人工湿地对不同废水的净化效果研究

李雨桓 周沁宇 黄英才 申泰铭

摘 要：近年来，由于人工湿地的建造成本低、操作方便且废水净化效果好，利用人工湿地修复技术对废水进行治理的方法引起了广泛关注。本文通过文献和资料调研，对人工湿地净化不同类型废水的效果进行了对比分析，概述了人工湿地修复技术的修复机理及其处理不同类型废水的应用现状。

关键词：人工湿地;废水处理;净化效果

中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）08-0146-03

Research on the Purification Effect of Constructed Wetland

on Different Wastewater

LI Yuhuan ZHOU Qinyu HUANG Yingcai SHEN Taiming

（College of Environmental Science and Engineering， Guilin University of Technology，Guilin Guangxi 541004）

Abstract： In recent years， due to the low construction cost， convenient operation and good wastewater purification effect of constructed wetland， the method of wastewater treatment by using constructed wetland remediation technology has attracted wide attention. In this paper， through literature and data research， the effects of different types of wastewater purification by constructed wetland were compared and analyzed， and the remediation mechanism of constructed wetland remediation technology and the application status of different types of wastewater treatment were summarized.

Keywords： constructed wetlands;wastewater treatment;purification effect

随着工农业生产的不断发展，水环境污染问题逐渐凸显。水环境质量在人类生产生活中起着重要作用。传统的废水处理方式存在技术粗放、价格昂贵以及净化效率不高的弊端。面对不断升级的水环境要求，要不断创新治理废水的手段。人工湿地作为一项新型的污水生态修复技术，不仅建设简单、易操作、维护成本低，而且具备物理法、化学法、生物法的效能，为废水处理提供了一种新的选择。1953年，德国人Kathe Seldel进行了人工湿地污水处理实验，设计了Krefeld湿地系统，并对其加以应用[1]。随后，国内外越来越多的学者对人工湿地修复技术如何更好地应用到废水处理中进行了系统研究。1987年，天津环境保护研究所建成首例芦苇湿地工程[2]，人工湿地被引入中国。人工湿地除了具有废水净化的作用外，还具备建设特色景观的功能，其成为中国生态修复行业的重要发展方向。

1 人工湿地的运行机理

1.1 人工湿地的定义

人工湿地是由人工构筑及控制运行的与自然湿地类似且具有可控性和工程化特点的生态系统，其主要利用植物、基质和土壤微生物等的联合作用处理废水[3-5]。人工湿地作为一种新兴的污水处理系统，具有净化效率高、投资和运行成本低等优势，在世界范围内得到了广泛应用。

1.2 人工湿地的净化机理

人工湿地的净化机理如表1所示。人工湿地充分利用湿地系统净化污水能力的特点，利用生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过吸附、过滤、沉淀、生物降解等方式有效去除水体中的污染物质[6-7]。

1.3 人工湿地的运行方式

人工湿地污水净化系统一般由消化池、人工湿地、净化水再利用池三个基本部分构成。在消化池中进行预处理，主要由厌氧细菌对污水中的有机污染物进行分解，污水经分解后产生的比重较大的颗粒物会沉积在池底，形成污泥层，而比重较小的油脂类物质则会浮于水层表面，形成浮渣层;人工湿地主要处理的是中间相对澄清的水，这部分水经人工湿地处理后将进入净化水再利用池，净化后的水在一定程度上可以替代常规水资源，作为中水回用，具有良好的环境效益和经济效益[7]。

2 人工湿地在不同类型废水处理中的应用现状

2.1 处理生活污水

利用人工湿地处理生活污水，具有良好的环境效益、经济效益和社会效益。WU等人以位于中国台湾仙桃的一个溢洪道人工湿地为例，检测了生活污水处理系统的出水水质[8]。结果表明，2012—2018年，随着运行时间的延长，其降解效率不断下降，生活污水中的化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮含量指标（NH3-N）、总氮（Total Nitrogen，TN）和总磷（Total Phosphorus，TP）的降解效率分別下降了10%、18%、15%和28%。有人利用水生植物长苞香蒲的人工漂浮湿地处理污水，经过12个月的水质监测，发现COD、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD5）和总悬浮物（Total SusPended Solid，TSS）去除率分别为55%、56%和78%[3]。综上所述，人工湿地对生活污水COD、BOD5、TN、TP等的去除均有显著效果，但实际去除效果与湿地的运行时间、相关基质及植物的选择等因素有关。

2.2 人工湿地脱氮机理

人工湿地脱氮是一个复杂的过程，通常包括硝化和反硝化、植物吸收、底物吸附、NO2的排放和挥发等。TN的去除率主要取决于硝化作用和反硝化碳源的可利用性，人工湿地独特的注水方式使其系统中的溶解氧水平较低，无法满足微生物自身的耗氧需求和有机物分解的需求，从而限制了系统的脱氮效果[9]，因此有必要在原有基础上增加溶解氧含量。此外，温度、pH、植物等环境因素，碳氮比、进出水方式、水力停留时间、湿地类型、进水负荷和出水循环等因素对脱氮效果的影响也较大[10]。在人工湿地中，通过间歇曝气创造好氧-缺氧交替环境的研究越来越受到重视。表2总结了一些人工湿地采用间歇式曝气的案例[11-14]。

2.3 处理抗生素废水

LIU等人研究了人工湿地土壤（红壤）层在不同水力负荷下去除兽用抗生素及相应的抗性基因，结果表明，土壤层对土霉素和环丙沙星有良好的去除效果，但对磺胺二甲基嘧啶的去除效果不理想，其中，土壤层模拟系统出水中土霉素、环丙沙星和磺胺二甲嘧啶的检出率分别为8.33～36.36%、8.33～47.83%和100%[15]。杨月琴等人研究了垂直流人工湿地中植物、水力停留时间、进水方式对布洛芬和罗红霉素的去除效果的影响。结果发现，提高布洛芬和罗红霉素的降解效率的主要因素是植物的存在和增加水力停留时间[16]。综上所述，人工湿地对污水中抗生素的高效去除，得益于该工艺所具有的多途径污染物降解转化特征及其与其他废水处理工艺的优势组合，通过基质吸附、植物吸收和增强水力停留时间等方法可有效提升废水中抗生素成分的降解效率。

3 结语

人工湿地作为一种生态友好型废水处理工艺，对COD、BOD5、TN、TP和NH3-N等均有较高的去除率，其在降低建造成本的同时，还有助于构建景观和改善环境。研究者们在人工湿地领域进行了大量研究。为了更好地发挥人工湿地净化废水的优势，目前主要研究方向的有优化设計以节约土地面积;筛选更具优势的基质或植物种类;实现处理单元的自动化等。

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