许浩浩，吕伟娅

(南京工业大学，江苏南京211816)

1 人工湿地对污染物的净化效果

表1 人工湿地的净化效果 %

上述研究出现人工湿地对氮磷等污染物的净化效果有所不同的原因可能是因为人工湿地采用的填料、植物、设计参数等有差异。总的来说，传统人工湿地对TSS、重金属、油脂类及病原菌的去除效果良好，而对氮磷的去除率较低，对COD的去除率不稳定。针对这个情况，很多学者研究从改良填料、强化植物以及组合工艺等方面来强化人工湿地的净化效果。

2 强化人工湿地的净化效果

2.1 改良填料

填料是人工湿地的重要组成部分，对污废水中氮磷等营养物质的去除起到了主要作用[4]，因为填料不仅能通过吸附、沉淀、过滤等作用去除污染物，还可为微生物提供附着点，为植物提供适宜生长条件[2，4]。传统的人工湿地一般会选用渗透性良好的自然土壤或砾石等传统填料，但传统填料对污染物的吸附能力较低，因此可向传统填料中添加改性材料来强化系统的净化效果[3]。

2.1.1添加改性填料

王功等[12]研究沸石、海绵铁和砾石对氮磷的吸附效果，结果表明，海绵铁对磷的吸附效果最佳，沸石对氮的吸附效果明显优于其他2种材料，因此沸石和海绵铁可作为人工湿地脱氮除磷的改良填料。Lu等[13]试验表明，火山岩、瓷砂陶粒、生物炭和沸石对NH3-N的吸附效果较好，吸附量分别高达1.700 0、1.620 0、1.353 0、1.350 0 mg/g，且4种填料的孔隙率和渗透系数都较大，因此填料中加入适量的上述4种填料可以提高系统对NH3-N的去除效果。谷鹏飞[14]以给水污泥、粉煤灰的质量比为90∶10，并添加10%水玻璃制作给水污泥陶粒，发现以给水污泥陶为填料的潮汐流人工湿地对污水的去除效果大幅度增加，因此给水污泥陶粒可作为优化系统去污效果的填料(表2)。Chen等[15]试验显示，填料对生活污水中大肠杆菌的去除能力由强到弱依次为：生物炭﹥无烟煤﹥水稻土﹥沸石﹥石英，添加20%的生物炭不仅可以提高土壤渗透性能，还可以大幅度增加对大肠杆菌和大肠埃希氏菌的去除效果，去除率分别高达99.34%和97%。薛钧尹等[16]研究表明，与生物陶粒相比，沸石、蛭石和果壳对阴离子聚丙烯酰胺和石油类化合物的去除效果显著，推荐沸石、蛭石、果壳作为人工湿地处理含油废水的优选填料。

2.1.2优化填料组合及配比

表2 强化人工湿地的净化效果—填料 %

上述研究表明，向填料中添加一些比表面积大、渗透性好、吸附能力强的介质，如沸石、生物炭、蛭石、石灰石、生物炭、陶粒、粉煤灰等可以增加人工对污染物的去除效果[20]，且通过不同填料的组合配比可以进一步提高去除能力。

2.2 优选人工湿地植物

人工湿地是由填料、植物和微生物组成的复杂生态系统，其中植物在污水水质净化方面具有重要作用。植物本身可以吸收污水中的部分污染物，同时根系的生长可以促进微生物的繁殖，从而提高污染物的去除效果[20-21]。

表3 强化人工湿地的净化效果—植物 %

不同植物类型的选择，可能会造成人工湿地对污染物的净化效果发生较大差异[21]。在选择植物时应从植物的耐污性、耐水性、净化效果、观赏性及经济性等方面综合考虑，根据处理水质的特点选择适宜的湿地植物，不但可以保证人工湿地系统中生物的多样性，还可以实现更高效的污水净化[28]。

2.3 组合工艺

单一人工湿地难以同时满足对多种污染物的去除要求，因此通过组合不同类型的人工湿地或将人工湿地与其他水处理工艺相结合组成的复合系统可以大大提升水质的净化效果。Zheng等[9]试验显示，复合人工湿地(潜流+表面流、潜流+潜流、表面流+表面流)相比单级湿地系统对BOD5、COD和TSS有更高的净化效果，大部分污染物在复合湿地的第一级单元内得到去除(表4)。试验显示[29-30]，以垂直流、水平潜流、表面流组合的人工湿地对有机物及重金属的去除效果较好，其中对COD、BOD5的去除率分别可达到70%、80%以上，出水浓度达GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的二级标准，对Cd、Cr、Pb的去除率分别为87.88%、73.10%、73.20%。Ge等[31]研究表明，垂直潜流与水平潜流复合型人工湿地对COD、BOD5、TP、NH3-N、TN的去除效果较好，表流复合型人工湿地对TN的去除率最佳，复合人工湿地对TN的去除率均高于单级系统。杨平等[32]试验表明，稳定塘与2个水平潜流人工湿地组成的复合系统对四环素类抗生素的去除效果显著，去除率达到了74.2%，出水水质稳定。鲁其敏等[33]研究显示，潮汐流-水平潜流组合人工湿地对细菌的去除效果显著，对总细菌、总大肠菌群及粪大肠菌的总体去除率分别为96.5%、97.9%、92.4%，而单一潮汐流湿地床的去除率仅为65.8%、58.2%、46.9%。Yang等[34]采用水平潜流人工湿地与超滤组合工艺研究对含油污水的处理效果，结果表明，组合工艺对含油污水具有较好的处理效果，还发现组合工艺在夏季的处理效果最佳。

表4 强化人工湿地的净化效果—组合工艺 %

3 结论与展望

作为一种生态的污水处理设施，人工湿地通过填料吸附、植物吸收转化以及微生物降解等作用可以有效去除城市污废水中的各种污染物，且因投资成本低、运营管理方便及具有生态效益等优点，被广泛应用在城镇污水处理中。但是当前对人工湿地除污效果及优化去除能效措施方面的研究尚不够深入，其设计与应用还不够成熟。一方面人工湿地填料层的优化材料价格较高，在实际应用中使用成本较高，在有限的时间内对氮磷等污染物的去除效果不理想；另一方面对强化植物作用提高净化效果的研究不足，有些植物组合去污效果不明显，且植物生长易受环境因素的影响，此外对工艺组合的研究大都集中在实验室阶段，而由于污水水质及地域性的差异，组合人工湿地工艺在实际工程应用的效果有待深入研究。

基于当前国内外人工湿地的净化效果研究进展，对今后人工湿地的研究提出以下几点展望：①填料吸附对于人工湿地系统去除污染物起关键作用，研究填料类型、性质、组成以及设计对污染物的去除具有重要意义，选择合适的填料种类及组合配比可以有效增加去污效果，加强对净化能力强、成本低、应用性好的环保绿色填料的开发与研究；②良好的植物及植物组合可以提高人工湿地系统的净化效果，研究植被种类、种植面积、密度及多样性等因素对系统去污效果的影响，通过优化植物设计及组合形式促进污染物的去除；③人工湿地的多级组合可以大大强化系统的净化能力，研究垂直潜流、水平潜流、表面流、潮汐流之间的耦合衔接，甚至可以将稳定塘、膜工艺等工艺结合起来，构建复合人工湿地系统，共同发挥对污染物的去除效果。