摘要：随着人类活动的不断增加，水环境中氮、磷的污染日益严重。 人工湿地作为一种新型的生态污水处理工艺已在实践中得到成功应用。 与传统的磷处理方法相比，人工湿地具有生态、景观、经济等特点。 本文介绍了人工湿地的除磷机理，讨论了湿地中的植物和填料，并指出了影响系统除磷效果的影响因素。
关键词：人工湿地植物填料除磷影响因素
一、简介
人工湿地作为一种生态、景观、高效、低耗的废水处理工艺，正被应用于多种类型的废水处理，如生活污水、农业废水、城市暴雨、富营养化景观水、矿山排水等。 。 随着人类活动的不断增加，水体氮、磷污染日益严重。 大量研究证实，氮和磷可以刺激藻类和光合水生生物的生长，最终造成水体富营养化，而磷被认为是造成水体富营养化的最重要因素。
传统除磷技术存在一定局限性：化学沉淀除磷运行成本高，产生大量化学污泥； 生物除磷工程投资高、工艺复杂、运行管理要求高。 人工湿地除磷是在一般人工湿地系统的基础上，通过人工控制措施，优化系统以达到除磷主要目标的废水处理技术。 主要原理是利用湿地中的填料、植物和微生物来完成除磷。 人工湿地除磷具有投资低、运行维护方便、优化后处理效果好等特点。 对于保护水环境、进行有效的生态修复具有重要意义。
2 人工湿地植物除磷效果
植物是人工湿地处理系统的核心之一，在人工湿地污水处理系统中发挥着多种作用。 植物主要通过自身的光合作用吸收一些污染物。 某些类型的植物可以吸收重金属或降解有机污染物。 同时，植物通过茎、叶的气孔将氧气输送到系统中，在根际形成特殊的环境，促进土壤中微生物的生长。
人工湿地能否有效处理污水的一个重要因素是选择的植物种类是否合适。 一般来说，人工湿地系统中的植物种类应具有以下特点：抗污染性好、处理效果好、成活率高； 根系发达，茎叶茂密，透氧能力强，生长周期长； 抗霜冻、耐热、抗病虫害能力强； 易于维护和管理； 并具有美化景观的作用。
许多研究表明，植物的存在对于实现人工湿地系统的净化功能发挥着巨大的作用。 吴振斌等人通过实验研究了人工湿地系统对污水磷的净化效果。 他们发现三种植物系统的去除率分别为61%、65%和59%，而无植物系统的去除率仅为28%。 研究发现，对于氮磷负荷较轻的人工湿地处理系统，植物生长阶段的收获可占人工湿地总氮去除量的30%； 而在氮磷负荷较重的处理系统中，虽然植物吸收氮的绝对量比氮磷负荷较轻的系统大，但所占比例较低，仅为1%~4%。 彭江彦等. 研究了黄菖蒲、美人蕉、洋葱、芦苇、风车草五种水生植物净化污水的能力。 结果表明，风车草的除磷效果最好，其次是黄菖蒲、美人蕉，其次是水草，略高于芦苇。
3 人工湿地填料除磷
人工湿地的填料是湿地的基质和载体，其净化过程主要包括基质的吸收、过滤等物理和化学作用。 填料的固磷作用主要包括化学沉淀、吸附、吸留等方面。 化学沉淀受溶解度积控制，可分为钙、镁或铁、铝控制的两种转化体系。 可溶性磷酸盐与这些金属离子反应形成钙、镁或铁或铝的磷酸盐，其自由能低得多，可逆性和溶解度很小。 吸附效果由填料的表面性质决定，并受填料的表面积和活性基团控制。 一般认为，磷酸盐离子主要通过配体交换而吸附并停留在填料和土壤表面。 储存和氧化还原反应之间存在直接关系。 上述反应的产物最终被吸附或沉降在土壤中，导致土壤中这些元素的含量急剧增加。 几年后，它在水中的浓度可达到10至10,000倍以上。 因此，当填料达到饱和时，必须更换人工湿地的填料，以保证人工湿地的持续处理效果。
实际运行中的许多人工湿地对水中有机物和悬浮物的去除效率较高，但对氮、磷的去除效率较低。 宋志文等. 分析了荣成人工湿地污水处理系统处理效果的动态变化特征。 结果表明，人工湿地对SS、COD和BOD的去除率分别为71.8±8.4%、62.2±10.1%和70.4±9.6%。 大肠杆菌去除率为99.7%，对NH4+-N、TP去除效果较差。 去除率分别为40. 6±15.3%和29. 6±12.8%。
选择合适的填料对于提高除磷效果至关重要。 在筛选除磷填料时，主要比较筛选含有氢氧化铁（氧化）或铝族的天然矿物质，或能促进钙、磷形成的含钙矿物质。 吸附效率受Eh、pH和吸附表面积等因素影响。 由于填料的吸附能力是固定的，当填料吸附饱和时，应及时更换填料，以保证除磷率。 更换下来的填料也应妥善处理，避免二次污染。 在实际工程中，填料的选择应根据其磷吸附效率、导水率、材料可用性、价格等因素综合考虑。
目前，人工湿地常用的填料有：矿渣、粉煤灰（FA）、钢渣、蛭石、土壤、沸石、沙子、石灰石、高炉矿渣、活性多孔介质（IECA）、页岩等，现在比较一下其特点常用填料的分类：
目前，鉴于上述一些填料的优缺点，在人工湿地系统中普遍采用复合填料。 关于填料的组成，一般以石料、砂、砾石、土为基本原料，并添加适当的辅助材料，通过不同的组合来提高除磷效果。 研究表明，当进水TP含量很高时（化粪池出水），将有机质含量高的泥炭添加到煤渣中，然后混入土壤中。 在水力负荷54-64cm/d条件下，对TP的去除率为77.6-85.0%。 运行15个月后，去除率仍大于55%。
4 影响人工湿地除磷效果的因素
1.人工湿地的结构形式
人工湿地按其结构可分为地表流人工湿地和潜流人工湿地。 在地表流人工湿地中，水力路径主要是地表流。 处理过程中污染物的去除主要是通过植物茎叶的拦截、土壤的吸附过滤以及污染物的自然沉降。 地表流人工湿地一般水力负荷较小，系统对氮磷的去除效果普遍较差。 而且，由于冬季气温下降，湿地植物枯萎，净化功能降低。 潜流人工湿地按水流方向可分为水平流人工湿地和垂直流人工湿地。 在潜流人工湿地系统中，污水在湿地床表面下流动。 一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系以及表土和填料的拦截作用，提高处理效果和处理能力； 另一方面，由于水流在地表下流动，保温性能好，处理效果受气候影响较小，卫生条件较好。 是目前国际上研究和应用较多的湿地处理系统。 但该系统的投资高于地表流人工水。 湿地系统稍高。
2.进口水力负载
湿地系统中的磷主要通过微生物和植物的吸收以及填料的物理化学作用来去除。 如果水力负荷过低，容易造成湿地系统厌氧。 原本在好氧环境下被微生物过量吸收的磷被重新释放出来，导致TP去除率下降； 当水力负荷过大时，污水流量过大，对填料的冲击也使原本吸附在填料表面或植物根部的磷冲出系统，导致TP去除率下降。减少。 特别是在湿地启动期，应采用适当的入口水力负荷，以保证系统内微生物的正常生长和成膜。
3． PH值
由于污水中磷的去除主要依靠填料的物理化学作用，因此除磷效果与介质的酸碱环境有关。 这主要与填料中的金属离子有关。 一般认为Ca 2+ 在碱性或酸性环境条件下容易反应，而A13+ 和Fe 2+ 主要在中性或酸性环境条件下反应。 当污水经过湿地系统时，会引起系统pH值的变化。 水力停留时间过长会导致体系pH值下降。
4.氧源
湿地环境对许多微生物来说是一个严重的逆境，最严重的情况是湿地基质缺氧。 在缺氧条件下，生物体不能进行正常的有氧呼吸，还原态的某些元素和有机物的浓度可达到中毒水平。 人工湿地有机磷好氧分解消耗的氧气主要来自大气的自然复氧和湿地植物的供氧。 溶解氧水平越高，越有利于磷的降解和微生物对磷的吸收利用。
5.季节和温度
湿地的除磷效果受季节和温度影响较大。 一般春秋季节去除率较高，冬季气温较低时去除率较低。 这与植物在冬季枯萎、停止生长有关。 罗卫国等人的研究发现，污水中各种形态磷的去除率变化趋势与温度的变化趋势一致。 两者在冬季同时降至最低点，在春夏季显着上升。
5. 术语
大量成功应用证明，人工湿地作为一种占地少、易于管理、效果好的污水处理系统，是一种非常有效的污水除磷技术。 但与国外相比，国内研究相对滞后。 迫切需要通过理论和实践的系统研究，构建适合我国国情和不同区域特点的高效人工湿地除磷系统，使其能够在我国广泛使用和推广。
参考
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