1人工濕地關(guān)鍵組成因子的作用

（2）濕地基質(zhì)

基質(zhì)是人工濕地的重要組成部分，其作為濕地系統(tǒng)主要物理化學(xué)及生物反應(yīng)的場(chǎng)所，關(guān)系著人工濕地的去污能力和使用壽命。

①基質(zhì)的去污作用與貢獻(xiàn)

濕地基質(zhì)的作用主要有：為水生植物提供生長(zhǎng)所需的基質(zhì)，為污水在其中的滲流提供良好的水利條件，并為微生物提供良好的生長(zhǎng)載體。不同研究中基質(zhì)吸附、蓄積作用在人工濕地去除過(guò)程中的貢獻(xiàn)率差異較大，濕地基質(zhì)的污染物蓄積性能受填料物理化學(xué)性質(zhì)及水力負(fù)荷、進(jìn)水污染物濃度等因素的影響。

②基質(zhì)吸附機(jī)理與性能

基質(zhì)填料的污染物吸附性能對(duì)人工濕地去污能力有重要的影響。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞濕地基質(zhì)填料的污染物吸附特征和機(jī)理開(kāi)展了廣泛研究。污染物的吸附和基質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)有密切聯(lián)系。基質(zhì)對(duì)污染物的吸附性能常采用理論最大吸附量來(lái)評(píng)價(jià)，一般采用或等溫吸附方程計(jì)算的基質(zhì)理論最大吸附量。

除基質(zhì)的污染物吸附能力外，基質(zhì)的吸附速率也是影響人工濕地去污效果的關(guān)鍵因素，為此，研究人員開(kāi)展了基質(zhì)污染物吸附動(dòng)力學(xué)的研究。在基質(zhì)吸附動(dòng)力學(xué)研究中，常用的吸附動(dòng)力學(xué)模型有：一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、一級(jí)擴(kuò)散方程、方程及雙常數(shù)方程等。

③基質(zhì)蹄選

目前研究和應(yīng)用較多的基質(zhì)類型，大致分為三類：天然材料、工業(yè)副產(chǎn)品、人造產(chǎn)品。天然材料主要有白云石、石灰石、沸石、頁(yè)巖、招土礦、沙子、爍石、灰土、土壤等；工業(yè)副產(chǎn)品主要有礦渣、鋼渣、爐渣、粉煤灰等；人造產(chǎn)品主要是指輕質(zhì)膨脹性集料粘土或輕質(zhì)聚合體。

不同類型基質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用潛力不同，因此，對(duì)于人工濕地而言，選擇適宜的基質(zhì)類型對(duì)提高系統(tǒng)去污效果至關(guān)重要。一般地，人工濕地所選基質(zhì)應(yīng)滿足以下條件：基質(zhì)中鐵、鎂、韓、鍋等活性物質(zhì)含量高，吸附能力強(qiáng)；質(zhì)輕，孔隙率高，比表面積大；來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，使用周期長(zhǎng)；化學(xué)穩(wěn)定性良好，環(huán)境危害小。

（3）濕地微生物

在人工濕地水質(zhì)凈化過(guò)程中，微生物發(fā)揮著重要作用，其代謝活動(dòng)是污水中污染物降解的重要機(jī)制。目前，圍繞人工濕地微生物的去污過(guò)程已經(jīng)展開(kāi)了多方面的研究，主要包括微生物去污作用與貢獻(xiàn)、種群結(jié)構(gòu)與分布、微生物酶及其活性等幾方面。

①微生物的去污作用與貢獻(xiàn)

微生物是人工濕地中去除含氮化合物和有機(jī)物的主要承擔(dān)者。有研究表明，人工濕地系統(tǒng)通過(guò)微生物反硝化作用去除的氮可占到進(jìn)水氮負(fù)荷的94%。另有研究研究了新型人工濕地系統(tǒng)（中氮的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程，結(jié)果表明，污水中約57.6%的氮污染物通過(guò)微生物反確化途徑得到去除。

②微生物種群結(jié)構(gòu)與分布

人工濕地系統(tǒng)內(nèi)生物極其豐富，主要包括細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物。其中，微生物主要包括細(xì)菌、放線菌和真菌等。細(xì)菌又可分為好氧菌、厭氧菌、兼性厭氧菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌和磷細(xì)菌等種類。微生物在人工濕地系統(tǒng)中分布廣泛，組成種類也復(fù)雜多樣，此外，人工濕地具有明顯的分層結(jié)構(gòu)及植物種類的差異，因此，微生物群落結(jié)構(gòu)與分布存在顯著的差異。

③微生物酶及活性

微生物酶活性是微生物功能的一種體現(xiàn)，其活性高低直接影響著污水的凈化效果，是人工濕地去污效果的指標(biāo)之一。梁威等研究了復(fù)合垂直流人工濕地中磷酸酶和脲酶活性及與污水凈化效果的關(guān)系，為利用酶活性強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)凈化人工濕地長(zhǎng)寬比和面積是人工濕地水質(zhì)凈化系統(tǒng)的重要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)。

④布水工藝

布水工藝對(duì)人工濕地系統(tǒng)的水流狀態(tài)有很大的影響，進(jìn)而對(duì)濕地系統(tǒng)去污效果產(chǎn)生影響。較好的布水工藝能使得污水均勾地流過(guò)濕地床體，提高濕地系統(tǒng)的水力效率，增大污染物在系統(tǒng)內(nèi)的接觸反應(yīng)機(jī)會(huì)，從而提高污染物的處理效果。張金勇研究了表面流人工濕地中直管、爍石層、穿孔管等種布水工藝對(duì)水質(zhì)凈化效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碌石層布水工藝的污染物去除效果最好，穿孔管布水稍差，直管布水最差。

（4）操控因素

①水深

水深也是人工濕地系統(tǒng)的的重要影響因子。水深的不同可使?jié)竦叵到y(tǒng)中氧化還原電位（的不同，進(jìn)而導(dǎo)致不同的生物化學(xué)過(guò)程，此外，他與濕地容積、水力負(fù)荷大小、水力停留時(shí)間等因素相互影響共同決定濕地系統(tǒng)的去污效率。多數(shù)研究認(rèn)為，水深較淺的濕地系統(tǒng)處理效果更好。

②水力停留時(shí)間

人工濕地的去污效果與水力停留時(shí)間（有著密切關(guān)系。過(guò)短，則系統(tǒng)生化反應(yīng)不充分，過(guò)長(zhǎng)，又可能引起污水滯留和厭氧區(qū)域擴(kuò)大，均影響去污效果。

③水力負(fù)荷

水力負(fù)荷（同—樣也是人工濕地的一個(gè)重要操控參數(shù)，合理設(shè)置水力負(fù)荷能有效提高人工濕地對(duì)污水的凈化效果。孫廣智等研究發(fā)現(xiàn)，蘆葦床人工濕地中COD、BOD去除速率隨水力負(fù)荷的增大而減小，且增加進(jìn)水頻率有利于提高其去除效果。凌禎等通過(guò)SF和SSF人工濕地污染物去除率隨水力負(fù)荷變化的規(guī)律，表明人工濕地對(duì)TP、TN去除率隨HLR的增加而降低。有研究者研究了高、低水力負(fù)荷下人工濕地對(duì)生活污水的去除效果，結(jié)果表明，在低水力負(fù)荷時(shí)，污水處理出水水質(zhì)較好，COD、SS和大腸桿菌去除率分別達(dá)到了66%、80%和90%。

④碳氮比

碳氮比（被認(rèn)為是影響人工濕地脫氮除磷的關(guān)鍵因素。微生物反硝化過(guò)程中對(duì)的要求嚴(yán)格，有機(jī)碳源作為反硝化過(guò)程的電子供體，直接影響濕地反摘化脫氮及反確化脫磷等過(guò)程。

（5）環(huán)境因素

①溫度

溫度變化（季節(jié)變化）影響了人工濕地中微生物的活性及植物生長(zhǎng)，進(jìn)而對(duì)人工濕地中植物吸收、微生物分解等去污過(guò)程產(chǎn)生影響，因此溫度是影響人工濕地凈化效果的一個(gè)重要因素。有研究報(bào)道，季節(jié)變化對(duì)濕地COD和NH₄⁺-N去除率有較大影響，因?yàn)闇囟冉档蛯?dǎo)致微生物繁殖下降、活性降低。尤其在秋冬季，植物死亡，微生物活性降低，會(huì)直接影響人工濕地的處理效果。

②溶解氧

溶解氧是人工濕地污水處理系統(tǒng)中的最重要的影響因素之一，水平和分布很大程度上決定系統(tǒng)的微生物種類以及出水水質(zhì)。目前對(duì)人工濕地系統(tǒng)溶解氧需求水平尚無(wú)統(tǒng)一的定論。

③氧化還原電位

人工濕地系統(tǒng)中的氧化還原電位（是影響系統(tǒng)碳氮磷生物地球化學(xué)循環(huán)的重要因素。

④pH

pH作為人工濕地中主要的環(huán)境因素，影響著系統(tǒng)微生物的代謝，對(duì)人工濕地去除N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有較大的影響。以氮循環(huán)為例，當(dāng)pH在6.5~8.5時(shí)有利于好氧和厭氧微生物對(duì)含氮有機(jī)物的氣化作用的發(fā)生；當(dāng)pH>8.0時(shí)，NH₄⁺-N主要以NH₃的形式揮發(fā)去除；當(dāng)pH<6.0時(shí)硝化細(xì)菌的活性顯著下降；當(dāng)pH<5.0時(shí)硝化作用基本可以忽略。此外，吳建強(qiáng)等認(rèn)為過(guò)高或過(guò)低都會(huì)抑制人工濕地系統(tǒng)的同步硝化反硝化脫氮除磷作用，最適宜值為7.0。

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