（兰州城市学院 化学与环境科学学院，甘肃 兰州730070）

人工湿地是20世纪70年代发展起来的一项新型可持续发展的污水处理技术，其源于对自然湿地系统的模拟。人工湿地系统是指在一定长、宽比及地面坡度的洼地上，人为地将土壤、沙、石等混合组成填料床，并在床体上有选择性地种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长期长、美观且具有经济价值的植物及其水中、填料中生存的动物、微生物所组成的独特生态环境[1]。湿地作为自然资源的重要组成部分，与人类的生存、繁衍和发展息息相关。湿地不仅可以保持水源、净化水质、蓄洪防旱，还可以调节气候、保护生物多样性、美化环境，是世界上最具活力的生态系统和人类最重要的生存环境之一。污水流经床体表面和床体填料缝隙时，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等实现对污水的高效净化，而且具有工艺设备简单、运转维护管理方便、系统配置可塑性强、对负荷变化适应性强、工程基建和运行费用低等特点。同时人工湿地出水具有一定的生物安全性、生态环境效益显著、可实现废水的资源化，特别适合小城市及农村生活污水处理[2，3]。

兰州银滩湿地公园位于兰州市安宁区银滩大桥北端东西两侧(36°05′N，103°42′E)。其中，横贯市区东西的北滨河路位于公园北面，与之相临；黄河水道位于公园南侧，与之相接，使湿地公园具有十分便捷的对外交通条件。同时，该地属非城市中心地带，远离城市污染区，沿城市活水的上游地势为低湿之处，满足湿地植物对生态环境及生态因子的要求，有较丰富的地形和天然植被。我国西部地区的湿地资源弥足珍贵，兰州银滩湿地作为甘肃珍稀湿地资源的典型代表，其保护、建设管理以及功能定位直接影响到黄河兰州段湿地资源的保护乃至兰州市的可持续发展，也对全省范围的湿地保护起着示范作用[4，5]。2012年下半年黄河水位上涨，上游洪水暴发，湿地公园被淹没，市政府对部分河段进行了修缮。笔者在兰州银滩湿地公园内选取了一些采样点，对其水质进行分析，以期了解兰州银滩湿地污水处理系统对黄河水中的氟化物、氨氮、亚硝酸盐氮和总磷的净化作用。

1 水样的采集与分析

2013年5月16日，在湿地的不同水域位置采集水样，采集时现场测定水体的pH值及温度。样品采集位置见图1。现场测得水体pH值为5.5～6.5之间，水温为11.90～12.03℃。

图1 兰州市银滩湿地样品采集位置

2 水质指标测定方法

水体中氟化物（F-）浓度采用氟离子选择电子法测定[6]，水体中氨氮（NH4+-N）浓度测定采用水杨酸—次氯酸盐分光光度法[7]，亚硝酸盐氮（NO2--N）浓度采用盐酸萘乙二胺比色法测定[8]，总磷（TP）含量测定采用钼锑抗分光光度法[9]。水样平行测定6次，测定结果用平均值±SD表示。

3 结果与分析

3.1 不同水域中氟化物（F-）浓度变化

氟是人体必需的微量元素之一，缺氟易患龋齿病，饮水中氟的适宜浓度为0.5～1.0 mg/L（F-）[6]。氟化物是水质监测项目的重要指标之一。湿地公园内不同采样点处氟化物（F-）浓度的结果见图2。从入水口到流水区2区域内，氟离子浓度呈不断下降趋势，在流水区2到流水区3内，氟离子浓度突然升高，可能是由于附近施工将大量的泥土挖出在流水区3旁堆积。而从流水区3到出水口处氟离子浓度未见明显变化。测定区段内氟化物（F-）最高浓度为0.184 mg/L，根据《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002），水中氟化物（F-）浓度≤1 mg/L时为Ⅰ～Ⅲ类水质[10]，因此，该湿地公园出水口水质氟化物含量可达Ⅲ类水质以上。

图2 不同采样点氟化物浓度的变化

3.2 不同水域中NH4+-N浓度和NO2--N浓度变化

进入湿地的水在经过不同区域时，不同采样点处氨氮（NH4+-N）和亚硝酸盐氮（NO2--N）浓度变化见图3和图4。从图3和图4中可以看出，黄河水在流经入水口通过流水区1的过程中，水体中氨氮（NH4+-N）降解完全，亚硝酸盐氮（NO2--N）浓度有所升高，由0.02 mg/L上升至0.078 mg/L，可以得知在入水口至流水区1内，污染物已基本分解完全，但未完全自净。而在流水区1至出水口内，氨氮（NH4+-N）含量上升又下降，在流水区3达到最大值，但是总体来看NH4+-N浓度呈下降趋势。亚硝酸盐氮（NO2--N）浓度在流水区2处的含量较1处有明显的降低，而之后没有太大变化。王晓娟等[11]对人工湿地的硝化和反硝化强度研究表明，人工湿地系统可以同时进行硝化和反硝化作用；湿地表面水流与大气直接接触，氧源丰富，具有较好的好氧环境，系统的硝化强度较好，对氨氮具有较好的去除效果，硝化作用主要在系统的前端进行，沿程逐渐降低；反硝化强度沿程变化不大。兰州银滩湿地公园入水口至流水区1中水体氨氮含量下降，亚硝酸根含量上升，这表明此区氨氮的硝化作用较强，此现象也与上述研究结果一致。人工湿地脱氮效果往往受到气候、植物种类、负荷以及立地条件等因素的影响（Breen et al.，1999）[12]，也有可能是系统内植物和微生物不断调整和优化的结果，但也不能排除湿地修缮过程中引入污染物等人为因素造成的污染让部分区域污染物如氨氮等浓度发生变化。湿地公园内出水口水体中氨氮（NH4+-N）浓度为0.311 mg/L，根据《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）[10]，水中氨氮浓度＜0.5 mg/L时为Ⅱ级水质，故出水口处水质为Ⅱ级水质。

图3 不同采样点氨氮（NH4+-N）浓度的变化

图4 不同采样点亚硝酸盐氮（NO2--N）浓度的变化

3.3 不同水域中总磷（TP）浓度变化

进入湿地的水在经过不同区域时，不同采样点总磷（TP）浓度变化见图5。入水口到流水区1内TP浓度有所升高，之后逐渐降低，总体呈下降趋势。曹雪莹等[13]研究表明，人工湿地运行时，在基质床内部植物根系的生长、污水有机物的降解、氧传输不均匀等容易导致床体内形成多样化的理化环境，无疑会影响基质颗粒磷吸附，导致床体不同区域基质磷吸附量出现差异。本研究测定结果表明，虽然湿地不同区域内理化环境不同，但湿地基质颗粒整体对TP仍有较好的去除效果。湿地入水口到流水区1区段内植被较少，其他流水区有大量的植被覆盖，水流速度较入水口慢。李林锋等研究表明，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%）[14]。故不能排除植被对TP去除效果的影响。同时湿地除磷效果随水力停留时间的增加而增加，过长的水力停留时间会引起pH值的明显下降，导致磷的析出或溶解，降低除磷效率[1]。兰州银滩湿地公园流水区1和流水区2水体pH值为6.5，流水区3水体pH值为7.0，pH值没有太大变化，这说明水力停留时间是比较适中的，图5显示了不同采样点总磷（TP）浓度的变化，也可以说明这一点。出水口总磷（TP）浓度为0.091 mg/L，根据《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）[10]，水中总磷浓度＜0.1 mg/L时为Ⅱ类水，故出水口水质为Ⅱ类水。

图5 不同采样点总磷（TP）浓度的变化

3.4 不同水域中污染物浓度去除率

在入水口到流水区1河段，银滩湿地公园对氨氮（NH4+-N）的去除率达到了100%，该区段去除氨氮的效果极佳；对氟化物（F-）的去除率达到了24.5%。流水区1到流水区2河段间对氟化物、亚硝酸盐氮、总磷的去除率分别为7.5%、35.9%、37.9%，总体来说此河段间对污染物的去除率较好。同时从表1可以看出，兰州银滩湿地公园对氨氮和总磷的去除效果较好，从入水口到出水口的总过程中，氨氮的去除率达到了40.0%，总磷的去除率达到了79.6%，而且从整个河段来看，总磷在不同河段间的去除效果也较其他污染物好。

表1 银滩湿地污水处理系统净化效果

4 结论

兰州银滩湿地公园在短时间内脱氮除磷方面占很大优势，而且从整个河段来看总磷在不同河段间的去除效果也较其他污染物好，同时由于受气候、植物种类、负荷以及立地条件等因素的影响，氟化物和亚硝酸盐氮的去除效果极不稳定，仍需采取一定的措施加以改进。在入水口到流水区1，沿途水生植物种类较单调，由于植物对污水的净化功能是植物直接吸收和间接影响微生物作用的综合结果，因此，可以混合栽种多种植物，如增种菖蒲、灯心草、水冬麦等挺水植物。实地观测发现，从进水口到出水口，整个区段尚无漂浮植物或沉水植物的栽种，对于不同生活型的水生植物，普遍认为漂浮植物对污水的净化能力强于挺水植物，所以，可增种凤眼莲、睡莲等漂浮植物及部分菹草等沉水植物。

[1]易丹.人工湿地处理技术的净化机理及去污效果[J].广东化工，2010，12（37）：111-112.

[2]闫志利.生态文明视域下河北沿海地区湿地农业发展转型研究[J].中国环境管理干部学院学报，2013，23（2）：17-20.

[3]王玮，丁怡，王宇晖，等.人工湿地增氧技术在污水脱氮中的应用[J].工业水处理，2014，34（8）：1-5.

[4]唐铭，郭浩磊.兰州银滩湿地公园现状评价与保护对策[J].安徽农业科学，2010，38（2）：1015-1017，1035.

[5]郜逗，张成君，张菀漪，等.兰州市银滩湿地小生境沉积物中硅藻的属种分布及特征[J].生态环境学报，2011，20（10）：1518-1522.

[6]奚旦力.环境监测实验[M].北京：高等教育出版社，2011：18-21.

[7]奚旦力，孙裕生.环境监测[M].4版.北京：高等教育出版社，2010：14-15，105.

[8]董德明，朱利中.环境化学实验[M].2版.北京：高等教育出版社，2009：31-33，36-38.

[9]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版：增补版.北京：中国环境科学出版社，2012：243-247.

[10]国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.GB 3838-2002 地表水环境质量标准[S].北京：中国标准出版社，2002.

[11]王晓娟，张荣社.人工湿地微生物硝化和反硝化强度对比研究[J].环境科学学报，2006，26（2）：225-229.

[12]BREEN P F，CHICK A J.Root zone dynamics in constructed wetlands receiving wastewater：A comparison of vertical and horizontal flow systems[J].Water Science and Technology，1999，32（3）：281-290.

[13]曹雪莹，种云霄，余光伟，等.人工湿地不同区域基质磷含量的差异分析[J].环境科学，2012，33（11）：4033-4039.

[14]李林锋，年跃刚，蒋高明.植物吸收在人工湿地脱氮除磷中的贡献[J].环境科学研究，2009，22（3）：337-342.