人工濕地污水生態處理工藝強化應用進展

      今天，我們將根據不同類型人工濕地的污水凈化處理性能和存在的不足，總結當前人工濕地的常見問題，從優化濕地填料、創新濕地結構、調整運行策略等角度講解人工濕地強化措施。人工濕地主要由填料、植物和微生物組成，其中填料介質是濕地最關鍵的組成部分。作為污染物去除功能的載體，它不僅為植物和微生物的生長提供了基本環境，而且通過直接和間接的作用去除了污染物。因此，合理選擇填料介質，優化當地土壤類型的布局，是加強人工濕地污水處理性能的重要途徑。此外，人工濕地的性能也受到溫度、進水負荷、濕地結構、運行模式等因素的影響，這些關鍵因素的調整及其對濕地處理性能的影響也引起了國內外學者的廣泛關注。

人工濕地分類。

人工濕地系統一般分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直流人工濕地。然而，這些傳統的人工濕地通常不能考慮好氧和厭氧環境。因此，為了達到更好的污染物去除效果，特別是氮磷的去除，出現了由不同類型濕地組成的復合流人工濕地。在生產實踐中，應充分考慮污水處理系統的處理對象、處理目標、處理成本、可用土地面積等。

#1

人工濕地表面流動。

人工濕地的表面流動類似于沼澤，在整個濕地表面形成自由水，水流向一定方向前進，在流動過程中與填料介質、植物根系和附著生長的生物膜接觸，實現污水凈化，從終端流出。表面流人工濕地投資運營成本低，操作管理簡單，但占地面積大，水負荷小。冬天容易結冰。夏天容易滋生蚊蠅，凈化能力受自由水深度影響很大，遠不如其他類型的濕地。因此，表面流人工濕地僅適用于低污染污水處理。

#2

人工濕地水平潛流。

水平潛流人工濕地由填料基質、植物和微生物組成，床底有隔水層，縱向有坡度。污水從布水溝進入填料床，通過填料吸附、過濾、植物吸收和微生物降解去除污染物。水平潛流濕地可由多個填料床組成，因此水力負荷和污染負荷較大，對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。在各類人工濕地中，水平潛流人工濕地的氧化還原條件相對穩定，有助于去除污水中的磷。

#3

垂直流人工濕地。

垂直流人工濕地作為滲濾土地處理系統的強化形式，通過地表和地下滲濾過程中的物理、化學和生物反應凈化污水。在垂直流人工濕地中，氧氣主要通過植物根系和大氣傳播進入濕地，不同深度的床體溶解氧狀態也不同。由于表面溶解氧充足，硝化能力強，由于缺氧，床深處反硝化。當碳源充足時，垂直流濕地可以滿足較高的總氮去除率，適合處理高氨氮污水。但由于間歇進水的影響，填料床中的溶解氧容易導致顆粒表面磷的解吸和釋放，導致總磷去除性能不穩定。

#4

復合流人工濕地。

傳統的單一人工濕地很難同時實現好氧和厭氧環境，從而限制了濕地的脫氮性能。因此，研究人員將水平流和垂直流人工濕地結合起來，開發了復合流人工濕地。在復合流人工濕地中，垂直流塊去除有機物和懸浮顆粒，同時進行硝化反應；水平流塊反硝化反應和有機物降解。復合流人工濕地能有效去除水中TSS(93.82%)、BOD5(84.06%)、COD(85.65%)和NH4+-N(80.11%)，但受系統組合類型、HLR和濕地植物的不同影響，TP(14%-99%)、NO3-N(13%-89%)和TN(31%-91%)

加強人工濕地污水處理的措施。

目前，人工濕地占地面積大、處理效果不穩定等突出問題。影響人工濕地污水處理效果的因素很多，一般可分為濕地參數（濕地結構、填料、植物、微生物等）、環境參數（溫度、溶解氧、pH值等）、運行參數（進水負荷、水力停留時間等）三類。在綜合考慮上述因素后，研究人員往往從優化濕地填料、創新濕地結構、調整運行策略等角度加強人工濕地污染物去除性能，研究相關機制。

優化濕地填料。

填料是人工濕地的骨架，大部分物理、化學和生物反應都是在填料中進行的。傳統的人工濕地填料主要由土壤、細砂、粗砂、礫石、沸石、碎瓦或灰渣組成。雖然這些天然材料具有價格低廉、材料方便等優點，但孔隙度低、飽和度高，不能滿足濕地出水要求高、濕地運行周期長的要求。為此，研究人員試圖通過優化濕地填料來增強其性能。

合成填料。主要是指加工生產的新型填料，或對現有填料進行改性，以提高其吸附性能。Drizo等人使用鈣化海藻作為人工濕地填料，磷去除率高達98%，明顯高于普通礫石填料。盧宏偉等人發明了一種人工濕地專用填料，將水泥、粉煤灰、水按一定比例混合，加入鋁粉發泡劑攪拌均勻，將漿料倒入模具中，在20-50℃下發泡20-60分鐘。這種新型填料對磷的理論飽和吸附為10mgg-1。

新型功能材料。馬柯以生物炭、零價鐵(ZVI)等新型功能材料為填料介質，開發了新型復合流人工濕地。結果表明，在水流停留時間為1.5d、表面負荷為1.21gTNm-2d-1的情況下，對照組人工濕地的化學需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、總氮(TN)和總磷(TP)的去除率分別為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.

鐵碳微電解填料。鐵碳微電解材料不僅具有高效的磷吸附能力，而且在鐵碳之間形成電極電位差，幾乎形成無數微原電池，促進有機物的去除。Jia等人發現，鐵和碳基濕地中硝酸鹽的還原率可以通過鐵碳微電解工藝達到87%，一氧化二氮(N2O)排放低(4.6-11.75μgm-2h-1)，因為反硝化過程已經完成。此外，鐵和碳基濕地使重金屬總鉻(Cr)和總鉛(Pb)減少75%-97%。