人工湿地脱氮除磷机理及其分析进展.docx

人工湿地脱氮除磷机理及其分析进展人工湿地作为一种投资少、能耗低的水处理系统，被广 泛应用于各种水处理之中，与传统的处理工艺相比有较好的 稳定性和生态效果在人工湿地系统中，基质、水生植物和 微生物对污染物的去除有着重要的影响综述了人工湿地脱 氮除磷的机理，讨论了基质、水生植物、微生物及进水条件 对系统处理效果的影响，提出了当前人工湿地研究中存在的 问题和提高人工湿地脱氮除磷能力的措施人工湿地是20世纪70年代新兴的一种污水处理方式， 其利用基质、水生植物和微生物之间的相互作用，通过过滤、 吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等方式来 实现对废水中有害物质的去除，同时通过营养物质和水分的 循环，实现对水的净化近年来，人工湿地以其投资费用低， 建设、运行本钱低，处理过程能耗低，处理效果稳定，景观 效应良好等优点多被用于改善景观水体水质之中人工湿地 还具有强大的生态功能，包括生物多样性俣护、水源净化及 保护与供应、气候调节、野生资源开发以及生态环境科学研 究等诸多方面1人工湿地脱氮的机理及其主要影响因素1.1脱氮机理人工湿地中的氮通过微生物的氨化、硝化与反硝化作用, 植物的吸收，基质的吸附、过滤、沉淀等途径去除。

其中氨 化、硝化与反硝化作用是去除氮的主要途径，其基本条件是 湿地中存在大量的氨化菌、硝化菌、反硝化菌和适当的湿地土壤环境条件氨氮可被植物直接摄取，合成植物蛋白质与有机氮后, 再通过植物的收割从湿地系统中除去湿地植物根毛的输氧 及传递特性，使根系周围连续呈现好氧、缺氧及厌氧状态, 相当于许多串联或并联的处理单元，使硝化和反硝化作用可 以在湿地系统中同时开展基质是人工湿地不可缺少的组成局部，它为人工湿地中 微生物的生长提供稳定的依附外表，为水生植物提供生长载 体和营养物质，同时，基质本身对污水净化也有重要的作用1.2影响脱氮的主要因素1.2. 1基质不同基质类型对脱氮效果的影响不同WendongTao等研 究发现，石灰石基质和铺路石对氨氮和TN的去除效果无太 大差异，但是石灰石基质能够增大亚硝酸盐的含量，将其最 高质量浓度从3. 6mg/L增加到4. 7mg/L,从而更有利于厌氧 氨氧化，提高对氮的去除率有研究说明：在一样进水水质和水力负荷条件下，页岩 填料对COD、TN、TP去除效果最好，最高去除率可分别到达 60%、80%、85%,其次为页岩与粗砾石组合填料，麦饭石去 除效果较差周炜等的试验结果说明，在8月份，沸石床复合流人工 湿地NH4+-N去除率在95%左右，TN去除率接近80%,硝态氮 去除率在96%左右；而炉渣和砾石人工湿地与沸石床相比， 除出水硝态氮无太大变化外（约为80%〜90%）, NH4+-N和TN的去除率较低，约为10%, 50%o此外，一般来说，分层的基质要比不分层的处理效果好。

研究说明，不同粒径分层级配基质对C0D的去除率均高于单 一粒径基质，其中分层级配生物陶粒对COD的平均去除率高 达72. 91%0分层级配沸石对TN的净化能力较单一粒径基质 有所提高，平均去除率高达91. 23%1.2. 2水生植物水生植物是人工湿地的重要组成局部，对氮的去除有很 大的影响张荣社等研究说明，无植物床、芦苇床和菱草床 TN去除率分别达48. 7%、75.6%、63.5%可见植物对湿地中 氮的去除有很大影响Z. Yousefi等通过实验比照了黄花莺尾碎石床人工湿地 与空白床对TN的去除效果，结果说明，黄花鸯尾床对TN的 去除效果比空白床好，二者的去除率分别为49. 4%、43. 4%o不同的湿地植物对人工湿地的净化效果的影响不同 SixiZhu等研究发现，豆类植物不影响生物质生产以及基质 中硝酸盐和铁盐的截留；C3类植物和C4类植物影响植物水 上局部生物质的生产；最重要的是，植物的多样性越高越有 利于生物质的生产和基质中氮的截留，因此，更有利于人工 湿地脱氮韩苏娟等研究结果说明：黄菖蒲、芦苇、水莎草湿地对 TN去除率较好，平均去除率分别为33. 29%,30. 58%.30. 38%； 臭蒲和香蒲对TN去除效果次之，分别为25.84%、22. 92%； 大红草对TN去除效果最差，仅为18.09%。

水生植物不仅可以直接摄取污水中的富营养物质，而且 其根系的泌氧功能为微生物分解转化有机物提供了适宜的 环境条件植物向湿地中传输的氧气量直接影响其运行机制 水生植物可以传输约90%的氧到根系周围，从而加强微生物 的硝化作用，去除水中氮1.2. 3微生物人工湿地中的微生物在有机物的降解转化方面发挥着 重要作用付融冰等研究发现，在距人工湿地进水沿程50cm 处氨化细菌和亚硝化细菌个数最多，分别为：氨化细菌3.5 X106mL-l,亚硝化细菌3. OX 103mL-1,且此处TN的去除率 也最高，为31. 6%随着以上两种细菌数的减少，TN的去除 率也在降低这说明湿地的氮去除效果与硝化细菌等微生物 数量呈正相关张鸿等实验说明，由于水芹湿地和凤眼莲湿地中含有大 量的硝化细菌，水芹和凤眼莲湿地对氨氮的净化率比对照组 分别高8. 7%、11.7%这说明微生物在湿地对氮的去除中发 挥着很重要的作用1. 2. 4进水的影响YongjunZhao等研究说明，控制进水m (C) ： m (N): m (P)在一定范围内，能使有植物的人工湿地中的微生物发 生相似转化，而无植物的人工湿地中的微生物那么会出现脱离 湿地的现象，因此，建议在建设人工湿地时应尽量种植植物， 并选择合适的m (C) : m (N) : m (P),防止微生物异化和 脱离湿地。

研究说明，湿地进水碳氮比变化时，TN的去除率随着碳 氮比的增大而逐渐升高；NH4+-N的去除率随着碳氮比的增加 而降低2人工湿地除磷的机理及其主要影响因素2. 1除磷机理人工湿地通过水生植物、基质和微生物的共同作用来完 成对磷的去除研究证明，人工湿地中基质对磷的去除是最 主要途径，包括物理去除和化学沉淀去除两大过程无机磷也是植物必需的营养元素，废水中无机磷可被植 物吸收利用组成卵磷脂、核酸及ATP等，然后通过植物的收 割而移去微生物对磷的去除包括对磷的正常同化和过量积累由 于人工湿地系统中植物光合作用光反响、暗反响交替开展, 根毛输氧也交替出现，以及系统内部不同区域对氧消耗量存 在差异，从而导致系统中好氧和厌氧情况交替出现，使磷的 过量释放和过量积累得以顺利完成2.2影响除磷的主要因素2. 1基质不同基质对磷的去除存在较大差异，假设土壤中含有较多 的钙、铁、铝氧化物，那么有利于生成溶解度很低的磷酸铁或 磷酸铝，增强土壤的去磷能力A. Drizo等研究说明：粉煤灰对磷的吸附量最高，其次 是页岩、铝矶土、石灰石、陶粒和沸石，其中页岩和铝矶土 的累积磷吸附量最高，分别为730、355mg/kg,而X射线荧 光分析发现，页岩外表有大量的磷沉淀，由此可以得出，页 岩是这几种人工湿地填料中除磷效果最好的填料。

YouqinZou等比照分别由陶粒和砂砾建成的两组人工湿 地发现，在水力负荷为2. 53〜6. 74cm/d区间，陶粒床人工湿 地对C0D、NH4+-N、TP 的去除率分别为 83. 3%,98. 21%,98. 98%, 优于砂砾人工湿地的处理效果Y.Q. Zhao等研究发现，明矶 污泥和碎石床人工湿地系统对TP的月去除率高达94%,对无 机磷的月去除率高达97%,足见明矶污泥在湿地除磷中的前 景2. 2. 2水生植物水生植物在人工湿地除磷中有举足轻重的作用，有植物 的湿地对磷的去除有很好的效果研究发现，黄花鸯尾碎石 床人工湿地对TP的去除效果明显优于无植物碎石床，其TP 去除率分别为67.6%、57. 4%,可见黄花莺尾对TP的去除有 很大影响李林锋等研究说明：有湿地植物的湿地TP去除率为 56%〜65%,远高于没有植物的湿地对TP的去除率（约为45%）； 其中，植有香蒲、芦苇与菱白的人工湿地TP平均去除率约 为62. 6%,植有水葱和千屈菜的人工湿地TP去除率约为57%, 植有鸯尾和菖蒲的人工湿地TP去除率约为59%o2. 3微生物微生物在湿地除磷中有着重要的作用研究说明，由于 水芹湿地和凤眼莲湿地中含有大量的磷细菌，水芹和凤眼莲 湿地对磷的净化率比空白床分别高16. 0%. 8. 1%O由于含磷 细菌量高于另外两组湿地，水芹湿地在整个过程中对磷的去 除率都高于对照组和凤眼莲湿地，平均高出16.0%、9. 7%o凌云等研究说明：微生物的增加使TP平均去除率到达 20. 9%,高于空白的18. 3%o可见微生物对磷的去除有一定影 响。

2. 2. 4进水的影响湿地进水可影响湿地微生物及植物的生长，从而影响处 理效果研究说明：随着碳源的增加，释磷菌能够从进水中 获得充足的碳源，从而可以比拟充分地释磷，因此，磷的去 除率随碳氮比的增加而提高汤显强等研究说明：与无曝气人工湿地系统相比，中部 曝气使可溶性活性磷(SRP)和TP月平均去除率分别提高 10.2%、8.8%,底部曝气那么为7.7%、7.4%,可见间歇曝气能 够有效提高人工潜流湿地磷去除效率3人工湿地脱氮除磷中存在的问题及对策1存在的主要问题虽然人工湿地在脱氮除磷方面有很大优势，但也存在很 多问题如低溶解氧限制对氮、磷的去除；单一、单级基质 难到达预期处理效果；填料堵塞问题；植物的合理选取与搭 配以及植物枯萎造成对水体的二次污染等问题3. 2提高脱氮除磷的措施人工湿地对氮磷的去除与基质、微生物、植物种类、污 水类型、水力负荷、水文特征、气候特征等因素密切相关, 为了提高对氮磷的去除效果，建议考虑采用以下措施：(1)在污水进入人工湿地前开展充氧(曝气、跌水等)， 提高污水的溶解氧浓度，为微生物创造一定的有氧环境，促 进亚硝酸菌和硝酸菌的增殖，从而提高人工湿地的硝化能力; 也可利用垂直流人工湿地的特点，发挥其溶解氧含量高的优 点，强化对氮、磷的去除。

2)采用沸石等富含Ca、Fe和A1等的基质，提高对P 的吸附去除；研究新型填料，强化对N、P的吸附作用；采 用多种填料组合使用，提高填料的分级，选用合适的粒径级 配等措施来强化处理效果3)改善进水方式，采用间歇进水，防止填料堵塞， 提高对N的去除；对湿地进水预处理，采用不同湿地类型交 叉联合设置提高处理效果的稳定性4)选用氮磷吸收能力强、具抗逆性、有一定经济利 用价值和景观价值、易管理的湿地植物；考虑采用多种植物 混合种植，提高去除效果5)及时收割湿地植物和更换基质，防止因植物枯萎 和基质吸附饱和释放污染物对水体造成的二次污染近年来水处理专家侧重于人工湿地组成的各个影响因 素研究，从而局部上改良了人工湿地脱除氮磷的效力，并实 践组合交叉不同类型的湿地，从整体上优化人工湿地的作用 但作为人工建造的生态系统，人工湿地有其缺陷之处，脱氮 除磷技术有待不断完善和开展在今后的研究中势必要加强高效脱除氮磷基质研究，根 据污水中氮磷污染物的种类、特征采取几种基质的组合或开 发复合基质；加强人工湿地脱除氮磷机理的研究，使人工湿 地与城市建设有机结合，解决生活污水高氮磷；通过试验筛 选利于氮、磷双方面脱除的微生物，并根据污水氮磷的具体情况合理组合微生物群。