技术学院学报，2009，8(1)：17-20；
[9]姚琦，喻俊，雷晶.武汉市某“新农村"小区分散式污水处理工程[J]．中国给水排水，2009，25（12）：37-39.