人工湿地污水生态处理工艺强化应用进展

      今天，我们将根据不同类型人工湿地的污水净化处理性能和存在的不足，总结当前人工湿地的常见问题，从优化湿地填料、创新湿地结构、调整运行策略等角度讲解人工湿地强化措施。人工湿地主要由填料、植物和微生物组成，其中填料介质是湿地最关键的组成部分。作为污染物去除功能的载体，它不仅为植物和微生物的生长提供了基本环境，而且通过直接和间接的作用去除了污染物。因此，合理选择填料介质，优化当地土壤类型的布局，是加强人工湿地污水处理性能的重要途径。此外，人工湿地的性能也受到温度、进水负荷、湿地结构、运行模式等因素的影响，这些关键因素的调整及其对湿地处理性能的影响也引起了国内外学者的广泛关注。

人工湿地分类。

人工湿地系统一般分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地。然而，这些传统的人工湿地通常不能考虑好氧和厌氧环境。因此，为了达到更好的污染物去除效果，特别是氮磷的去除，出现了由不同类型湿地组成的复合流人工湿地。在生产实践中，应充分考虑污水处理系统的处理对象、处理目标、处理成本、可用土地面积等。

#1

人工湿地表面流动。

人工湿地的表面流动类似于沼泽，在整个湿地表面形成自由水，水流向一定方向前进，在流动过程中与填料介质、植物根系和附着生长的生物膜接触，实现污水净化，从终端流出。表面流人工湿地投资运营成本低，操作管理简单，但占地面积大，水负荷小。冬天容易结冰。夏天容易滋生蚊蝇，净化能力受自由水深度影响很大，远不如其他类型的湿地。因此，表面流人工湿地仅适用于低污染污水处理。

#2

人工湿地水平潜流。

水平潜流人工湿地由填料基质、植物和微生物组成，床底有隔水层，纵向有坡度。污水从布水沟进入填料床，通过填料吸附、过滤、植物吸收和微生物降解去除污染物。水平潜流湿地可由多个填料床组成，因此水力负荷和污染负荷较大，对TSS.BOD5.COD等有很好的去除效果。但由于填料床缺氧，氨氮去除效果有限。在各类人工湿地中，水平潜流人工湿地的氧化还原条件相对稳定，有助于去除污水中的磷。

#3

垂直流人工湿地。

垂直流人工湿地作为渗滤土地处理系统的强化形式，通过地表和地下渗滤过程中的物理、化学和生物反应净化污水。在垂直流人工湿地中，氧气主要通过植物根系和大气传播进入湿地，不同深度的床体溶解氧状态也不同。由于表面溶解氧充足，硝化能力强，由于缺氧，床深处反硝化。当碳源充足时，垂直流湿地可以满足较高的总氮去除率，适合处理高氨氮污水。但由于间歇进水的影响，填料床中的溶解氧容易导致颗粒表面磷的解吸和释放，导致总磷去除性能不稳定。

#4

复合流人工湿地。

传统的单一人工湿地很难同时实现好氧和厌氧环境，从而限制了湿地的脱氮性能。因此，研究人员将水平流和垂直流人工湿地结合起来，开发了复合流人工湿地。在复合流人工湿地中，垂直流块去除有机物和悬浮颗粒，同时进行硝化反应；水平流块反硝化反应和有机物降解。复合流人工湿地能有效去除水中TSS(93.82%)、BOD5(84.06%)、COD(85.65%)和NH4+-N(80.11%)，但受系统组合类型、HLR和湿地植物的不同影响，TP(14%-99%)、NO3-N(13%-89%)和TN(31%-91%)

加强人工湿地污水处理的措施。

目前，人工湿地占地面积大、处理效果不稳定等突出问题。影响人工湿地污水处理效果的因素很多，一般可分为湿地参数（湿地结构、填料、植物、微生物等）、环境参数（温度、溶解氧、pH值等）、运行参数（进水负荷、水力停留时间等）三类。在综合考虑上述因素后，研究人员往往从优化湿地填料、创新湿地结构、调整运行策略等角度加强人工湿地污染物去除性能，研究相关机制。

优化湿地填料。

填料是人工湿地的骨架，大部分物理、化学和生物反应都是在填料中进行的。传统的人工湿地填料主要由土壤、细砂、粗砂、砾石、沸石、碎瓦或灰渣组成。虽然这些天然材料具有价格低廉、材料方便等优点，但孔隙度低、饱和度高，不能满足湿地出水要求高、湿地运行周期长的要求。为此，研究人员试图通过优化湿地填料来增强其性能。

合成填料。主要是指加工生产的新型填料，或对现有填料进行改性，以提高其吸附性能。Drizo等人使用钙化海藻作为人工湿地填料，磷去除率高达98%，明显高于普通砾石填料。卢宏伟等人发明了一种人工湿地专用填料，将水泥、粉煤灰、水按一定比例混合，加入铝粉发泡剂搅拌均匀，将浆料倒入模具中，在20-50℃下发泡20-60分钟。这种新型填料对磷的理论饱和吸附为10mgg-1。

新型功能材料。马柯以生物炭、零价铁(ZVI)等新型功能材料为填料介质，开发了新型复合流人工湿地。结果表明，在水流停留时间为1.5d、表面负荷为1.21gTNm-2d-1的情况下，对照组人工湿地的化学需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的去除率分别为94.28%±6.04%.68.27%±7.09%.52.24%±4.54%±6.27%±8.88.37%±1.47%±0.88.34%±0.88.34%±0.88.34%±0.34%±0.88.34%±0.34%±0.65%±0.91.59%±3.

铁碳微电解填料。铁碳微电解材料不仅具有高效的磷吸附能力，而且在铁碳之间形成电极电位差，几乎形成无数微原电池，促进有机物的去除。Jia等人发现，铁和碳基湿地中硝酸盐的还原率可以通过铁碳微电解工艺达到87%，一氧化二氮(N2O)排放低(4.6-11.75μgm-2h-1)，因为反硝化过程已经完成。此外，铁和碳基湿地使重金属总铬(Cr)和总铅(Pb)减少75%-97%。