人工濕地除磷概述

梅思俐

摘? 要：磷是引起水體污染，造成水體富營養化的原因之一。人工濕地系統是常用的污水處理系統，人工濕地中的植物、微生物和基質都對污水中磷的去除具有一定的促進作用。文章綜述了人工濕地系統中植物、微生物、基質去除磷的機理及相關研究進展，并對人工濕地的發展進行展望。

關鍵詞：人工濕地;除磷;植物;微生物;基質

中圖分類號：X703? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）05-0057-02

Abstract： Phosphorus is one of the causes of water pollution and water eutrophication. Constructed wetland systems are commonly used sewage treatment systems. Plants， microorganisms， and substrates in constructed wetlands all promote the removal of phosphorus from sewage. This paper reviews the mechanism of phosphorus removal by plants， microorganisms， and substrates in the constructed wetland system and related research progress， and prospects the development of the constructed wetland.

Keywords： constructed wetlands; phosphorus removal; plants; microorganism; substrates

1 概述

實施鄉村振興戰略，是黨的十九大作出的重大決策部署。《河南省鄉村振興戰略規劃（2018-2022年）》指出將以農村垃圾、污水治理和村容村貌提升為主攻方向，進行農村人居環境整治[1]。由于長期忽視鄉村基礎設施建設及環境保護，農村水污染狀況嚴重，污水直排現象普遍。未經處理的污水直接排入附近水體環境，不僅會加劇水域污染，甚至會危害居民的身體健康[2-3]。含有大量有機物、氮和磷的污水直接進入水體會造成水體富營養化，使得藻類大肆生長，不僅會造成溶解氧供應不足甚至會導致魚、蝦、蟹大量死亡[4-5]。因此，控制水體中磷含量已成為水環境治理的重要手段之一，尋找高效、便捷的除磷方法是人們一直以來熱議、探究的重要內容。

2 人工濕地除磷途徑

人工濕地因具有投資少、耗能低、運行和維護簡單等優點而被用于多種水體的凈化過程[6]，是傳統污水處理技術的一種有效替代方案。人工濕地常用于處理尾水，其還可用于預處理輕微污染水源[7]。人工濕地對磷的去除主要是通過植物的吸收作用、微生物的生物化學作用及基質的物理化學作用來達到凈化水質的目的[8-9]。

2.1 植物除磷

植物可以直接利用吸收水體中的營養物質以促進自身的生長同時能夠凈化水體;植物根系還可以創造根際微環境，進行輸氧、泌氧為微生物提供附著場所[10-11]。人工濕地常用的植物有：蘆葦、香蒲、燈心草、菖蒲、鳳眼蓮、黃花鳶尾、荷花、睡蓮等，其中較為常用的是蘆葦。任婷婷[12]等選用黃花鳶尾進行水培，該植物生長良好且對污水中磷的去除率為32.25%，水質顯著提高。張冉等[13]研究發現有植物種植的人工濕地系統比沒有植物的人工濕地系統除磷效果更好且去除率更穩定。吳曉[14]通過綠狐尾藻表面流人工濕地去除養殖廢水中的磷，該植物可顯著降低水體中可溶態磷的含量。有學者利用水平潛流人工濕地處理農村生活污水，當水力停留時間為1.2～7d時，總磷去除率最高可達到93%[15]。但植物存在冬季休眠或枯萎死亡，春秋季生長緩慢等情況，致使人工濕地對污水中磷的去除效率降低[16]。濕地在運行過程中，需要對植物進行定期修剪收割以達到較好的處理效果和美化環境的作用[17]。

2.2 微生物除磷

微生物體內含有一定量的磷，磷參與了微生物的生理活動。微生物可以將水體中的有機磷轉化為無機磷，從而促進植物的生長吸收[18]。氣單胞菌屬、假單胞菌屬均為除磷微生物的優勢菌種。微生物的生存數量取決于濕地的營養狀況，貧營養化地區的微生物較富營養化區域的微生物能夠吸收儲存更多的磷。水體溫度、pH值對微生物除磷效果影響較大，除此外水力停留時間過長易形成厭氧環境，抑制微生物的呼吸作用，造成微生物對磷的降解能力減弱[19]。

2.3 基質除磷

基質的物理化學作用可以克服前述的濕地植物、微生物的某些局限性，通過沉積、沉淀、吸附、離子交換等作用穩定有效的降低水體中磷含量[20-21]。濕地基質的配置可以顯著影響污水處理的效率和濕地整體生態系統的穩定。人工濕地基質可以選取具有足夠的機械強度、滲透系數、比表面積較大，孔隙率較高，孔徑大的基質填料[22-23]。趙桂瑜[24]等研究了干渣、沸石、頁巖陶粒、白云石四種基質，發現干渣對磷的吸附量最大，白云石對磷的吸附量最小。有研究者采用黃棕壤、煤渣、廢棄的水泥砂漿作為濕地基質，通過探究三種物質的等溫吸附特性，吸附動力學特征等得出水泥砂漿>煤渣>黃棕壤的結論[25]。萬正芬等[26]從19種填料中篩選出鋼渣、無煙煤、瓷砂陶粒等吸磷效果較好的基質。

人工濕地基質材料來源廣泛，反應速率快效果好，并且可選擇某些安全、無二次污染的固體廢物作為基質材料，成本低廉、對環境友好。高瑜[27]將爐渣用廢酸改性，生成一種新的濾料吸附磷，實現廢物資源化利用。孟盼盼[28]利用給水廠污泥高溫燒制成陶粒，陶粒對磷的吸附效果較好且凈化效果穩定。陳旭等[29]利用雞糞和玉米制成生物炭，將制成的生物炭做靜態吸附實驗，發現生物炭的吸附效果優于石灰石。

3 結束語

人工濕地具有廣泛的適用性，其對城市污水處理與農村生活污水處理具有重要意義。但人工濕地基質的堵塞問題仍是一大障礙，污水中的懸浮顆粒在填料層不斷蓄積致使孔隙逐漸變小，污染物的去除率減小，人工濕地的除污能力大大降低。因此仍需不斷探究、研發新的人工濕地基質，尋找解決基質堵塞問題的有效方法。

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