（环境科学专业论文）强化人工湿地工艺处理生活污水试验研究.pdf

t 。 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一部分文献综述1 1 1 人工湿地废水净化技术l 1 1 1 人工湿地概念一1 1 1 2 人工湿地的分类。1 1 1 3 人工湿地的构成要素3 1 1 4 人工湿地去处污染物的原理4 1 1 5 人工湿地的研究进展5 1 2 人工湿地强化技术的研究。6 1 2 1 微生物的强化。6 1 2 2 基质的强化j 6 1 2 3 植物的强化。7 1 2 4 组合工艺的强化。8 1 2 5 其他强化方式。8 1 3 选题依据和研究内容9 1 3 1 选题依据和研究意义9 1 3 2 研究目的和研究内容。9 参考文献1o 第二部分研究报告1 6 2 1 活性污泥串联人工湿地强化组合工艺净化生活污水研究1 6 2 1 1 试验系统设计1 6 2 1 2 样品采集及分析方法1 6 2 1 3 数据处理方法1 6 2 1 4 结果与讨论1 6 2 1 5 结论。2 0 2 2 回流工艺强化并联人工湿地技术研究。2 1 2 2 1 试验系统设计2 1 2 2 2 样品采集及分析方法2 1 2 2 3 结果与讨论2 l 2 2 4 结论2 4 2 3 人工湿地基质强化除磷研究2 5 2 3 1 实验材料与方法2 5 t _ 2 - 3 2 结果与讨论2 5 2 3 3 结论2 9 参考文献3 0 在校期间发表论文3 2 致谢3 3 j ， 两南大学硕十学位论文 摘要 强化人工湿地工艺处理生活污水试验研究 环境科学专业硕士研究生：梁帮强 指导老师：黄玉明教授 摘要 人工湿地因其成本低，无能耗，维护运行简单等优点被广泛用于农村及城市 生活污水的处理，但也有很多缺点，如占地面积大、易堵塞、且对氮磷处理效果 差，针对这些缺点，为了使人工湿地系统能更好的净化污染物，通过利用人工湿 地强化技术，如组合工艺强化、基质强化、植物强化来加强人工湿地系统的净化 效果。活性污泥工艺在污水处理方面得到很广泛的应用，该工艺对有机物及氨氮 的净化效果很好，出水水质较高，可以作为人工湿地的强化组合工艺；回流可以 使回流水中的氧重新分配，也可以加强污水中污染物与湿地内附着在植物根系和 填料表面生物膜的相互接触，进而加强系统对污染物的去除，且回流工艺有利于 脱氮，因此，回流也可以作为人工湿地强化技术；基质对湿地净化系统的主要贡 献为除磷，因此可以通过强化基质来加强湿地除磷能力。 本论文工作通过组合工艺强化、回流强化及基质强化人工湿地工艺，重点研 究了以下内容： ( 1 )以活性污泥一串联人工湿地系统为研究对象，通过长期监测数据分析，研究 了该强化工艺对生活污水中有机物及氮磷的去除； ( 2 )以回流并联人工湿地系统为研究对象，通过数据分析，研究了不同回流比 下系统对污染物的去除能力，探讨了回流工艺对污染物去除的影响； ( 3 )以煤渣为原料，对其进行铁氧化物改性，用于提高煤渣的除磷性能，并研 究了铁氧化物改性煤渣对磷的吸附动力学和吸附等温线。 通过研究，得到以下结果： ( 1 ) 经活性污泥串联人工湿地工艺处理后的生活污水，污染物( 有机物和氮磷) 出水浓度都可以达到g b1 8 9 1 8 2 0 0 2 一级排放标准。该工艺尤其对有机物 和氨氮的净化效果最好，活性污泥工艺达到了强化人工湿地处理的效果， 因此，前置工艺如活性污泥污水处理系统可以作为人工湿地强化技术； ( 2 ) 出水回流工艺对进水水质可以起到一定稀释作用，且回流比越大，稀释作 用越强；回流工艺可以强化系统的净化效果，尤其对有机物和磷，对氮的 影响不大；回流工艺可以影响系统的出水p h 值，湿地a l 、b 2 和d 2 回流 一 ， 西南大学硕十学位论文 摘要 后的出水p h 值都有所下降，这可能是由于发生了硝化作用的结果； ( 3 ) 与未改性煤渣相比，改性煤渣对废水中磷素的去除率提高了约1 1 倍，当改 性基质的投加量为8 0g l 时，对磷素的去除率达到9 0 ；动力学研究表明， 准二级动力学方程可以很好模拟改性基质对磷素的吸附动力学过程；用 l a n g m u i r 方程能较好地描述吸附等温线，理论饱和吸附量为8 4 7 5m g k g ； 基质投加量、溶液p h 值、腐殖酸和温度都会影响改性煤渣对磷的吸附。 关键词：人工湿地强化工艺活性污泥回流基质 i i 两南大学硕十学位论文a b s t r a c t s t u d yo nt h ed o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t ：m e n tb y t h ec o n s t r u c t e dw e t l a n dt h r o u g ht h ei n t e n s i f i e d t e c h n o l o g y 、p o s t g r a d u a t em a jo r i n gi ne n v i r o n m e n ts c i e n c e ：li a n gb a n g q i a n g m e n t o r ：p r o f h u a n gy u m i n g a bs t r a c t t h ec o n s t r u c t e dw e t l a n di sw i d e l yu s e di nr u r a la n du r b a ns e w a g et r e a t m e n t b e c a u s eo fi t sl o wc o s t , n oe n e r g yc o n s u m p t i o n , e a s yo p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e ，b u t h a sm a n ys h o r t c o m i n g s ，s u c ha sl a r g ec o v e r e da r e an e e d e d ，e a s yc l o g g i n g ，a n dp o o r t r e a t m e n tp e r f o r m a n c ef o rn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s i no r d e rt or e a l i z ee f f e c t i v e r e m o v a lo fc o n t a m i n a n t s ，v a r i o u si n t e n s i f i e dt e c h n i q u e s ，s u c ha sc o m b i n a t i o np r o c e s s , m a t r i xa n dp l a n t se n h a n c e m e n t , w e r ei n v e s t i g a t e dt op u r i f yt h ew a s t e w a t e rb yt h e c o n s t r u c t e dw e t l a n d 髓ea c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sw a sw i d e l ya p p l i e dt ow a s t e w a t e r t r e a t m e n tw i t hh i 曲p e r f o r m a n c ef o ro r g a n i cm a t t e r sa n da m m o n i an i t r o g e nr e m o v a l t h e r e f o r e ，a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sc a ns e r v ea sc o n s t r u c t e dw e t l a n ds t r e n g t h e n i n g c o m b i n a t i o np r o c e s s t h eb a c k f l o wo fw a s t e w a t e ri sb e n e f i c i a lt oo x y g e nr e c o v e r y , a n dt oi n t e r a c t i o nb e t w e e np o l l u t a n t sa n db i o f i l mf o r m e db e t w e e nr i z o s p h e r eo fp l a n t a n ds u b s t r a t es u r f a c e ，l e a d i n gt op o t e n t i a le n h a n c e dr e m o v a lo fp o l l u t a n t s ，e s p e c i a l l y f o r n i t r o g e na b a t e m e n t , t h u s ，c a ns e r v ea so n eo fi n t e n s i f i e dt e c h n o l o g i e sf o ra c o n s t r u c t e dw e t l a n d m a j o r i t yo fp h o s p h o r u sr e m o v a lw a sr e a l i z e db ys u b s t r a t e a d s o r p t i o n ；s o ，m o d i f i c a t i o no fs u b s t r a t ei so n ew a yt oo b t a i nt h ee n h a n c e dp h o s p h o r u s r e m o v a l t h e r e f o r e ，t h eo b j e c to ft h i st h e s i si st oe v a l u a t et h ep o t e n t i a lu s e f u l n e s so f t h ec o m b i n a t i o np r o c e s s ，b a c k f l o wo fw a s t e w a t e r , a n ds u b s t r a t em o d i f i c a t i o ni n e n h a n c i n gp o l l u t a n t sr e m o v a li nt h ec o n s t r u c t e dw e t l a n d , a n dt h em a i nc o n t e n t sa r ea s f o l l o w s ： ( 1 ) b ya n a l y z i n gt h el o n g - t e r mm o n i t o r i n gd a t a , t h er e m o v a lo fo r g a n i cp o l l u t a n t s ， n i t r o g e na n dp h o s p h o r u si n t h ep i l o t s c a l es u b s u r f a c ec o n s t r u c t e dw e t l a n d c o m b i n e d 、杭t l lt h ea c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s sa sp r e t r e a t m e n tt e c h n o l o g yw a s e v a l u a t e d ( 2 ) b ya n a l y z i n gt h em o n i t o r i n gd a t a , t h er e m o v a lo fp o l l u t a n t si nt h ep i l o t s c a l e i l l 一 ， 一 西南大学硕士学位论文 a b s t r a c t s u b s u r f a c ec o n s t r u c t e dw e t l a n dc o m b i n e dw i t ht h eb a c k f l o wp r o c e s sw a se v a l u a t e d ， a n dt h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h er e m o v a lo fp o l l u t a n t si ns e w a g ew e r ea l s od i s c u s s e d ( 3 ) t h ep o t e n t i a lo fu s i n gac o a lc i n d e rs u p p o r t e di r o no x i d e s 弱as u b s t r a t ef o r t h er e m o v i n go fp h o s p h a t ei nt h ec o n s t r u c t e dw e t l a n d sw a si n v e s t i g a t e d ，a n dt h e a d s o r p t i o nk i n e t i c sa n dt h ei s o t h e r m a la d s o r p t i o nw e r ea l s os t u d i e d t h ef o l l o w i n gr e s u l t sa l eo b t a i n e d ： ( 1 ) c o n c e n t r a t i o no fo r g a n i cp o l l u t a n t s ，n i t r o g e n , a n dp h o s p h o r u si ne f f l u e n to f t h ec o m b i n e da c t i v a t e ds l u d g e c o n s t r u c t e dw e t l a n ds y s t e mc a l lm e e tt h ef i r s t - c l a s s r e q u i r e m e n to fg b18 918 2 0 0 2 ，s u g g e s t i n gt h a tt h ec o m b i n e ds y s t e mp r o m i s e s t l i g hp e r f o r m a n c ef o rr e m o v a lo fo r g a n i c sa n da m m o n i a , a n dt h u sc a nb eu s e d 嬲 t h ei n t e n s i f i e dt e c h n o l o g y ( 2 ) t h eb a c k f l o wo ft r e a t m e n ts y s t e me f f l u e n tc a nd i l u t et h ei n f l u e n tw a s t e w a t e r t h eh i g h e rt h eb a c k f l o wr a t i oi s ，t h eh i g h e rt h ed i l u t i o ni s t h eb a c k f l o wp r o c e s si s b e n e f i tt or e m o v a lo fo r g a n i c sa n dp h o s p h o r u s ，w h e r e a s ，i si n s i g n i f i c a n tt o a m m o n i ar e m o v a l t h eb a c k f l o wp r o c e s sc a u s e dp hv a l u eo ft h ee f f l u e n to ft h e s y s t e m ，f o r e x a m p l e ，i ti n d u c e dd e c r e a s eo fp hi na 1 、b 2a n dd 2 ，p r o b a b l yd u et o t h er e s u l to fn i t r i f i c a t i o n ( 3 ) t h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h e 嬲一p r e p a r e dn e ws u b s t r a t ec o u l di n c r e a s e p h o s p h a t er e m o v a ls i g n i f i c a n t l yb y1 1t i m e s 嬲c o m p a r e dw i t ht h eu n m o d i f i e dc o a l c i n d e r t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fp h o s p h a t ec o u l dr e a c h9 0 a t8 0g lo f a d s o r b e n td o s a g e t h ek i n e t i cp h o s p h a t ea d s o r p t i o nd a t ao fi r o no x i d e c o a t e dc o a l c i n d e rc a nb ef i t t e dw e l lw i t ht h ep s e u d o - s e c o n d o r d e rk i n e t i cm o d e la n dt h e i s o t h e r m a la d s o r p t i o nd a t ac a nb em o d e l e dw e l lw i t ht h el a n g m u i rf o r m u l a 、析n l t h ee s t i m a t e dm a x i m u mp h o s p h a t ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo f8 4 7 4m e k g t h ef a c t o r s a f f e c t i n gp h o s p h a t e r e m o v a ls u c h 弱a d s o r b e n td o s a g e ，p ho fs o l u t i o n , c o n c e n t r a t i o no fh u m i ca c i da n ds o l u t i o nt e m p e r a t u r ew e r ea l s os t u d i e d k e yw o r d s ：c o n s t r u c t e dw e t l a n d ，i n t e n s i f i e dt e c h n o l o g y , a c t i v a t e ds l u d g e , b a c i d l o w , s u b s t r a t e i v 两南大学硕十学位论文 文献综述 第一部分文献综述 1 1 人工湿地废水净化技术 人工湿地废水净化技术是结合生态学原理，并运用工程学方法，使废水在湿 地系统的处理下无害化、资源化，使废水中污染物与水资源的利用相结合的方法， 也是生态学四大基本原理( 循环再生原理、和谐共存原理、整体优化原理、区域 分异原理) 在水资源板块的实际运用。 1 1 1 人工湿地概念 湿地( w e t l a n d s ) 是指由水陆相互作用而形成的多种独特功能的生态系统， 是生物重要的赖以生存环境和最富生物多样性的自然界生态景观。它在改善气候 环境、控制污染、维持区域性生态平衡、保护生物多样性和珍稀物种资源以及涵 养水源、蓄水防旱、抵御洪涝、调节暴雨径流、美化生存环境、降解污染调节气 候、补充地下水和控制土壤浸蚀等诸多方面具有其它系统所不可替代的作用，被 誉为“地球之肾 【1 1 。由于湿地兼备水、陆两类生态系统的基本特征，所以具有 很高的生态价值以及经济和社会效益，它已经逐步成为了人类生存和发展的自然 资源地和生存场所。因此，对湿地的研究已经备受关注，逐步成为了当今世界关 注的重要研究领域之一。 人工湿地( c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ) 是指诞生于2 0 世纪5 0 年代德国的一种人工 建造和监督控制与天然湿地相类似的新型废水处理技术，该技术广泛地运用于工 业废水、江河水、地面径流和生活污水等的处理。与传统的废水二级生化处理工 艺相比较，人工湿地废水处理技术具有净化效果好、去除氮磷能力强、工艺设备 简单、运行维护管理方便、能耗低、系统配置可塑性强、工程基建和运行费用低。 该技术适用于远离城市废水管网的居民小区、别墅区、旅游景区、中小城镇和农 村生活污水和生产废水，以及微污染水源水等的处理。更有，借助其具有的显著 生态环境效益和观赏性，可以将废水处理集观赏、娱乐、科教和水质净化于一体 2 4 1 o 1 1 2 人工湿地的分类 关于人工湿地的分类是仁者见仁，智者见智的。单从工程设计的角度出发， 按照系统布水方式的不同或污水在系统中的流动方式不同，人工湿地一般可分为 自由表面流( f w s ，f r e ew a t e rs u r f a c e ) 人工湿地和潜流人工湿地，后者又包括水 平流( 盯，h o r i z o n t a ls u b s u r f a c ef l o w ) 和垂直流( v f ，v e r t i c a ls u b s u r f a c ef l o w ) 两种类型 6 - 9 1 。 西南大学硕+ 学1 1 寺= 论文文献综述 人工湿地类型的不同，其去除废水中的污染物的效果也不同，都有各自的特 点： ( 1 ) 自由表面流人工湿地 自由表面流湿地系统是一种有效的废水处理技术，其湿地类似于沼泽，废水 从基质表面流过，水位一般较浅，多在0 1 0 6m 之间【1 0 以3 1 。其净化原理基本为： 废水进入湿地系统后，在饱和水的基质层、高等水生植物及微生物的作用下，发 生厌氧、兼性和好氧生物氧化及作物吸收、水面蒸发等复杂的生物化学和物理化 学反应。其具有投资少、操作简便、运行费用低等优点，但占地面积大，水负荷 较低，去污能力有限。氧主要来源于湿地中水体表面的扩散和植物根部的传输。 然而湿地系统运行受气候影响较大，夏季有孳生蚊蝇的现象、产生不良气味、冬 季容易结冰。因此，这种类型的湿地在气候温和或者土地条件优越的大型城市污 水处理系统中较为适用【1 禾1 羽。 ( 2 ) 水平潜流型人工湿地 水平潜流人工湿地系统是指污水从进口经由砂石等系统基质，以近水平流方 式在系统表面以下渗流向出口，不直接暴露于空气。在这个废水流经湿地的过程 中，污染物得到降解或去除。由于基质中的水呈饱和状态，所以整个湿地系统一 般处于缺氧状态，然而由于湿地植物的存在，通过植物的传输作用，使得根部呈 现出好氧状态，这种连续的缺氧、好氧和厌氧的状态对于污染物的去除有很重要 的意义。一般地，基质通常选用水利传导性良好的材料，与自由表面流人工湿地 相比较，水平潜流人工湿地的水力负荷大，对b o d 、c o d 、s s 和重金属等污染 物的去除效果好，而且该系统中很少恶臭和孳生蚊蝇的现象，然而其脱氮除磷的 能力却不如垂直潜流人工湿地，本研究中采用的人工湿地类型就属于自由表面流 人工湿地【1 9 2 0 。 ( 3 ) 垂直潜流型人工湿地 垂直潜流人工湿地其污水从湿地表面纵向流过床体的底部，氧是经大气扩散 和植物传输进入人工湿地系统。垂直潜流人工湿地能充分利用湿地的空间，积极 发挥着系统间的协同作用，使湿地对污染物的去除能力大幅度提升，且有由于其 占地面积相对较小，故在污水处理工艺中已经得nt 广泛地应用【2 。垂直潜流人 工湿地能够很好地去除废水中有机污染物，其对b o d 和c o d 的去除率能够分别 达到8 5 9 5 和8 0 以上瞄搦】。另外，垂直潜流人工湿地的硝化能力优于水平 潜流人工湿地，它可以用于含高氨氮废水的处理，然而由于构造较为复杂，且对 s s 的去除率不高，因此在实际的应用中需要将垂直潜流人工湿地与水平潜流人工 湿地相结合。 2 两南大学硕十学位论文 文献综述 1 1 3 人工湿地的构成要素 人工湿地主要由基质、水生植物、水体、湿地中低等动物以及好氧或厌氧微 生物种群五部分组成，其中在人工湿地系统去除污染物的过程中起主要作用的是 基质、水生植物和微生物种群 2 9 - 3 1 。湿地系统处理废水的过程就是植物、微生物 和填料三者在物理、化学和生物共同参与和作用下的净化废水的过程p 2 t 3 引。 1 1 3 1 基质 人工湿地中的基质俗称填料、滤料等，一般由细沙、粗砂、砾石、砖屑、煤 渣、钢渣和沸石等构成。基质作为湿地中植物生长的载体，为微生物提供了稳定 依附的场所，它作为湿地内部各种处理过程或生物化学反应过程的连接体，让湿 地系统形成了一个有机结合体。在废水处理过程中，基质不仅能为植物和微生物 提供生存和繁殖的场所，而且还通过其自身的吸附、过滤和沉淀等物理和化学作 用去除废水中的污染物 3 4 - 3 7 1 。 1 1 3 2 植物 在大多数湿地处理系统中，大型植物是湿地的主要构成部分，对湿地处理系 统的设计和运行时非常重要的。根据其主要生长形式可以分为挺水植物、浮水植 物和沉水植物。挺水植物大部分位于水面之上，可以自然挺立或靠蔓藤类植物挺 立。这类植物对湿地处理系统非常重要，它们为微生物提供附着表面，而微生物 是湿地中生物化学作用的关键。浮水植物和沉水植物常生长在较深的水域环境中， 但具有一定水深的湿地系统中也可以生长。在处理湿地中，植物扮演着很重要的 角色，究其表现主要有：植物吸收和释放化学物质( 主要表现在将某些污染物 吸收利用，同时吸附和富集有毒有害物质) 可改变水质：植物的根茎叶增加了 微生物的附着面积；可将大气中的氧通过植物的管道输送到根部，为多种生物 化学反应提供适宜的氧化还原环境；增强和维持介质的水力传输，维持人工湿 地系统的稳定；释放促进生物化学反应的酶以及对酶分布的影响；固定床体 表面、提供良好的过滤条件、防止淤泥堵塞 3 8 - 4 2 。 1 1 3 3 微生物 在自然界中，碳、氮、磷等元素的循环与微生物的活动是息息相关的，这也 决定了微生物在人工湿地处理系统中起着重要作用。微生物在人工湿地系统净化 废水过程中扮演着“实施者”的角色，它们将废水中的有机质吸收并转化为自身 的营养物质和能量。微生物在废水净化过程中起着非常重要的作用，有机物的降 解和转化主要是湿地植物根部的微生物的活动来执行的。湿地和水生环境为微生 物的繁殖和生长提供了适宜的环境条件，这些微生物主要包括细菌和真菌两大类 型。从生态学角度看，真菌对湿地是非常重要的，可以调节湿地或水生环境中碳 西南大学硕十学何论文 文献综述 和营养物质在循环中的比例【4 3 4 7 】。 1 1 4 人工湿地去处污染物的原理 人工湿地是三个相互依存要素的组合体，即基质、植物和微生物。生殖在基 质层的微生物( 包括细菌和真菌) 在有机物的去除中起着主要作用，湿地植物的 根系将氧带入周围的基质中，但是远离根部的环境就处于了厌氧状态，形成处理 环境的变化带，这就加强了人工湿地去除复杂污染物和难处理污染物的能力。大 部分的有机污染物是要通过基质微生物，但某些污染物如重金属、硫、磷等可以 通过土壤和植物作用降低浓度。 1 1 4 1 悬浮物 废水中的悬浮物含有大量污染物质，例如有机物、氮磷、重金属和病原菌等， 因此去除悬浮物可以提高废水的去除效率。废水中可沉降性污染物首先被快速截 留去除，而悬浮固体主要是通过在重力作用过滤和沉淀，并配合上微生物的生长 和湿地基质表面吸附等机理去除。 1 1 4 2 有机物 废水中的有机物主要包括不溶性有机物和可溶性有机物。其中不溶性有机物 主要通过沉淀和过滤可以迅速地去除，而可溶性有机物的去除则是基质和植物根 系表面生物膜的吸附吸收和生物吸收降解共同的结果，其中微生物降解有机物又 分为好氧降解和厌氧降解。 1 1 4 3 脱氮 废水中的氮包括无机氮和有机氮。无机氮包括氨、亚硝酸盐( n 0 2 ) 和硝酸 盐( n 0 3 ) 。有机氮包括尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶。除氮机理包括挥发、微生物 转化( 氨化、硝化反硝化4 8 - 5 0 】) 、植物吸收、介质吸附和沉淀过滤等。其中，主 要是通过微生物的硝化反硝化作用来完成。 挥发除了受p h 值得影响，气态氨也会受水中n h 4 + 、温度、风速、太阳辐射、 水生植物和系统调节p h 值能力等因素的影响。微生物的转化也会受到诸多因素 的影响，如温度、溶解氧、p h 值、碱度、碳源、微生物和氨氮浓度等。植物对废 水中营养物的吸收受植物生长情况的限制，而介质吸附主要在废水通过湿地内部 时，靠基质的吸附作用达到净化的目的，这与基质本身的特性有关。 1 i 4 4 除磷 废水中含有无机磷和有机磷，但经过微生物氧化后，多以无机磷形式存在。 人工湿地对磷的去除是通过植物的吸收、微生物的去除作用和基质的物理化学作 用等方面共同完成的，其中基质吸附是主要的除磷机理，湿地中对磷的去除能力 与基质类型有关。溶解性无机磷可以与土壤中铝、铁、钙盐发生吸附、沉淀反应 4 两南大学硕+ 学位论文文献综述 而被矿物稳定下来。因此，矿物性的基质实际上是作为缓冲器来控制磷的浓度。 另由于磷也作为植物生长的必须元素，其通过吸收作用对废水中磷的去除也较为 可观。总之，湿地去除磷的主要机理为土壤或颗粒介质的吸附、植物吸收和沉淀 储存【5 1 - 5 6 1 。 1 1 4 5 重金属 潜流人工湿地系统也可以去除一定量的重金属，其主要去除机理为离子交换、 植物吸收、化学沉淀和微生物氧化后的沉淀等。黄淦泉等研究发现，高浓度的重 金属废水不适宜直接进入湿地系统，另植物在收割以后若不能正确处理，则会造 成二次污染。发生在叶片以及根系的金属离子沉积层以及微生物对离子和锰的氧 化，对微生物活动过程起到重要作用1 5 7 5 9 1 。 1 1 5 人工湿地的研究进展 人工湿地废水处理技术始于2 0 世纪中叶。德国博士k a t h es e i d e l 与合作者在 1 9 6 6 年建立了芦苇床湿地处理生活污水唧】，由此人工湿地的概念便诞生了，这也 标志着人工湿地作为一种独具特色的新型废水处理技术已经正式进入水污染控制 领域。国外很早就将人工湿地运用于生活污水、工业废水和农业径流中，其运用 结果显示对废水中s s 、n h 3 - n 、p 、b o d 和c o d 都有很好的效果。然而，我国 对人工湿地的研究则起步较晚，直到“七五期间才初具规模，与发达国家相比 足足晚了十余年。近年来我国学者开始了对人工湿地的重视，也做了很多相关的 试验研究。具体表现在以下几个方面：关于湿地处理污水效率的研究，虽然单 纯的去除效率研究已经不再是研究的热点，然而水处理的效率仍然是检验湿地结 构和理性和人工湿地建设的重要依据。关于湿地植物的遴选和净化机制的研究， 如何选择合适的植物种类是研究提高不同植物种类湿地处理效率的一个很重要的 内容。关于湿地净化废水的动力学模型的研究，湿地设计通常采用的是一级动 力学模型，其方程被广泛地运用于美国、欧洲和澳大利亚等地，更是在湿地的设 计和对湿地污染物去除效果的预测屡见不鲜。关于人工湿地改善水体富营养化 的研究，一般进入人工湿地系统中的氮主要通过湿地出水、氨的挥发、植物吸收 和储存、微生物的硝似反硝化作用以及基质沉淀吸附等诸多过程来去除。人工湿 地系统中磷的去除途径主要是通过基质的吸附、沉淀、络合作用固定在基质上， 另微生物的同化作用以及聚磷菌的过量摄取磷，并由植物的吸收也能实现湿地系 统对磷的去除。微生物与基质酶的净化机理研究，不同类型的人工湿地系统中 都存在着大量的微生物和基质酶，湿地系统在处理废水时，有机物的降解和氮化 合物的脱氮作用、磷化合物的转化等主要是由植物根区的微生物活动来完成。 将人工湿地废水技术作为一种深度处理技术进行研究和推广。以往人工湿地技术 两南大学硕十学位论文 文献综述 的研究和应用主要集中在污水的二级处理中，近年来，国内外专家及学者对其用 于废水深度处理和回用领域开展了部分研究和应用探索。 目前研究中主要存在的问题有：由n 、p 引起的水体富营养化的问题依然 存在，故在揭示去污机制的基础上，特别是围绕n 、p 去除率低的问题上，以及 如何构建或调控有利于稳定地去除氮、磷等营养物质仍然能是研究者的工作重心 之一。人工湿地的堵塞问题一直备受关注，由于t s s 负荷过高会造成基质淤积， 管道堵塞，使得湿地系统的除污功能下降。加强机理方面的研究，人工湿地运 行到今天取得了显著的效果，然而其对污染物的净化机理还不是很清楚，因此对 于基质、植物以及微生物之间的作用机理的研究和探讨是很有必要的。 1 2 人工湿地强化技术的研究 人为有目的地建立人工湿地生态系统是一种相对较新的技术，由于人工湿地 是按照自然的湿地生态系统迁移转化过来的，湿地系统的硝化反硝化能力限制在 一定的范围内，脱氮除磷能力也受到局限。因此，人工强化湿地对废水中污染物 的去处能力的研究逐渐成为了湿地技术探讨的热点。 1 2 1 微生物的强化 人工湿地主要是通过植物基质微生物的综合作用来实现对污染物的去除， 其中微生物在人工湿地系统净化废水的过程中起到了十分重要的作用。微生物一 方面既是湿地生态系统中的重要组成部分，另一方面又是有机污染物去除的积极 分解者，它们的组成以及功能的发挥将直接影响湿地的整体净化效果。因此通过 系统地研究人工湿地中的细菌、真菌和藻类等来进一步了解湿地净化废水的机理， 从而实施指引出强化人工湿地净化废水能力的方法是很有必要的。目前国内外的 研究主要围绕人工湿地中微生物的数量、种群分布、酶活性和有机物的生物降解 等方面。在通过微生物方向来强化人工湿地除污能力，一方面可以投加有效菌， 来提高湿地系统中的酶和微生物量，优化微生物群落结构，增加基质上微生物与 废水的接触机会进而对调控人工湿地的废水净化功能起到积极作用。另一方面可 以投加药剂来改善湿地内部中微生物的种群结构、微生物的新陈代谢特征与功能 来达到控调控湿地净化废水的能力。 1 2 2 基质的强化 人工湿地中基质作为植物的生长场所、为微生物的栖息提供附着界面，它不 仅是人工湿地的载体，其自身的理化特性也能够影响到系统对废水的处理效果。 湿地系统的基质在除磷方面扮演着重要的角色，基质中所含有c a 、f e 和舢等元 6 两南大学硕士学位论文 文献综述 素的含量及存在形态会直接影响它对磷的吸附和去除能力。在通过基质强化人工 湿地对污染物的去除方面：可以针对不同的污染物来选择不同的基质或选择不 同的基质组合，例如处理以s s 、c o d 和b o d 为特征污染物的废水时，可选用土 壤、细沙、粗砂或砖屑中的一种或几种作为基质。对于同一种污染物可以采用 不同的基质，例如除磷时，可以选择天然矿石和人工矿石以及部分工业副产物作 为湿地系统的基质，如沸石、炉渣、钢渣、石灰石、大理石、火山岩和煤渣等【6 卜6 5 1 ， 也可以在不同的湿地系统阶段选择不同的填料作为基质，进而达到在不同的阶段 起到不同的净化效果。对填料进行组合来最大化湿地除污的能力，例如在湿地 既要脱氮又要除磷时，就需要采用像沸石石灰石组合填料作为基质。通过强化 湿地填充基质所需要的填料，例如先将填料改性( 包括酸改性、盐改性和表面修 饰等) 再运用于湿地系统中，通过提高填料本身的除污能力来强化湿地对污染物 的去除。选用新型的有机填料作为湿地系统的基质( 例如树皮、椰子壳、花生 壳及锯末等) ，这样既可以在相应的湿地阶段为微生物提供c 源，其本身对n 、p 等营养物有吸附作用。通过优化基质在湿地系统中的填充方式，如在湿地系统 的前部填充粒径较大的，后部填充粒径较小的，这样既能够提高湿地系统去污的 能力，也能够防止湿地堵塞。 1 2 3 植物的强化 植物在人工湿地系统中扮演至关重要的角色，它能为根区好氧微生物输送氧 气，并增强和维持介质的水利传递，也能直接吸收利用废水中可利用态的营养物 质、吸附和富集重金属和一些有毒有害物质。植物强化湿地除污能力主要采用多 种植物的组合，研究表明，在同一湿地系统中，将多种植物组合起来对废水中的 污染物去除能力要好于单一种类植物，其主要由于不同植物的去除污染物的优势 不同，多种植物在组合以后可以取长补短，将湿地系统净化污染物的能力保持并 强化。其次基于多种植物的组合能显示出合理的物种多样性，随着植物在湿地系 统的生长发育，以植物为附着界面的微生物群落也浮现出多样性的特征，从而直 接影响到植物在系统中对废水的净化效果。刘超翔等研究表明，茭白有较强的吸 收n 、p 的能力，而芦苇则具有较强的输氧能力，混种芦苇和茭白才是较好的植 物种植方式。高吉喜等考察了在自然条件下茭白、水花生、金鱼藻、满江红、慈 姑和菱角等多种水生植物对废水的净化效果，结果表明：组合不同的植物对提高 植物综合净化水体氮磷很有效【6 6 , 6 7 1 。陈永华等对选用了2 5 种冬季湿地植物进行了 污水净化潜力筛选试验，并在综合应用原有湿地植物筛选与评价体系的基础上， 增加了植物逆境酶和基质酶指标，对试验植物进行了聚类分析。结果表明，植物 的根系长度、活力、叶片丙二醛含量、生长量、氮磷浓度、氮磷的积累能力、根 7 西南大学硕十学位论文文献综述 际基质脲酶与磷酸酶活性均存在显著性差异娜j 。 1 2 4 组合工艺的强化 组合工艺的强化包括不同类型湿地组合的复合型湿地系统和湿地与其它工艺 的结合。c o o p e r 等 6 9 ，7 0 l 研究了垂直流和水平流人工湿地相结合的组合工艺，改工 艺能相互弥补，各展所长。作为一种二级或者深度处理的人工湿地技术有很广阔 的应用前景。张晟等考察了推流床下行流上行流、下行流上行流推流床、好氧 塘下行流、下行流兼性塘、推流床下行流、下行流上行流、推流床等8 种不同 工艺组合人工湿地系统对富营养化湖泊水体中磷的去除规律，证明了下行流- 上行 流复合垂直流湿地具有最佳的除磷效率。戴世明等对滴滤池人工湿地组合工艺处 理农村生活污水进行了研究，结果表明该组合工艺处理农村生活污水是完全可行 的，对污染物的去除也能够达到很高的程度，而且运行费用仅为o 2 3 耐。贺 峰等对生物膜人工湿地组合工艺处理城镇生活污水的研究表明，b b f r - i v c w 联 合工艺在处理小城镇污水方面能相互耦合发挥各自优势，达到了处理效果好、稳 定性强、抗负荷能力高的目的。b b f r 单元和i v c w 单元在对污染物的去除上各 有所长，b b f r 对c o d 有较好的去除作用，i v c w 对n 、p 有较好的去除作用。 曝气微生物人工湿地组合工艺也被李捍东等用于处理黑臭河水，结果让出水中 n h 3 - n 2m g l ，t p 0 4m g l ，满足地表水环境质量标准中v 类水质的要求。 m u r r y g u i d e 等研究了反渗透人工湿地组合工艺处理油田废水，反渗透工艺作为 人工湿地的前处理系统用于处理高含盐量废水，能够减轻并消除盐分对系统的毒 害作用，其湿地系统的出水能够用作灌溉用水1 7 卜7 4 j 。 1 2 5 其他强化方式 除了以上提及的四种强化方式以外，还有很多途径可以提高湿地系统去污能 力。保温措旌：在较为寒冷的地区可以通过在湿地系统上加覆盖物来解除低温 会对湿地系统的影响( 温度较低，会使湿地系统冰冻，硝化菌、亚硝化菌的活性 急剧下降，硝化和反硝化作用受到抑制) 。引进新的生物种群：徐德福等分析了