人工濕地的現(xiàn)狀與展望課件

人工濕地的現(xiàn)狀與展望匯報人：.人工濕地的現(xiàn)狀與展望匯報人：.1人工濕地概述01人工濕地的應用02人工濕地的優(yōu)勢03未來展望及挑戰(zhàn)04目錄頁.人工濕地概述01人工濕地的應用02人工濕地的優(yōu)勢03未來展望2人工濕地概述1人工濕地概述著名案例人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀.人工濕地概述1人工濕地概述著名案例人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀.3

人工濕地概述

人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制的投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動的過程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學、生物三重協(xié)同作用，對污水、污泥進行處理的一種技術(shù)。.人工濕地概述人工濕地是由人工建造和控4人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀

從歷史的考察看，利用濕地改善水質(zhì)并非一個新發(fā)明，早在古代中國和埃及，這種觀念就貫穿于人們的日常生活之中。那時所謂的濕地主要是指天然濕地。20世紀60年代末，通過人工調(diào)控的方法對污水進行處理的工藝開始逐漸受到世界各國有關(guān)領域研究者們的關(guān)注。人工濕地(Constructedwetland)的概念，是20世紀70年代始才提出的。從起初的實驗研究、理論探索，逐步走向今天大規(guī)模推廣應用，也不過30多年的歷史。隨著科學家們對人工濕地研究的深人和工藝的改進，現(xiàn)在的人工濕地已發(fā)展成一種較為完備和獨立的污水處理技術(shù)。有關(guān)人工濕地最早報道是1904年澳大利亞學者BrianMackey的研究，后來出現(xiàn)由德國Seidel在1953年研究的Max-Planck-Institute-Process處理系統(tǒng)和Kickuth于20世紀60年代開發(fā)的“根區(qū)法”，荷蘭1967年的LelystadProcess表面流處理系統(tǒng)，美國20世紀70年代NASA的國家空間技術(shù)實驗室研究的“礫石床”系統(tǒng)。1974年德國首先建造了人工濕地。此后在歐洲國家、美國、加拿達等國家得到推廣和規(guī)模發(fā)展。

.人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀從歷史的考察看，利用濕5人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀我國對人工濕地的研究，始于上世紀50年代，中國科學院水生生物研究所是最早開展人工濕地生態(tài)工程的單位。一大批濕地科學家開展了石化廢水的氧化塘生物處理、城市污水和湖泊綜合污染、水生態(tài)重建等研究，取得了大量的研究成果，為我國污水處理提供了科學方法，為人工濕地的構(gòu)建和工程示范提供了設計參數(shù)，也為進一步深入研究奠定了基礎。20世紀90年代中期吳振斌組織申報成功了歐洲聯(lián)盟重大國際科技合作項目“熱帶與亞熱帶區(qū)域水質(zhì)改善、回用與水生態(tài)系統(tǒng)重建的生物工藝學對策研究”。研發(fā)了以復合垂直流人工濕地（IVCW）為核心的生態(tài)工程技術(shù)，對濕地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程、植物選擇與組合、處理效果、凈化機制、運行管理等方面展開了系統(tǒng)研究，發(fā)表大量論文并獲得國家專利。此研究成果已廣泛應用于地表徑流面源污染、城鎮(zhèn)綜合生活污水、漁業(yè)養(yǎng)殖、公園水質(zhì)調(diào)控、食品、造紙、礦山等工業(yè)廢水的處理與回用；也用于河流、湖泊、近岸海域污染水體的修復等諸多領域。這不僅對推進我國人工濕地的構(gòu)建、污水處理與回用具有重要指導意義，且在世界范圍內(nèi)人工濕地的研究和應用也產(chǎn)生了重大影響。.人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀我國對人工濕地的研究，始于上6著名案例

阿德菜植物園FirstCreek濕地

Adelaide植物園濕地位于FirstCreek，這里是一個高度城市化的水路區(qū)域，距離Adelaide市中心不遠。這片濕地對于改善洪水泛濫，凈化污染的暴雨徑流具有十分重要的作用，它是含水土層儲存和恢復系統(tǒng)（簡稱ASR）的來源，為眾多植物和昆蟲提供了棲息地，同時又是一個具有教育意義和娛樂意義的場地，十分有價值。.著名案例.7著名案例

美國波特蘭坦納斯普林斯公園

公園位于波特蘭珍珠區(qū)，項目場地的前身是一塊濕地，后被開發(fā)為工業(yè)用地。公園的設計理念是：用“現(xiàn)代的新技術(shù)再現(xiàn)過去”。因此設計在工業(yè)廢棄地上重現(xiàn)濕地景觀，一方面為城市提供綠色空間，另一方面通過水和濕地生境喚起場地的濕地景觀，是對歷史的追溯。設計利用場地地形由南向北逐漸降化的特點，匯集周邊下墊面的雨水，匯入凈化系統(tǒng)，結(jié)合噴泉曝氣功能形成趣味性水景。場地中的藝術(shù)景墻的設置喚起了對于歷史鐵路的追憶。在城市綠地中，這個小型的濕地公園改善了小氣候、豐富了物種多樣性，同時為城市提供了休閑娛樂的場所.著名案例.8著名案例

上海世博會后灘濕地公園

后灘公園位于上海2010世博園的核心綠地景觀之一，位于上海市中心，位于園區(qū)西南角，黃浦江之東岸，延黃浦江的岸線長約1.7km,總面積約為1.42公頃。后灘公園建立了一個可以復制的水系統(tǒng)的生態(tài)凈化模式，創(chuàng)立了新的公園管理模式，它不僅滿足安全疏散、游憩等候的功能，還承擔著濕地保護、科普教育、濕地水處理和生態(tài)風景觀賞的職能。.著名案例.9人工濕地的應用2人工濕地的特性人工濕地的分類人工濕地的去污機理人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素.人工濕地的應用2人工濕地的特性人工濕地的分類人工濕地的去污機10人工濕地的特性濕地是陸地與水生系統(tǒng)之間的過渡地帶,有著很高的生產(chǎn)力以及轉(zhuǎn)換、儲存有機物和營養(yǎng)鹽的能力。濕地處于水陸交錯帶可對流經(jīng)其的水流及其攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)起到過濾凈化作用,由于其在水分和化學循環(huán)中所表現(xiàn)出來的功能,被譽為“地球之腎”。所有的污染處理過程都同時發(fā)生在濕地這一單獨的“生態(tài)系統(tǒng)”反應堆里。濕地作為水污染凈化處理的系統(tǒng)有著耐沖擊負荷能力強、維護費用低、無二次污染等諸多優(yōu)勢,人們意識到不僅可以利用自然濕地來達到這一目的,更多地開始建立人工濕地以達到更大范圍的水污染處理應用。目前,國內(nèi)外人工濕地在水污染處理方面的研究涉及到工業(yè)廢水處理、動物排泄物污染、造紙廠污水、城市和農(nóng)村生活污水以及城市暴雨徑流污染等多個方面。.人工濕地的特性濕地是陸地與水生系統(tǒng)之間的過渡地帶,有11人工濕地的分類

20世紀50年代以來的研究表明,人工濕地之所以能實現(xiàn)對廢水的高效凈化,是因為人工濕地能夠利用基質(zhì)—微生物—植物這個復合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學和生物的三重協(xié)調(diào)作用,通過沉淀與過濾、吸附、離子交換、植物吸收、微生物轉(zhuǎn)化與降解、沉淀析出和泥炭加積等作用去除污染物,同時通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學循環(huán),促進植物生長并使其增產(chǎn),實現(xiàn)廢水的資源化與無害化。目前越來越多的城市和地區(qū)開始根據(jù)不同污染物類型以及當?shù)刈匀粭l件,構(gòu)建不同類型的人工濕地,模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的運作機理,更加有效地進行各類水污染處理.人工濕地的分類20世紀50年代以來的研究表明,人工濕12自由表面流人工濕地我國在“七五”期間開展人工濕地的研究,分別在北京昌平、深圳白泥坑、天津等地建成不同處理規(guī)模的人工濕地處理工程,這些處理系統(tǒng)大多為自由表面流人工濕地,這種類型的人工濕地具有投資少、操作簡單、運行費用低等優(yōu)點,缺點則是占地面積大,水力負荷低,去污能力有限,受氣候影響較大,夏季會孽生蚊蠅、散發(fā)臭味。

表面流人工濕地典型結(jié)構(gòu)如圖，又稱自由表面流人工濕地系統(tǒng)（freewatersurfaceconstructedwetland），在北美地區(qū)采用較多。濕地通常由一個或幾個池體組成，池體間設隔墻，底部及墻體采取防滲措施以防止污水擴散。種有效的廢水處理技術(shù)。池中一般填有土壤、砂或者其它合適的基質(zhì)供水生植物根系的發(fā)育和固定。此類濕地流動水位較淺，多在(0.1~0.6)m，污水在濕地單元中緩慢水平流動，污水中的絕大部分有機物的去除是由生長在植物水下莖桿上的生物膜來完成，與自然濕地最為接近。.自由表面流人工濕地我國在“七五”期間開展人工濕地的研13潛流型人工濕地水平潛流人工濕地及垂直潛流人工濕地的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。潛流濕地的主體結(jié)構(gòu)類似表面流人工濕地，但污水在基質(zhì)中流動時，水面低于基質(zhì)表面，呈潛流狀態(tài)，因而一方面充分利用了基質(zhì)表面生長的生物膜、豐富的植物根系及基質(zhì)的截留作用，提高了處理效果和處理能力，另一方面由于水流一直在基質(zhì)表面以下流動，避免了表面流濕地中的蚊蠅及臭味問題，并一定程度上降低溫度變化的影響。潛流型人工濕地的污染物降解接觸點多，微生物豐富，耐沖擊；負荷較大，占地面積小，污水處理效率高。缺點是建造費用高，有機負荷較高時，容易發(fā)生堵塞，因此維護和管理費用也較高。.潛流型人工濕地水平潛流人工濕地及垂直潛流人工濕地的典14潛流型人工濕地水平潛流人工濕地污水從以水平方式在基質(zhì)空隙中流動，污染物在微生物、基質(zhì)和植物的共同作用下，通過一系列的物理、物化和生物作用得以去除。與表面流濕地相比，水平潛流濕地水力負荷高，對BOD、COD、SS、重金屬等污染物的去除效果較好，且無惡臭和蚊蠅孳生，是目前采用最廣泛的一種濕地形式。但控制相對復雜，N、P去除效果不如垂直流人工濕地。垂直流濕地分為下向流和上向流兩種，下向流垂直流濕地以其操作相對簡單更為常用，污水從濕地表面流入，從上到下流經(jīng)濕地基質(zhì)層，由底部流出。上向流水流方向反之。由于氧氣可通過大氣擴散和植物傳輸進入濕地系統(tǒng)，其內(nèi)部充氧更為充分，有利于好氧微生物的生長和硝化反應的進行，氮、磷去除效果較好。.潛流型人工濕地水平潛流人工濕地污水從以水平方式在15自由漂浮的大型植物人工濕地過去人工濕地去污功能的研究多在蘆葦或香蒲等濕地上進行,用自由漂浮的大型植物人工濕地去除污染物的研究相對較少。隨著人們生活水平的提高,極大地促進了畜牧業(yè)的發(fā)展,但同時,由于對牲畜的排泄物及沖洗圈舍的廢水處理不當給生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的污染。目前,部分地區(qū)開始建造自由漂浮的大型植物人工濕地來凈化畜牧養(yǎng)殖排放的廢水,以去除廢水中的氮、磷和有機污染物。在這種系統(tǒng)中,廢水從濕地表面流過,覆蓋整個植物根系,系統(tǒng)中的植物通過光合作用和根系的滲透作用將氧傳輸?shù)礁橘|(zhì),并且為與氮磷循環(huán)有關(guān)的微生物生長提供良好的環(huán)境,微生物是消除污染物的作用者,它能夠在去除氮、磷等營養(yǎng)物的同時把有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)和能量,根系通過吸收廢水中的氮、磷以及其他營養(yǎng)元素以便滿足植物生長需要,最終收獲系統(tǒng)中的植物把廢水中的氮、磷等污染物去除。該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于設施簡單、投資少、建造簡易、管理方便,病蟲害亦較少發(fā)生,去污效果良好,適用范圍廣泛,它不僅適用于污染物含量高的養(yǎng)豬場等畜牧業(yè)污水治理,也適用于污染物濃度較低的生活污水的治理,該系統(tǒng)所選擇的植物種類對污水中采用常規(guī)方法難以處理的氮、磷的吸收去除能力較強,并且通常情況下該系統(tǒng)中生長的植物不需人為另外施肥,利用水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)即可滿足植物的生長需要,且收獲的植物可作為飼料喂養(yǎng)牲畜。目前在此類人工濕地種植的植物主要有水葫蘆、美人蕉、風車草等。.自由漂浮的大型植物人工濕地過去人工濕地去污功能的研究16人工濕地的去污機理人工濕地脫氮機理

人工濕地脫除水體中氮素的主要方法：（1）利用植物去除水體中的氮素，濕地植物的根、莖、葉等組織對氮素有著不同的吸收能力；（2）利用基質(zhì)吸附水體中氮素；（3）利用硝化-反硝化作用脫氮。其中，硝化-反硝化作用是當前濕地去除水體中氮素的最主要機理。硝化反應如下：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O硝化作用與濕地內(nèi)部溶解氧（DO）有著密切關(guān)聯(lián)，通常DO充裕時，硝化過程可以順利進行。反硝化反應如下：NO3-+2e-+2H+=NO2-+H2ONO2-+e-+2H+=NO+H2O2NO+2e-+2H+=N2O+H2ON2O+2e-+2H+=N2+H2O.人工濕地的去污機理人工濕地脫氮機理.17人工濕地的去污機理人工濕地脫氮機理反硝化作用與濕地進水中碳源含量有著密切關(guān)聯(lián)，當濕地內(nèi)部碳源充足時，反硝化過程可以正常進行。在濕地中，硝化反應僅改變氨氮的形態(tài)，使其轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮，但硝態(tài)氮還是存在于水體中，濕地并未從真正意義上將氮去除。而反硝化反應則是完全將水體中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮，完成了濕地脫氮的最終目標。從這個意義而言，反硝化作用對人工濕地去除水體中氮素而言意義重大。

濕地系統(tǒng)中因植物根系對氧的傳遞釋放,使其周圍的環(huán)境中依次出現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài),保證了廢水中的氮不僅能通過植物和微生物作為營養(yǎng)吸收,還可以通過硝化、反硝化作用將其除去,最后通過植物的收割將氮從污水和濕地系統(tǒng)中去除。.人工濕地的去污機理人工濕地脫氮機理濕地系統(tǒng)中因18人工濕地的去污機理人工濕地中脫磷機理

人工濕地去除水體中磷的主要方式有物理作用、生物作用和化學作用。物理作用：磷通過其自身重力作用沉降后被去除。生物作用：（1）濕地中植物利用根、莖、葉等組織吸收水體中的磷；（2）濕地中豐富的微生物也可以積累并去除一部分水體中的磷?；瘜W作用：（1）磷發(fā)生化學反應形成沉淀后被去除；（2）基質(zhì)或植物通過吸附過程去除水體中的磷元素。植物收割和基質(zhì)更替是最終將磷從人工濕地中去除的有效途徑。作為濕地植物生長的必需元素，磷通常因為植物根部的呼吸作用而被吸附在植物根系附近，或者直接被植物吸收利用后除去。此外，基質(zhì)吸附作用通常由其表面性質(zhì)決定，基質(zhì)的礦物組成和pH也決定了其對磷的沉淀作用。微生物的同化和積累對磷去除也有重要貢獻，因此微生物的種類和數(shù)量是濕地除磷的重要衡量參數(shù)。.人工濕地的去污機理人工濕地中脫磷機理.19人工濕地的去污機理人工濕地中有機物的去除機理有機物進入人工濕地的主要途徑：（1）濕地進水中帶入的有機物；（2）濕地微生物及植物在代謝過程中所產(chǎn)生的降解物質(zhì)；（3）大氣沉降中的含碳化合物和水體中的碳水化合物。人工濕地去除有機物的主要方式：（1）通過物理作用將懸浮性有機污染物從水體中去除。濕地中的基質(zhì)和植物可攔截水體中的懸浮性有機污染顆粒，并最終通過沉降作用將其去除。（2）通過氧化還原反應降解水體中易生物降解的有機物質(zhì)，使其分解為小分子的可溶性物質(zhì)。（3）通過微生物作用去除難降解的有機物質(zhì)。濕地中有著數(shù)量繁多且品種豐富的微生物，其可處理并去除各類復雜的有機物質(zhì)。此外，植物也可以通過吸收作用協(xié)同去除難降解的有機物質(zhì)。.人工濕地的去污機理人工濕地中有機物的去除機理.20人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素植物

在人工濕地中，植物不僅具有景觀效應，更是濕地獲取氧氣的重要途徑。因為植物的存在，濕地內(nèi)部可形成好氧及厭氧交替的環(huán)境，有利于多種微生物的繁殖生長，同時為微生物降解各類污染物質(zhì)提供適宜的環(huán)境條件。此外，植物本身也可以吸附和吸收氮、磷、懸浮物及有機物等多種污染物質(zhì)。例如：金魚藻可有效去除水體中的氮和有機物；狐尾藻可有效去除水體中的磷酸鹽、有機物和氨氮；荷花及睡蓮除了可有效去除水體中的N、P及有機物染物外，還對PAHs、Cu、Cr和Pb等污染物質(zhì)也較好的吸收效果；水蔥可吸收水體中有機物、氮磷及重金屬類物質(zhì)，且對5000mg/L的高含鹽量再生水具有較好的去除效果。在選擇濕地植物時，盡可能篩選當?shù)厣锪看?、根系粗廣、去污能力強的植物。同時，注重植物間的正確搭配，使植物發(fā)揮協(xié)同去污能力，提高濕地的除污效果。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素植物.21人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素基質(zhì)

基質(zhì)對人工濕地凈化水體有著重要作用和意義：（1）為微生物提供生長表面；（2）為植物生長提供介質(zhì)；（3）通過吸附、過濾和沉淀等方式凈化污染物。不同種類的基質(zhì)除污能力不同，這取決于基質(zhì)的理化屬性。例如：孔隙率大的基質(zhì)更易使污水滲透到濕地中，有利于濕地基質(zhì)內(nèi)部形成各類去污效應，進一步提高基質(zhì)的除污效率。國內(nèi)外對人工濕地基質(zhì)的研究主要集中在：蛙石、沸石、頁巖陶瓷、礫石、石英砂、粉煤灰、鋼渣、干渣、白云石等。在選擇濕地基質(zhì)時，最先篩選去污能力強的當?shù)夭牧?，提高去污效能的同時，減少基質(zhì)材料的使用成本。此外，還要重視基質(zhì)之間的搭配使用，以發(fā)揮基質(zhì)之間的協(xié)同凈化能力，提高人工濕地去污效率。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素基質(zhì).22人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素碳源

在人工濕地中，碳源對于濕地反硝化過程的順利進行有著重要的意義和作用，投加不同碳源后濕地的反硝化效果存在差異。目前，人工濕地中外加碳源主要有如下幾類：（1）乳糖、葡萄糖和蔗糖等傳統(tǒng)固體碳源；（2）乙醇、乙酸鈉和草酸等傳統(tǒng)液體碳源，這類傳統(tǒng)碳源不僅使用成本較高，且對水源安全具有一定影響。考慮到上述傳統(tǒng)碳源制品的使用弊端，新型固體碳源正日益受到關(guān)注，包括：（1）秸稈、濕地植物枯葉及其提取液；（2）稻殼、棉花及報紙等天然有機物。新型固體碳源易得、經(jīng)濟且高效，是提高人工濕地脫氮效率的重要研究方向。此外，藻類生物量中富含蛋白質(zhì)、氨基酸和碳水化合物等，如對藻類資源加以合理利用，其可用作天然碳源物質(zhì)。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素碳源.23人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素溶解氧

溶解氧（DO）含量對人工濕地水質(zhì)凈化有著重要意義，尤其對凈化水體中的氮和有機物有著重要影響。濕地中DO主要來源：植物泌氧作用、大氣自然復氧和水體更新復氧。大氣自然復氧是濕地內(nèi)氧含量的主要來源，溫度對飽和DO含量有著直接影響。水體更新復氧：濕地內(nèi)每一次進水及排水過程中，都會將溶解氧帶入水體。植物泌氧是指濕地中植物利用光合泌氧能力，通過根、莖和葉等組織將O2傳送至根區(qū)，豐富根區(qū)的氧環(huán)境，與此同時遠離根系的區(qū)域則保持缺氧/厭氧環(huán)境，為濕地內(nèi)降解各類污染物質(zhì)的微生物提供了相應的生境。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素溶解氧.24人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素微生物

微生物是人工濕地水質(zhì)凈化過程中重要的參與者。作為濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生物主體，微生物通過降解和吸收作用去除水體中的污染物質(zhì)。微生物群落的組成和其功能的發(fā)揮將決定人工濕地的水質(zhì)凈化效果。人工濕地中微生物群落特征與濕地構(gòu)造有著密切關(guān)聯(lián)，而微生物活性則與溫度直接相關(guān)。人工濕地的構(gòu)造決定了其內(nèi)部呈現(xiàn)好氧/厭氧交替的過程，通常濕地上層由于植物根系泌氧作用和大氣復氧作用而呈現(xiàn)好氧環(huán)境，有利于好氧微生物的生長和活動，而濕地下層往往呈現(xiàn)厭氧狀態(tài)，有利于厭氧微生物的生長或活動。夏季高溫有利于提高微生物的活性，使微生物加速分解污染物質(zhì)，而秋冬季節(jié)隨著微生物活性下降，濕地中污染物去除率隨之下降。杜剛等發(fā)現(xiàn)，人工濕地中微生物數(shù)量與總氮去除率之間呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。梁威等發(fā)現(xiàn)，濕地中微生物數(shù)量與凱氏氮（KN）以及COD的去除率存在顯著相關(guān)性。劉慎坦等研究發(fā)現(xiàn)，濕地基質(zhì)中硝化細菌和反硝化細菌的數(shù)量與氨氮和總氮的去除呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。濕地中微生物數(shù)量與密度越高，越有利于濕地去除和分解水體中的污染物。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素微生物.25人工濕地的優(yōu)勢3具有較高的處理效率具有多重生態(tài)服務功能植物再資源化利用發(fā)展的驅(qū)動力.人工濕地的優(yōu)勢3具有較高的處理效率具有多重生態(tài)服務功能植物再26人工濕地具有較高的處理效率

近年來，依據(jù)不同污水處理目的，研發(fā)出了復合型人工濕地，即將一個或多個表面流人工濕地與一個或多個潛流型人工濕地以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接起來運行，有利于硝化和反硝化作用的發(fā)生，達到更好的氮去除效果。通過文獻、研究報告、網(wǎng)絡等途徑的數(shù)據(jù)搜索，研究分析了我國50個污水處理廠和202個人工濕地的進出水數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人工濕地的氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、化學需氧量（COD）和生物需氧量（BOD5）的平均去除率分別為59.8%、44.3%、62.1%、73.4%和81.8%（表1），而污水污水處理廠相應的平均處理效率為30%、30.1%、40%、77.9%和83.9%，在氮、磷的去除方面人工濕地比污水處理廠具有優(yōu)勢。.人工濕地具有較高的處理效率.27人工濕地具有多重生態(tài)服務功能

人工濕地的主要設計目的是對污水進行凈化，此外，人工濕地還能提供多重生態(tài)服務功能。人工濕地能吸收二氧化碳釋放氧氣調(diào)節(jié)區(qū)域微氣候，通過植物生物量生產(chǎn)固碳，阻滯沙塵、降低噪聲。人工濕地系統(tǒng)在污水凈化工程中促進植物的生長，增加綠化面積，并能為動植物提供棲息地，有利于生物多樣性的保護。人工濕地在處理城市公園、綠地景觀水、河湖濱岸帶等地表水質(zhì)的同時，還能為人們提供更舒適的生活環(huán)境和教育娛樂用途等，具有顯著的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益。自然濕地雖也具有固碳、教育及娛樂等功能，但比起污水處理廠、人工濕地而言，其污水處理能力明顯較低。而污水處理廠雖然具有一定的污水處理能力，但卻不具備上述其他的生態(tài)服務功能。人工濕地系統(tǒng)不僅可以作為一種可持續(xù)的景觀生態(tài)系統(tǒng)，還可以達到處理污水的目的，充分發(fā)揮濕地植物的多重生態(tài)功能，在人地矛盾緊張的中國無疑是一種值得大范圍推廣的污水處理發(fā)展模式。.人工濕地具有多重生態(tài)服務功能.28人工濕地具有多重生態(tài)服務功能自然濕地、人工濕地、污水處理廠的生態(tài)系統(tǒng)服務功能.人工濕地具有多重生態(tài)服務功能自然濕地、人工濕地、污水處理廠的29人工濕地的植物再資源化利用

人工濕地植物是其污水處理的核心，在人工濕地污水處理過程中起著重要作用，主要包括直接吸收氮、磷等污染物，通過根系輸氧促進根區(qū)的氧化還原反應與好氧微生物活動，以及增強和維持介質(zhì)的水力傳輸?shù)?。人工濕地中種植的植物類型主要有四種：浮葉植物（如睡蓮等），漂浮植物（如鳳眼藍等），挺水植物（如蘆葦?shù)龋?，沉水植物（如金魚藻等）。目前，挺水植物被廣泛用于人工濕地污水處理系統(tǒng)。國內(nèi)外對人工濕地植物的研究多集中在植物吸收氮效率、植物與微生物作用機制機理、植物選種配置等方面。事實上，人工濕地植物不但可以去除廢水污染物，還可直接吸收利用污水中可利用態(tài)的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，供其正常生長，以達到促進廢水中營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和再利用的目的，而此項研究一直被人們忽視。目前我國實際運行的人工濕地中，植物被收割后普遍沒有得到妥善處置，造成了資源浪費和二次污染等問題。如把這部分植物收集起來，用做生物質(zhì)能原料便可實現(xiàn)人工濕地系統(tǒng)的再資源化利用，同時還有可能解決傳統(tǒng)生物質(zhì)發(fā)電的原料供應與農(nóng)作物爭地的矛盾問題。從理論上講，人工濕地植物有與玉米秸稈等相近的熱值，具有較高的纖維素含量和較低的木質(zhì)素含量，可以通過沼氣發(fā)酵、燃料乙醇技術(shù)、生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)等加以利用，成為一種較具潛力的生物質(zhì)能源原料。但在實際運用中還有很多問題尚需進一步研究，如人工濕地運行處理效果、生物量生產(chǎn)及其能源轉(zhuǎn)化技術(shù)的協(xié)調(diào)性等。.人工濕地的植物再資源化利用.30中國人工濕地發(fā)展的驅(qū)動力

我國傳統(tǒng)的污水處理管理方式多采取“自上而下”的管理模式即由中央、地方政府撥款進行建造，然而這種管理形式對于人工濕地的應用推廣效果并不理想。一些政府建設的人工濕地由于不恰當?shù)倪\輸和管理模式甚至不能維持良好運行，究其原因多在于公眾和社會團體對人工濕地認知較少，導致人工濕地污水處理系統(tǒng)存在不負責任和義務脫節(jié)的“公地的悲劇”。隨著近年來污水處理市場化運作PPP新模式的出現(xiàn)，可以通過配套融資政策彌補該行業(yè)重資產(chǎn)運營模式的短板，這種“自下而上”的驅(qū)動機制正慢慢成為政府投資引導之外的另一重要發(fā)展驅(qū)動力。同時，隨著科學技術(shù)的發(fā)展、網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)的普及應用，以及人們環(huán)保意識的提升，人們越來越關(guān)注人工濕地污水處理技術(shù)的發(fā)展，特別是我國大部分地區(qū)土地資源都較為緊張的情況下，公眾更期待人工濕地的高處理運行功能和多重的生態(tài)系統(tǒng)服務功能。這種由社會力量“自下而上”的驅(qū)動將能使人工濕地的效率發(fā)揮最大化。因此，在環(huán)境政策管理方面迫切需要加強公眾、社會機構(gòu)、當?shù)仄髽I(yè)等的“刺激”驅(qū)動作用，共同來實現(xiàn)維護污水處理設施的良好運轉(zhuǎn)。.中國人工濕地發(fā)展的驅(qū)動力.31未來展望及挑戰(zhàn)4.未來展望及挑戰(zhàn)4.32未來展望及挑戰(zhàn)

在過去的20年里，我國多個省份建立了大量人工濕地，但與中國的污水產(chǎn)生量相比，目前的人工濕地數(shù)量和規(guī)模還遠遠不夠，有關(guān)處理技術(shù)的研究也需不斷拓展。未來隨著我國污水產(chǎn)生量的不斷增長，人工濕地技術(shù)可與其他處理方法相結(jié)合來形成新的污水處理模式和措施。如在我國大多數(shù)城市，廢水處理系統(tǒng)和暴雨收集系統(tǒng)是共用的，盡管暴雨中污染物因子（總氮、總磷和有機物）濃度比廢水中要低，但暴雨較大的徑流量需要更大的處理面積，尤其在雨季，在污水處理廠數(shù)量規(guī)模有限且處理低濃度污染物效率較低的情況下，人工濕地系統(tǒng)可作為它的有效補充來處理暴雨污水。另外，針對大多數(shù)地區(qū)普遍存在的污水處理廠處理后的排放水濃度未能滿足地表水Ⅲ類標準的現(xiàn)象，可在污水處理廠尾部構(gòu)建人工濕地，從而將廢水進行深度處理后再排入外界水體，以防止進一步造成水體污染。人工濕地系統(tǒng)不僅可用于污水處理，還能兼具生物多樣性保護、洪水調(diào)蓄等生態(tài)服務功能，是一種污水處理的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展模式。但它的局限性也不容忽視，如在處理高濃度污水時，需要建造相應負荷流量的更大面積的人工濕地，這在我國土地資源非常缺乏的情況下應做充分權(quán)衡。此外，濕地植物在我國北方的抗凍性問題、基質(zhì)的淤堵問題、植物的再資源化利用問題等也尚需進行深入的科學研究。.未來展望及挑戰(zhàn).33參考文獻

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人工濕地概述

人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制的投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動的過程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學、生物三重協(xié)同作用，對污水、污泥進行處理的一種技術(shù)。.人工濕地概述人工濕地是由人工建造和控39人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀

從歷史的考察看，利用濕地改善水質(zhì)并非一個新發(fā)明，早在古代中國和埃及，這種觀念就貫穿于人們的日常生活之中。那時所謂的濕地主要是指天然濕地。20世紀60年代末，通過人工調(diào)控的方法對污水進行處理的工藝開始逐漸受到世界各國有關(guān)領域研究者們的關(guān)注。人工濕地(Constructedwetland)的概念，是20世紀70年代始才提出的。從起初的實驗研究、理論探索，逐步走向今天大規(guī)模推廣應用，也不過30多年的歷史。隨著科學家們對人工濕地研究的深人和工藝的改進，現(xiàn)在的人工濕地已發(fā)展成一種較為完備和獨立的污水處理技術(shù)。有關(guān)人工濕地最早報道是1904年澳大利亞學者BrianMackey的研究，后來出現(xiàn)由德國Seidel在1953年研究的Max-Planck-Institute-Process處理系統(tǒng)和Kickuth于20世紀60年代開發(fā)的“根區(qū)法”，荷蘭1967年的LelystadProcess表面流處理系統(tǒng)，美國20世紀70年代NASA的國家空間技術(shù)實驗室研究的“礫石床”系統(tǒng)。1974年德國首先建造了人工濕地。此后在歐洲國家、美國、加拿達等國家得到推廣和規(guī)模發(fā)展。

.人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀從歷史的考察看，利用濕40人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀我國對人工濕地的研究，始于上世紀50年代，中國科學院水生生物研究所是最早開展人工濕地生態(tài)工程的單位。一大批濕地科學家開展了石化廢水的氧化塘生物處理、城市污水和湖泊綜合污染、水生態(tài)重建等研究，取得了大量的研究成果，為我國污水處理提供了科學方法，為人工濕地的構(gòu)建和工程示范提供了設計參數(shù)，也為進一步深入研究奠定了基礎。20世紀90年代中期吳振斌組織申報成功了歐洲聯(lián)盟重大國際科技合作項目“熱帶與亞熱帶區(qū)域水質(zhì)改善、回用與水生態(tài)系統(tǒng)重建的生物工藝學對策研究”。研發(fā)了以復合垂直流人工濕地（IVCW）為核心的生態(tài)工程技術(shù)，對濕地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程、植物選擇與組合、處理效果、凈化機制、運行管理等方面展開了系統(tǒng)研究，發(fā)表大量論文并獲得國家專利。此研究成果已廣泛應用于地表徑流面源污染、城鎮(zhèn)綜合生活污水、漁業(yè)養(yǎng)殖、公園水質(zhì)調(diào)控、食品、造紙、礦山等工業(yè)廢水的處理與回用；也用于河流、湖泊、近岸海域污染水體的修復等諸多領域。這不僅對推進我國人工濕地的構(gòu)建、污水處理與回用具有重要指導意義，且在世界范圍內(nèi)人工濕地的研究和應用也產(chǎn)生了重大影響。.人工濕地發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀我國對人工濕地的研究，始于上41著名案例

阿德菜植物園FirstCreek濕地

Adelaide植物園濕地位于FirstCreek，這里是一個高度城市化的水路區(qū)域，距離Adelaide市中心不遠。這片濕地對于改善洪水泛濫，凈化污染的暴雨徑流具有十分重要的作用，它是含水土層儲存和恢復系統(tǒng)（簡稱ASR）的來源，為眾多植物和昆蟲提供了棲息地，同時又是一個具有教育意義和娛樂意義的場地，十分有價值。.著名案例.42著名案例

美國波特蘭坦納斯普林斯公園

公園位于波特蘭珍珠區(qū)，項目場地的前身是一塊濕地，后被開發(fā)為工業(yè)用地。公園的設計理念是：用“現(xiàn)代的新技術(shù)再現(xiàn)過去”。因此設計在工業(yè)廢棄地上重現(xiàn)濕地景觀，一方面為城市提供綠色空間，另一方面通過水和濕地生境喚起場地的濕地景觀，是對歷史的追溯。設計利用場地地形由南向北逐漸降化的特點，匯集周邊下墊面的雨水，匯入凈化系統(tǒng)，結(jié)合噴泉曝氣功能形成趣味性水景。場地中的藝術(shù)景墻的設置喚起了對于歷史鐵路的追憶。在城市綠地中，這個小型的濕地公園改善了小氣候、豐富了物種多樣性，同時為城市提供了休閑娛樂的場所.著名案例.43著名案例

上海世博會后灘濕地公園

后灘公園位于上海2010世博園的核心綠地景觀之一，位于上海市中心，位于園區(qū)西南角，黃浦江之東岸，延黃浦江的岸線長約1.7km,總面積約為1.42公頃。后灘公園建立了一個可以復制的水系統(tǒng)的生態(tài)凈化模式，創(chuàng)立了新的公園管理模式，它不僅滿足安全疏散、游憩等候的功能，還承擔著濕地保護、科普教育、濕地水處理和生態(tài)風景觀賞的職能。.著名案例.44人工濕地的應用2人工濕地的特性人工濕地的分類人工濕地的去污機理人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素.人工濕地的應用2人工濕地的特性人工濕地的分類人工濕地的去污機45人工濕地的特性濕地是陸地與水生系統(tǒng)之間的過渡地帶,有著很高的生產(chǎn)力以及轉(zhuǎn)換、儲存有機物和營養(yǎng)鹽的能力。濕地處于水陸交錯帶可對流經(jīng)其的水流及其攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)起到過濾凈化作用,由于其在水分和化學循環(huán)中所表現(xiàn)出來的功能,被譽為“地球之腎”。所有的污染處理過程都同時發(fā)生在濕地這一單獨的“生態(tài)系統(tǒng)”反應堆里。濕地作為水污染凈化處理的系統(tǒng)有著耐沖擊負荷能力強、維護費用低、無二次污染等諸多優(yōu)勢,人們意識到不僅可以利用自然濕地來達到這一目的,更多地開始建立人工濕地以達到更大范圍的水污染處理應用。目前,國內(nèi)外人工濕地在水污染處理方面的研究涉及到工業(yè)廢水處理、動物排泄物污染、造紙廠污水、城市和農(nóng)村生活污水以及城市暴雨徑流污染等多個方面。.人工濕地的特性濕地是陸地與水生系統(tǒng)之間的過渡地帶,有46人工濕地的分類

20世紀50年代以來的研究表明,人工濕地之所以能實現(xiàn)對廢水的高效凈化,是因為人工濕地能夠利用基質(zhì)—微生物—植物這個復合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學和生物的三重協(xié)調(diào)作用,通過沉淀與過濾、吸附、離子交換、植物吸收、微生物轉(zhuǎn)化與降解、沉淀析出和泥炭加積等作用去除污染物,同時通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學循環(huán),促進植物生長并使其增產(chǎn),實現(xiàn)廢水的資源化與無害化。目前越來越多的城市和地區(qū)開始根據(jù)不同污染物類型以及當?shù)刈匀粭l件,構(gòu)建不同類型的人工濕地,模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的運作機理,更加有效地進行各類水污染處理.人工濕地的分類20世紀50年代以來的研究表明,人工濕47自由表面流人工濕地我國在“七五”期間開展人工濕地的研究,分別在北京昌平、深圳白泥坑、天津等地建成不同處理規(guī)模的人工濕地處理工程,這些處理系統(tǒng)大多為自由表面流人工濕地,這種類型的人工濕地具有投資少、操作簡單、運行費用低等優(yōu)點,缺點則是占地面積大,水力負荷低,去污能力有限,受氣候影響較大,夏季會孽生蚊蠅、散發(fā)臭味。

表面流人工濕地典型結(jié)構(gòu)如圖，又稱自由表面流人工濕地系統(tǒng)（freewatersurfaceconstructedwetland），在北美地區(qū)采用較多。濕地通常由一個或幾個池體組成，池體間設隔墻，底部及墻體采取防滲措施以防止污水擴散。種有效的廢水處理技術(shù)。池中一般填有土壤、砂或者其它合適的基質(zhì)供水生植物根系的發(fā)育和固定。此類濕地流動水位較淺，多在(0.1~0.6)m，污水在濕地單元中緩慢水平流動，污水中的絕大部分有機物的去除是由生長在植物水下莖桿上的生物膜來完成，與自然濕地最為接近。.自由表面流人工濕地我國在“七五”期間開展人工濕地的研48潛流型人工濕地水平潛流人工濕地及垂直潛流人工濕地的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。潛流濕地的主體結(jié)構(gòu)類似表面流人工濕地，但污水在基質(zhì)中流動時，水面低于基質(zhì)表面，呈潛流狀態(tài)，因而一方面充分利用了基質(zhì)表面生長的生物膜、豐富的植物根系及基質(zhì)的截留作用，提高了處理效果和處理能力，另一方面由于水流一直在基質(zhì)表面以下流動，避免了表面流濕地中的蚊蠅及臭味問題，并一定程度上降低溫度變化的影響。潛流型人工濕地的污染物降解接觸點多，微生物豐富，耐沖擊；負荷較大，占地面積小，污水處理效率高。缺點是建造費用高，有機負荷較高時，容易發(fā)生堵塞，因此維護和管理費用也較高。.潛流型人工濕地水平潛流人工濕地及垂直潛流人工濕地的典49潛流型人工濕地水平潛流人工濕地污水從以水平方式在基質(zhì)空隙中流動，污染物在微生物、基質(zhì)和植物的共同作用下，通過一系列的物理、物化和生物作用得以去除。與表面流濕地相比，水平潛流濕地水力負荷高，對BOD、COD、SS、重金屬等污染物的去除效果較好，且無惡臭和蚊蠅孳生，是目前采用最廣泛的一種濕地形式。但控制相對復雜，N、P去除效果不如垂直流人工濕地。垂直流濕地分為下向流和上向流兩種，下向流垂直流濕地以其操作相對簡單更為常用，污水從濕地表面流入，從上到下流經(jīng)濕地基質(zhì)層，由底部流出。上向流水流方向反之。由于氧氣可通過大氣擴散和植物傳輸進入濕地系統(tǒng)，其內(nèi)部充氧更為充分，有利于好氧微生物的生長和硝化反應的進行，氮、磷去除效果較好。.潛流型人工濕地水平潛流人工濕地污水從以水平方式在50自由漂浮的大型植物人工濕地過去人工濕地去污功能的研究多在蘆葦或香蒲等濕地上進行,用自由漂浮的大型植物人工濕地去除污染物的研究相對較少。隨著人們生活水平的提高,極大地促進了畜牧業(yè)的發(fā)展,但同時,由于對牲畜的排泄物及沖洗圈舍的廢水處理不當給生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的污染。目前,部分地區(qū)開始建造自由漂浮的大型植物人工濕地來凈化畜牧養(yǎng)殖排放的廢水,以去除廢水中的氮、磷和有機污染物。在這種系統(tǒng)中,廢水從濕地表面流過,覆蓋整個植物根系,系統(tǒng)中的植物通過光合作用和根系的滲透作用將氧傳輸?shù)礁橘|(zhì),并且為與氮磷循環(huán)有關(guān)的微生物生長提供良好的環(huán)境,微生物是消除污染物的作用者,它能夠在去除氮、磷等營養(yǎng)物的同時把有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)和能量,根系通過吸收廢水中的氮、磷以及其他營養(yǎng)元素以便滿足植物生長需要,最終收獲系統(tǒng)中的植物把廢水中的氮、磷等污染物去除。該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于設施簡單、投資少、建造簡易、管理方便,病蟲害亦較少發(fā)生,去污效果良好,適用范圍廣泛,它不僅適用于污染物含量高的養(yǎng)豬場等畜牧業(yè)污水治理,也適用于污染物濃度較低的生活污水的治理,該系統(tǒng)所選擇的植物種類對污水中采用常規(guī)方法難以處理的氮、磷的吸收去除能力較強,并且通常情況下該系統(tǒng)中生長的植物不需人為另外施肥,利用水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)即可滿足植物的生長需要,且收獲的植物可作為飼料喂養(yǎng)牲畜。目前在此類人工濕地種植的植物主要有水葫蘆、美人蕉、風車草等。.自由漂浮的大型植物人工濕地過去人工濕地去污功能的研究51人工濕地的去污機理人工濕地脫氮機理

人工濕地脫除水體中氮素的主要方法：（1）利用植物去除水體中的氮素，濕地植物的根、莖、葉等組織對氮素有著不同的吸收能力；（2）利用基質(zhì)吸附水體中氮素；（3）利用硝化-反硝化作用脫氮。其中，硝化-反硝化作用是當前濕地去除水體中氮素的最主要機理。硝化反應如下：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O硝化作用與濕地內(nèi)部溶解氧（DO）有著密切關(guān)聯(lián)，通常DO充裕時，硝化過程可以順利進行。反硝化反應如下：NO3-+2e-+2H+=NO2-+H2ONO2-+e-+2H+=NO+H2O2NO+2e-+2H+=N2O+H2ON2O+2e-+2H+=N2+H2O.人工濕地的去污機理人工濕地脫氮機理.52人工濕地的去污機理人工濕地脫氮機理反硝化作用與濕地進水中碳源含量有著密切關(guān)聯(lián)，當濕地內(nèi)部碳源充足時，反硝化過程可以正常進行。在濕地中，硝化反應僅改變氨氮的形態(tài)，使其轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮，但硝態(tài)氮還是存在于水體中，濕地并未從真正意義上將氮去除。而反硝化反應則是完全將水體中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮，完成了濕地脫氮的最終目標。從這個意義而言，反硝化作用對人工濕地去除水體中氮素而言意義重大。

濕地系統(tǒng)中因植物根系對氧的傳遞釋放,使其周圍的環(huán)境中依次出現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài),保證了廢水中的氮不僅能通過植物和微生物作為營養(yǎng)吸收,還可以通過硝化、反硝化作用將其除去,最后通過植物的收割將氮從污水和濕地系統(tǒng)中去除。.人工濕地的去污機理人工濕地脫氮機理濕地系統(tǒng)中因53人工濕地的去污機理人工濕地中脫磷機理

人工濕地去除水體中磷的主要方式有物理作用、生物作用和化學作用。物理作用：磷通過其自身重力作用沉降后被去除。生物作用：（1）濕地中植物利用根、莖、葉等組織吸收水體中的磷；（2）濕地中豐富的微生物也可以積累并去除一部分水體中的磷?；瘜W作用：（1）磷發(fā)生化學反應形成沉淀后被去除；（2）基質(zhì)或植物通過吸附過程去除水體中的磷元素。植物收割和基質(zhì)更替是最終將磷從人工濕地中去除的有效途徑。作為濕地植物生長的必需元素，磷通常因為植物根部的呼吸作用而被吸附在植物根系附近，或者直接被植物吸收利用后除去。此外，基質(zhì)吸附作用通常由其表面性質(zhì)決定，基質(zhì)的礦物組成和pH也決定了其對磷的沉淀作用。微生物的同化和積累對磷去除也有重要貢獻，因此微生物的種類和數(shù)量是濕地除磷的重要衡量參數(shù)。.人工濕地的去污機理人工濕地中脫磷機理.54人工濕地的去污機理人工濕地中有機物的去除機理有機物進入人工濕地的主要途徑：（1）濕地進水中帶入的有機物；（2）濕地微生物及植物在代謝過程中所產(chǎn)生的降解物質(zhì)；（3）大氣沉降中的含碳化合物和水體中的碳水化合物。人工濕地去除有機物的主要方式：（1）通過物理作用將懸浮性有機污染物從水體中去除。濕地中的基質(zhì)和植物可攔截水體中的懸浮性有機污染顆粒，并最終通過沉降作用將其去除。（2）通過氧化還原反應降解水體中易生物降解的有機物質(zhì)，使其分解為小分子的可溶性物質(zhì)。（3）通過微生物作用去除難降解的有機物質(zhì)。濕地中有著數(shù)量繁多且品種豐富的微生物，其可處理并去除各類復雜的有機物質(zhì)。此外，植物也可以通過吸收作用協(xié)同去除難降解的有機物質(zhì)。.人工濕地的去污機理人工濕地中有機物的去除機理.55人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素植物

在人工濕地中，植物不僅具有景觀效應，更是濕地獲取氧氣的重要途徑。因為植物的存在，濕地內(nèi)部可形成好氧及厭氧交替的環(huán)境，有利于多種微生物的繁殖生長，同時為微生物降解各類污染物質(zhì)提供適宜的環(huán)境條件。此外，植物本身也可以吸附和吸收氮、磷、懸浮物及有機物等多種污染物質(zhì)。例如：金魚藻可有效去除水體中的氮和有機物；狐尾藻可有效去除水體中的磷酸鹽、有機物和氨氮；荷花及睡蓮除了可有效去除水體中的N、P及有機物染物外，還對PAHs、Cu、Cr和Pb等污染物質(zhì)也較好的吸收效果；水蔥可吸收水體中有機物、氮磷及重金屬類物質(zhì)，且對5000mg/L的高含鹽量再生水具有較好的去除效果。在選擇濕地植物時，盡可能篩選當?shù)厣锪看蟆⒏荡謴V、去污能力強的植物。同時，注重植物間的正確搭配，使植物發(fā)揮協(xié)同去污能力，提高濕地的除污效果。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素植物.56人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素基質(zhì)

基質(zhì)對人工濕地凈化水體有著重要作用和意義：（1）為微生物提供生長表面；（2）為植物生長提供介質(zhì)；（3）通過吸附、過濾和沉淀等方式凈化污染物。不同種類的基質(zhì)除污能力不同，這取決于基質(zhì)的理化屬性。例如：孔隙率大的基質(zhì)更易使污水滲透到濕地中，有利于濕地基質(zhì)內(nèi)部形成各類去污效應，進一步提高基質(zhì)的除污效率。國內(nèi)外對人工濕地基質(zhì)的研究主要集中在：蛙石、沸石、頁巖陶瓷、礫石、石英砂、粉煤灰、鋼渣、干渣、白云石等。在選擇濕地基質(zhì)時，最先篩選去污能力強的當?shù)夭牧希岣呷ノ坌艿耐瑫r，減少基質(zhì)材料的使用成本。此外，還要重視基質(zhì)之間的搭配使用，以發(fā)揮基質(zhì)之間的協(xié)同凈化能力，提高人工濕地去污效率。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素基質(zhì).57人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素碳源

在人工濕地中，碳源對于濕地反硝化過程的順利進行有著重要的意義和作用，投加不同碳源后濕地的反硝化效果存在差異。目前，人工濕地中外加碳源主要有如下幾類：（1）乳糖、葡萄糖和蔗糖等傳統(tǒng)固體碳源；（2）乙醇、乙酸鈉和草酸等傳統(tǒng)液體碳源，這類傳統(tǒng)碳源不僅使用成本較高，且對水源安全具有一定影響?？紤]到上述傳統(tǒng)碳源制品的使用弊端，新型固體碳源正日益受到關(guān)注，包括：（1）秸稈、濕地植物枯葉及其提取液；（2）稻殼、棉花及報紙等天然有機物。新型固體碳源易得、經(jīng)濟且高效，是提高人工濕地脫氮效率的重要研究方向。此外，藻類生物量中富含蛋白質(zhì)、氨基酸和碳水化合物等，如對藻類資源加以合理利用，其可用作天然碳源物質(zhì)。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素碳源.58人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素溶解氧

溶解氧（DO）含量對人工濕地水質(zhì)凈化有著重要意義，尤其對凈化水體中的氮和有機物有著重要影響。濕地中DO主要來源：植物泌氧作用、大氣自然復氧和水體更新復氧。大氣自然復氧是濕地內(nèi)氧含量的主要來源，溫度對飽和DO含量有著直接影響。水體更新復氧：濕地內(nèi)每一次進水及排水過程中，都會將溶解氧帶入水體。植物泌氧是指濕地中植物利用光合泌氧能力，通過根、莖和葉等組織將O2傳送至根區(qū)，豐富根區(qū)的氧環(huán)境，與此同時遠離根系的區(qū)域則保持缺氧/厭氧環(huán)境，為濕地內(nèi)降解各類污染物質(zhì)的微生物提供了相應的生境。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素溶解氧.59人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素微生物

微生物是人工濕地水質(zhì)凈化過程中重要的參與者。作為濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生物主體，微生物通過降解和吸收作用去除水體中的污染物質(zhì)。微生物群落的組成和其功能的發(fā)揮將決定人工濕地的水質(zhì)凈化效果。人工濕地中微生物群落特征與濕地構(gòu)造有著密切關(guān)聯(lián)，而微生物活性則與溫度直接相關(guān)。人工濕地的構(gòu)造決定了其內(nèi)部呈現(xiàn)好氧/厭氧交替的過程，通常濕地上層由于植物根系泌氧作用和大氣復氧作用而呈現(xiàn)好氧環(huán)境，有利于好氧微生物的生長和活動，而濕地下層往往呈現(xiàn)厭氧狀態(tài)，有利于厭氧微生物的生長或活動。夏季高溫有利于提高微生物的活性，使微生物加速分解污染物質(zhì)，而秋冬季節(jié)隨著微生物活性下降，濕地中污染物去除率隨之下降。杜剛等發(fā)現(xiàn)，人工濕地中微生物數(shù)量與總氮去除率之間呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。梁威等發(fā)現(xiàn)，濕地中微生物數(shù)量與凱氏氮（KN）以及COD的去除率存在顯著相關(guān)性。劉慎坦等研究發(fā)現(xiàn)，濕地基質(zhì)中硝化細菌和反硝化細菌的數(shù)量與氨氮和總氮的去除呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。濕地中微生物數(shù)量與密度越高，越有利于濕地去除和分解水體中的污染物。.人工濕地水質(zhì)凈化的影響因素微生物.60人工濕地的優(yōu)勢3具有較高的處理效率具有多重生態(tài)服務功能植物再資源化利用發(fā)展的驅(qū)動力.人工濕地的優(yōu)勢3具有較高的處理效率具有多重生態(tài)服務功能植物再61人工濕地具有較高的處理效率

近年來，依據(jù)不同污水處理目的，研發(fā)出了復合型人工濕地，即將一個或多個表面流人工濕地與一個或多個潛流型人工濕地以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接起來運行，有利于硝化和反硝化作用的發(fā)生，達到更好的氮去除效果。通過文獻、研究報告、網(wǎng)絡等途徑的數(shù)據(jù)搜索，研究分析了我國50個污水處理廠和202個人工濕地的進出水數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人工濕地的氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、化學需氧量（COD）和生物需氧量（BOD5）的平均去除率分別為59.8%、44.3%、62.1%、73.4%和81.8%（表1），而污水污水處理廠相應的平均處理效率為30%、30.1%、40%、77.9%和83.9%，在氮、磷的去除方面人工濕地比污水處理廠具有優(yōu)勢。.人工濕地具有較高的處理效率.62人工濕地具有多重生態(tài)服務功能

人工濕地的主要設計目的是對污水進行凈化，此外，人工濕地還能提供多重生態(tài)服務功能。人工濕地能吸收二氧化碳釋放氧氣調(diào)節(jié)區(qū)域微氣候，通過植物生物量生產(chǎn)固碳，阻滯沙塵、降低噪聲。人工濕地系統(tǒng)在污水凈化工程中促進植物的生長，增加綠化面積，并能為動植物提供棲息地，有利于生物多樣性的保護。人工濕地在處理城市公園、綠地景觀水、河湖濱岸帶等地表水質(zhì)的同時，還能為人們提供更舒適的生活環(huán)境和教育娛樂用途等，具有顯著的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益。自然濕地雖也具有固碳、教育及娛樂等功能，但比起污水處理廠、人工濕地而言，其污水處理能力明顯較低。而污水處理廠雖然具有一定的污水處理能力，但卻不具備上述其他的生態(tài)服務功能。人工濕地系統(tǒng)不僅可以作為一種可持續(xù)的景觀生態(tài)系統(tǒng)，還可以達到處理污水的目的，充分發(fā)揮濕地植物的多重生態(tài)功能，在人地矛盾緊張的中國無疑是一種值得大范圍推廣的污水處理發(fā)展模式。.人工濕地具有多重生態(tài)服務功能.63人工濕地具有多重生態(tài)服務功能自然濕地、人工濕地、污水處理廠的生態(tài)系統(tǒng)服務功