高效垂直流人工湿地系统水质净化技术
摘要：垂直流人工湿地技术作为绿环保的污水处理新技术，已成为环境科学研究的重要领域之一。本文系统地介绍了垂直流人工湿地处理系统中植物、基质和微生物等组成部分对污水的去除作用，讨论了能对净化功能造成影响的主要因素如基质选择和堵塞问题，并提出垂直流人工湿地在我国污水处理领域的应用局限及发展趋势。
关键词：垂直流人工湿地；污水；净化功能；影响因素
人工湿地是一种低投资、低能耗、低处理成本和具有氮磷去除功能的废水生态处理技术，已逐渐被世界各国所接受。在欧洲和北美，数以千计的天然湿地和人工湿地被广泛应用于处理多种废水，其中包括城市污水、工业废水、农业径流、城市暴雨、填埋场沥滤液和矿山酸性排水[90平米装修预算1-3]。它的原理主要是利用湿地中基质、水生植物和微生物之间的相互作用，通过一系列的物理的、化学的以及生物的途径净化污水。人工湿地根据水面的位置可分为两种类型: 表流人工湿地和潜流人工湿地。相比表流人工湿地，潜流湿地保温效果好，处理效果受气候、季节的影响较小，并且运行过程中若管理得当还可以有效防止蚊蝇滋生和产生臭味，目前国内外多采用潜流人工湿地处理污水[4]。潜流人工湿地根据主导水流可分为水平流和垂直
流，垂直流人工湿地占地面积更小、供氧条件好、水力操作简单，系统运行初期便有良好的净化效果[5]。复合垂直流人工湿地通常用于市政水的处理，尤其适用于对氨氮排放量有严格要求的领域，在实现水体和生态修复方面有较广泛的应用范围。
1.垂直流人工湿地的特点
垂直流人工湿地系统净化功能强。不仅能有效去除污水中悬浮物、有机污染物、氮、磷，而且对重金属、细菌、藻毒素、外源生物活性物质和环境激素类物质等也有比较理想的去除效果；适用范围广。不仅可对污水进行集中处理，而且可因地制宜进行分散处理；不仅可用于生活污水、城市综合污水处理，还可用于湖泊水体修复以及部分行业废水的处理，如农业、养殖、矿山等。常年运行比较稳定，即使在冬季也有较好的净化效果。建设、运转费用低，尤其是运转费低。与景观建设相结合，具有净化美化环境的效果。贴近自然，没有环境扰动。
目前，复合垂直流人工湿地系统已在我国许多退化和受损湖泊中成功推广应用，对生活污水、城镇综合污水和医疗废水也有较好的处理效果[6, 7]。
2.垂直流人工湿地的净化功能
外地人在上海买车垂直流人工湿地对污染物的处理综合了物理、化学、生物和植物的作用。填料表面和植物根系中生长了大量的微生物形成的生物膜，废水流经时，固体颗粒被填料及根系阻挡截留，有机质通过生物膜的吸附及同化、异化作用而得以去除。床层中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中的氮、磷不仅能被植物及微生物作为营养成分直接吸收，还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用从废水中去除，最后通过湿地基质的定期更换或收割使污染物最终从系统中去除[8]。
垂直流人工湿地主要作用机理见表1。
表格 1垂直人工湿地系统去除污染物的机理
反应机理
对污染物的去除与影响
物理
沉降
可沉降固体在湿地及预处理的酸化（水解）池中沉降去除；可絮凝固体通过絮凝沉降去除，在此沉降过程中BOD、N、P、重金属、难降解有机物、细菌和病毒等得到部分去除
过滤
花儿与少年嘉宾名单通过颗粒间相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固体被阻截而去除
化学南红是什么
沉淀
磷及重金属通过化学反应形成难溶解化合物或与难溶解化合物一起沉淀去除
吸附
磷及重金属被吸附在基质和植物表面，某些难降解有机物也能通过吸附作用去除
分解
通过紫外辐射、氧化还原等反应过程，使难降解有机物分解或变成稳定性较差的化合物
生物
微生物代谢
分解；通过生物硝化-反硝化作用去除N；微生物将部分重金属氧化并经阴截或结合而去除
植物
植物代谢
通过植物对有机物的吸收而去除，植物根系分泌物对大肠杆菌和病原体有灭活作用
植物吸收
相当数量的N、P、重金属及难降解有机物被植物吸收而去除
自然死亡
细菌和病毒处于不适宜环境中会自然腐败、死亡
从表1可知，湿地系统通过物理、化学、生物和植物的综合反应过程将水中可沉降固体、胶体物质，BOD、N、P、重金属、难降解有机物、细菌和病毒等去除，显示了强大的多功能净化能力。
2.1湿地植物
常见的湿地植物有：芦苇、香蒲、灯心草、风车草、水葱、香根草、浮萍等，其中应用最广的是芦苇。植物的选择最好是取当地的或本地区天然湿地中存在的植物，以保证对当地气候环境的适应性，并尽可能地增加湿地系统的生物多样性以提高湿地系统的综合处理能力。
人工湿地系统要求水生植物对各种高浓度的污染物有一定的承受能力。所选的植物品种要能更有效地利用多余的营养物，或更能忍受污染物，植物的改变对污染物的去除是有利的。不同的生长环境，适宜的湿地植物是不同的。
Cheng[9]等利用风车草能吸收富集水体中30%的铜和锰，对锌、镉、铅的富集也达5%-15%。骆世明[10]在用潜流人工湿地处理养猪场废水的研究中发现，风车草和香根草人工湿地对有机物有较强的缓冲能力，冬季两湿地的BOD去除率可以达到70%-90%。
2.2基质
基质又称基质滤料，主要包括土壤、砂土、砾石等。基质是湿地植物和微生物赖以生存的基础，这些基质一方面为微生物的生长提供稳定的依附表面，同时也为水生植物提供了载体和营养物质，并为湿地中大部分的物理、化学和生物反应提供反应界面。基质对污水的净化主要通过物理和化学途径来实现，如吸收、吸附、离子交换、络合反应等。贺峰[11]等运用复合垂直流人工湿地对基质中氮的积累规律探究表明，系统基质对氮的积累主要发生在表层。基质对磷的吸附是湿地去除磷的首要因素，主要机理在于基质中的Al3+、Fe3+携手进小康手抄报、Ca2+等能与可溶性无机磷化物形成不溶性磷酸盐而使磷固定下来，但这种吸附沉淀不是永久性的，当基质吸附磷达到饱和状态时，就会产生磷的释放。基质表面及植物根系有利于生物膜的附着，基质对污水的净化依赖于生物膜中大量的微生物体。李今[12]等从基质生物膜量、生物膜厚度和脱氢酶活性等方面研究了以复合垂直流人工湿地中基质颗粒作为附着生长载体的生物膜的特性。结果表明，复合垂直流人工湿地中，基质生物膜的形成时间为40-60 d。进水水质不同，基质生物膜的形成时间有差异，进水中相对高的营养水平有利于基质生物膜的积累，60 d内形成的稳定生物膜量相差1.59倍；生物膜活性也较大，平均相差1.5倍。不同发育程度的生物膜表现出的活性不同，最佳活性厚度为150 μm。人工
非诚勿扰安阳
湿地中不同层次基质生物膜厚度差异显著，最表层0-5 cm层次基质生物膜厚度2-3倍于10 cm以下层次，为最佳活性厚度的3-4倍，其生物膜的过量积累不仅不利于处理效率的提高，且易造成人工湿地的堵塞。