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人工湿地污水净化机理及植物的应用研究 摘要 人工湿地因在污水处理系统中去污效果好，建造运行费用低，已经成为人们竞相研究的热点，本文通过对人工湿地的分类、去除污染物的作用机理、湿地植物的功能和选择原理等方面的研究进展，分析了氮磷、有机物和重金属等有机物的去除机理，探讨了湿地植物的分类和对不同类型人工湿地的去除效果，最后对人工湿地后续应加强研究的几个方面进行展望。 关键词：人工湿地；净化机理；湿地植物 中图分类号：X703 文献标识码：A随着社会的发展和水资源短缺问题的加剧，人类对水环境要求不断提高，我国对水质的排放标准也越来越严格。近几十年来，全国各地兴建大量污水处理厂，对我们水质的提高起到巨大的改善作用。早期污水处理厂普遍采用的二级生物处理工艺虽然可以很大幅度的降低污染物浓度，但处理后的水质仍然无法满足新的排放标准。同时对于已被污染和自净能力较低的受纳水体来说，只能延缓水环境污染的发展趋势，排放水体中污染物浓度仍较高[1]，此类水体无法作为景观园林等需要的回用水体。另外，二级处理工艺因受到自身条件制约，现有的污染物去除水平已不能再大幅提高[2]。 被誉为“地球之肾”的湿地，是陆生生态与水生生态之间的过渡地带，能够环境自净、调节气候、维持生态平衡的生态系统[3]，其在地球上治理污染方面起到不可替代的作用。但目前许多自然湿地的净化能力已逐渐饱和，许地区采取积极措施保护自然湿地，同时不断地开发新型人工湿地来模拟自然湿地进行水质的改善，补充修复已污染受纳水体[4]。因此人工湿地的研究和应用领域得到广泛的扩展。 人工湿地的种类 人工湿地生态系统通过人工建造和控制管理的地面系统，通常首先在具有一定长宽比和坡度的洼地底部铺垫粘土或不透水材料，再以特定粒径的砂土和卵石填充，最后种植能起到吸附污染物质的水生植物，发挥净化水体的作用。 通过从污水厂流出污水的水流形式可以把人工湿地生态系统分为3种[5]表面流人工湿地（SFW如图1.1）、水平潜流人工湿地（SSFW如图1.2）[6]和立式流人工湿地（VFW如图1.3）[]。 图1.1 表面流人工湿地（SFW） 图1.2 水平潜流人工湿地（SSFW） 图1.3 立式流湿地(VFW) 去除机理 人工湿地净化水体中污染物的作用机理十分复杂，一般情况认为是在物理作用、化学作用和生物作用的相互协同作用下去除污染物质[8]。 氮的去除 污水中的无机氮可以在植物的生长过程中被摄取利用，转化成植物蛋白等有机氮的形式其从水体中去除[9]。除了植物的吸收作用有机氮主要是被微生物分解去除，由填料和植物根茎中生长的微生物在好样和厌氧交替状态下通过硝化和反硝化作用最终变成氮气去除，这类似于多个串并联的A/A/O 处理单元，但经济方面节省许多[101]。人工湿地中磷元素的去除主要包括植物的直接吸收、微生物作用及物理化学反应的协同作用。污水中的无机磷通过植物的吸收和利用转化成植物生长所需的营养物质微生物作用方面是利用湿地中生长的聚磷菌吸收水体中多余的磷元素，通过对同化和过量积累作用去除磷元素。R. Bhamidimarri 等[12]的研究过程表明：在进水总磷浓度为2.6-5.9mg/L时，人工湿地对磷的去除率能够达到90%。 2. 有机物的去除 首先通过湿地填料的共沉淀、拦截去除SS等不溶性有机物；可溶性有机物在湿地中随污水的流动过程中通过生物膜的分解代谢等作用被去除，最终被转化成CO2、H2O和微生物，最终从系统中去除。人工湿地对BOD的去除率可以达到60%-96%符合我国二级排放标准。 2. 重金属的去除 人工湿地去除重金属是通过填料的截留和植物的吸收等作用完成，在植物吸收重金属后体内分泌络合物质与重金属产生螯合作用，去除重金属。例如凤眼莲的根系十分发达且生长更新速度快, 能够吸收降解水体中的酚、氰等物质, 将其转换成自身所需的营养物质。 3.1 人工湿地植物种类 1953 年，德国Max Planck 研究所Seidel博士在实验中发现芦苇能对污水中的污染物有良好的去除作用[13]，然后设计开发出Max-planck Institute Process系统。而后提出了“根区理论”[14]，该理论标志着人工湿地系统作为独具特色的新型污水处理工艺正式进入水污染控制领域。人工湿地的核心是植物，不同种类的植物可以去除特定的污染物，同时能够绿化美观土地，调节气候，平衡生态系统。 应用在人工湿地中的水生维管束植物可分为湿生植物、挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物。按生活作用类型湿地植物可分为灌木、乔木和草本植物。人工湿地系统应用较多的是利用草本植物(尤其是挺水植物)来净化污水, 如被广泛应用的芦苇、宽叶香蒲等。 3.2 人工湿地植物功能 1） 净化功能 人工湿地植物是利用自身的根系吸附和利用受污染水体