周凤霞 姚运先 曹卫华 李倦生

采用人工湿地技术净化污水始于1953年德国的Max Planck研究所，该研究所的Seidel博士在研究中发现芦苇能去除大量有机物和无机物。到20世纪70年代末期逐渐发展成为一种独具特色的新型污水处理技术。人工湿地污水处理技术具有处理效果好、出水水质稳定、氮、磷去除能力强、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低、对负荷变化适应能力强、适于处理间歇排放的污水等主要特点。同时，人工湿地对保护野生动物和提高局部地区景观的美学价值也有益处。因此，大力开发人工湿地污水处理技术，对我国水环境污染的治理具有重大的意义，在我国具有广泛的发展前景。

　　多年的研究表明，人工湿地能够利用基质-微生物-植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化，同时，通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化与无害化。

1 人工湿地处理污水的效率

1.1 对有机物的去除效率

　　人工湿地对有机物有较强的净化能力，污水中的不溶有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快被截留下来而被微生物利用；污水中的可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢过程而被分解去除。国内有关学者对人工湿地净化城市污水的研究表明，在进水浓度较低的情况下，人工湿地对BOD5的去除率可达85%～95%，对COD的去除率可达80%，处理出水BOD5的浓度在10mg/L左右，SS小于20mg/L[1-3]（表1）。

表1　人工湿地对有机物去除率比较

1.2 对氮的去除效率

　　在人工湿地中氮主要是通过微生物的硝化和反硝化作用、植物的吸收、氨的挥发以及基质的吸附和过滤等过程而去除。废水中的氮以无机氮和有机氮两种形式存在，无机氮可以被人工湿地中的植物吸收，合成植物蛋白质，最后通过植物的收割形式从湿地系统中去除。但这一部分氮仅占总氮量的8%～16%。有机氮按图1的方式去除，微生物的硝化和反硝化作用在氮的去除中起着重要作用。吴振斌等[4]研究发现，湿地土壤的脲酶活性与TN的去除率有较明显的正相关性，所以认为可以把人工湿地根区土壤中脲酶的活性作为人工湿地去除污水中含氮污染物效果的一个评价指标。国内外学者的研究表明，利用人工湿地治理各种类型的污水，其TN的去除率达64%～98%[1、3、5]，见表2。

图1 人工湿地中氮的变化规律

　　人工湿地系统中氮去除效率取决于湿地植物根区附近土壤的氧化还原状况，因为硝化作用要求在好氧的条件下进行，而反硝化作用要求在厌氧的条件下进行。目前人工湿地系统TN去除率不高的主要原因是硝化-反硝化途径不畅通，由于系统缺氧，不能提供良好的硝化作用环境条件，因而不能产生大量的反硝化作用底物——硝酸盐，为反硝化作用打下基础。要使硝化-反硝化途径畅通，提高氮的去除率最重要的是提高湿地系统中的硝化作用强度。其措施包括：对进入湿地的污水进行暴气，以增加水中的DO；或使污水中的氮素物质在进入人工湿地前作预处理，使之转化成NO3-N；也可以增加湿地植物的密度，或采用间歇进水方法，提高系统中的氧浓度。还有研究发现，人为提高湿地中BOD:NO3-N之比（如添加秸秆或甲醇），氮的去除率会大幅度提高，能从30%左右上升至80%～90%，原因是BOD:NO3-N比值太低时不利于反硝化作用的进行，当比值上升到2.3时，反硝化率达到最大值。也有人提出可直接用C:N比来表示NO3-N的去除率，当C:N> 5:1时，反硝化效率最高[6]。

表2　人工湿地对氮的去除率比较