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人工湿地脱氮除磷研究进展

摘要归纳总结有关人工湿地去除氮和磷的机理，并分析基质、进水水质和水

流类型等因素对处理效果的影响，指出存在的问题和发展方向。

关键词人工湿地；氮和磷；潜流；表面流；垂直流

湿地是指被地表水或地下水长期或间断性地淹没或饱和，并通常伴生有优势

的水生植被与水生生物的地方[1]。从组成来看，湿地系统包括水、永久性或间

歇性处于饱和状态的基质以及水生生物[2]。人工湿地就是利用自然湿地生态系

统中物理、化学、生物的协同作用，由人工设计和建造的一种新型污水处理系统，

是人工建造和监督控制的工程化的沼泽地。在污水净化方面，湿地被认为是“天

然的污水净化器”。与常规的污水处理系统相比，湿地技术的优点有：基建投资

和运行费用低，分别相当于传统二级污水厂的1/10～1/2和1/5～1/3[3]；抗冲击

负荷、处理效果稳定、出水水质好；芦苇等植物可以利用（作为造纸原料）等。

但是也存在处理负荷有限，占地面积较大，易受季节变化（如温度和降雨量变化）

影响等缺点[4]。因此，人工湿地技术不失为我国经济尚欠发达、地理条件相对

宽裕的广大中小城镇、居民小区污水处理的优选方案。目前，人工湿地已经广泛

地应用于处理生活、养殖污水，蓄积和净化暴雨径流，利用人工湿地控制面源污

染，恢复和重建河流、湖泊湿地，在线净化受污河、湖水等各个方面。

1污染物去除机理

人工湿地充分利用填料、植物根系和微生物的作用，形成一个综合处理工艺，

从而有效地去除污染物。

1.1有机物的去除

沉淀和过滤作用可以截留不溶性有机物，进而使有机物被微生物利用。人工

湿地成熟以后，在填料和植物根系表面会形成生物膜。有机物经过时被生物膜吸

附、吸收，进而被微生物所降解。

1.2氮的去除

沸石等填料对氨氮有吸附作用，pH值较高（大于8.0）时会有气态氨挥发出

来。植物也会吸收无机氮作为自身营养物质，但是一般不到TN去除量的10%。

也有研究表明，植物吸收可以去除更多无机氮。但是人工湿地中氮的去除主要还

是靠微生物的氨化、硝化和反硝化作用。由于植物根系能够释放氧气，使得根系

周围出现厌氧、缺氧和好氧环境，有利于脱氮反应的进行。但是由于硝化的速率

比较慢，有限的氧气大多被有机物消耗掉了，所以硝化作用受到了限制。又由于

有机物被分解掉了，所以反硝化的碳源又受到影响。所以很多人工湿地的脱氮效

率并不是很高。湿地工艺类型或者进水中氮的负荷不同时，处理效率也不同。

为改善潜流人工湿地中的缺氧状态，增加潜流人工湿地中的DO，孙亚兵等

[5一方面在潜流湿地中铺设3层PVC穿孔管，增加管路中废水与空气的接触，

增强大气的输氧作用；另一方面，系统采用连续进水、间歇出水的方式，延长了

废水与空气的接触时间，改善了缺氧状况，COD、NH4+-N、TP的去除负荷随着

进水浓度的升高而增大，其最高去除负荷分别为226.38kg/d·hm2、44.40kg/d·hm2、

10.44kg/d·hm2，相应的去除率为89.45%、88.93%、90.25%，且系统有较强的抗

冲击负荷能力。

1.3磷的去除

与磷元素的去除有关的作用有理化作用，有吸附和沉淀作用、沉积作用、土

壤和表覆水之间的扩散交换作用等。生化过程有：植物、附着微生物、其他微生

物的吸收；植物枯枝和土壤中有机磷的分解和矿化。

但是吸附和沉淀容易达到饱和，植物的吸收作用也是有限的。因此，一般

湿地的除磷效率不是很高，在40%到60%之间。为了提高除磷效果，应该选择

吸附和沉淀效果好的基质，如砾石等含有钙离子的基质；可以引入含有Fe3+、

Al3+的废水，或加入FeCl3和KAlSO4·12H2O（明矾）等药剂[2；调节pH值和

ORP等环境条件；还要经常收割长好的植物，集中处理和利用。

2湿地净化污水的影响因素

湿地净化污水主要是通过湿地中的植物、土壤和微生物等成分的共同作用，

而且更多的时候还是这些成分的相互作用，导致了湿地具有强大的净化功能。进

水水质、湿地的组成和结构特点、环境条件以及操作和运行的方式等都会对湿地

的净化效果产生影响。

2.1基质

基质包括有机介质，如土壤、草炭，还包括砾石、沸石、高炉渣和粉煤灰等

无机介质。

土壤是湿地的基本基质和载体，其去污过程来自离子交换、专性与非专性吸

附、螯合作用、沉降反应等。实际上，土壤对污水中磷和重金属的净化主要就是

通过上述反应实现的，其反应产物最终吸附或