1人工湿地关键组成因子的作用

（2）湿地基质

基质是人工湿地的重要组成部分，其作为湿地系统主要物理化学及生物反应的场所，关系着人工湿地的去污能力和使用寿命。

①基质的去污作用与贡献

湿地基质的作用主要有：为水生植物提供生长所需的基质，为污水在其中的渗流提供良好的水利条件，并为微生物提供良好的生长载体。不同研究中基质吸附、蓄积作用在人工湿地去除过程中的贡献率差异较大，湿地基质的污染物蓄积性能受填料物理化学性质及水力负荷、进水污染物浓度等因素的影响。

②基质吸附机理与性能

基质填料的污染物吸附性能对人工湿地去污能力有重要的影响。近年来，国内外学者围绕湿地基质填料的污染物吸附特征和机理开展了广泛研究。污染物的吸附和基质的物理化学性质有密切联系。基质对污染物的吸附性能常采用理论最大吸附量来评价，一般采用或等温吸附方程计算的基质理论最大吸附量。

除基质的污染物吸附能力外，基质的吸附速率也是影响人工湿地去污效果的关键因素，为此，研究人员开展了基质污染物吸附动力学的研究。在基质吸附动力学研究中，常用的吸附动力学模型有：一级动力学模型、准二级动力学模型、一级扩散方程、方程及双常数方程等。

③基质蹄选

目前研究和应用较多的基质类型，大致分为三类：天然材料、工业副产品、人造产品。天然材料主要有白云石、石灰石、沸石、页岩、招土矿、沙子、烁石、灰土、土壤等；工业副产品主要有矿渣、钢渣、炉渣、粉煤灰等；人造产品主要是指轻质膨胀性集料粘土或轻质聚合体。

不同类型基质的物理化学性质及其应用潜力不同，因此，对于人工湿地而言，选择适宜的基质类型对提高系统去污效果至关重要。一般地，人工湿地所选基质应满足以下条件：基质中铁、镁、韩、锅等活性物质含量高，吸附能力强；质轻，孔隙率高，比表面积大；来源广泛，价格低廉，使用周期长；化学稳定性良好，环境危害小。

（3）湿地微生物

在人工湿地水质净化过程中，微生物发挥着重要作用，其代谢活动是污水中污染物降解的重要机制。目前，围绕人工湿地微生物的去污过程已经展开了多方面的研究，主要包括微生物去污作用与贡献、种群结构与分布、微生物酶及其活性等几方面。

①微生物的去污作用与贡献

微生物是人工湿地中去除含氮化合物和有机物的主要承担者。有研究表明，人工湿地系统通过微生物反硝化作用去除的氮可占到进水氮负荷的94%。另有研究研究了新型人工湿地系统（中氮的迁移转化过程，结果表明，污水中约57.6%的氮污染物通过微生物反确化途径得到去除。

②微生物种群结构与分布

人工湿地系统内生物极其丰富，主要包括细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物。其中，微生物主要包括细菌、放线菌和真菌等。细菌又可分为好氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫细菌和磷细菌等种类。微生物在人工湿地系统中分布广泛，组成种类也复杂多样，此外，人工湿地具有明显的分层结构及植物种类的差异，因此，微生物群落结构与分布存在显著的差异。

③微生物酶及活性

微生物酶活性是微生物功能的一种体现，其活性高低直接影响着污水的净化效果，是人工湿地去污效果的指标之一。梁威等研究了复合垂直流人工湿地中磷酸酶和脲酶活性及与污水净化效果的关系，为利用酶活性强度作为评价净化人工湿地长宽比和面积是人工湿地水质净化系统的重要工艺设计参数。

④布水工艺

布水工艺对人工湿地系统的水流状态有很大的影响，进而对湿地系统去污效果产生影响。较好的布水工艺能使得污水均勾地流过湿地床体，提高湿地系统的水力效率，增大污染物在系统内的接触反应机会，从而提高污染物的处理效果。张金勇研究了表面流人工湿地中直管、烁石层、穿孔管等种布水工艺对水质净化效果的影响，结果发现，碌石层布水工艺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

水深也是人工湿地系统的的重要影响因子。水深的不同可使湿地系统中氧化还原电位（的不同，进而导致不同的生物化学过程，此外，他与湿地容积、水力负荷大小、水力停留时间等因素相互影响共同决定湿地系统的去污效率。多数研究认为，水深较浅的湿地系统处理效果更好。

②水力停留时间

人工湿地的去污效果与水力停留时间（有着密切关系。过短，则系统生化反应不充分，过长，又可能引起污水滞留和厌氧区域扩大，均影响去污效果。

③水力负荷

水力负荷（同—样也是人工湿地的一个重要操控参数，合理设置水力负荷能有效提高人工湿地对污水的净化效果。孙广智等研究发现，芦苇床人工湿地中COD、BOD去除速率随水力负荷的增大而减小，且增加进水频率有利于提高其去除效果。凌祯等通过SF和SSF人工湿地污染物去除率随水力负荷变化的规律，表明人工湿地对TP、TN去除率随HLR的增加而降低。有研究者研究了高、低水力负荷下人工湿地对生活污水的去除效果，结果表明，在低水力负荷时，污水处理出水水质较好，COD、SS和大肠杆菌去除率分别达到了66%、80%和90%。

④碳氮比

碳氮比（被认为是影响人工湿地脱氮除磷的关键因素。微生物反硝化过程中对的要求严格，有机碳源作为反硝化过程的电子供体，直接影响湿地反摘化脱氮及反确化脱磷等过程。

（5）环境因素

①温度

温度变化（季节变化）影响了人工湿地中微生物的活性及植物生长，进而对人工湿地中植物吸收、微生物分解等去污过程产生影响，因此温度是影响人工湿地净化效果的一个重要因素。有研究报道，季节变化对湿地COD和NH₄⁺-N去除率有较大影响，因为温度降低导致微生物繁殖下降、活性降低。尤其在秋冬季，植物死亡，微生物活性降低，会直接影响人工湿地的处理效果。

②溶解氧

溶解氧是人工湿地污水处理系统中的最重要的影响因素之一，水平和分布很大程度上决定系统的微生物种类以及出水水质。目前对人工湿地系统溶解氧需求水平尚无统一的定论。

③氧化还原电位

人工湿地系统中的氧化还原电位（是影响系统碳氮磷生物地球化学循环的重要因素。

④pH

pH作为人工湿地中主要的环境因素，影响着系统微生物的代谢，对人工湿地去除N、P等营养物质有较大的影响。以氮循环为例，当pH在6.5~8.5时有利于好氧和厌氧微生物对含氮有机物的氣化作用的发生；当pH>8.0时，NH₄⁺-N主要以NH₃的形式挥发去除；当pH<6.0时硝化细菌的活性显著下降；当pH<5.0时硝化作用基本可以忽略。此外，吴建强等认为过高或过低都会抑制人工湿地系统的同步硝化反硝化脱氮除磷作用，最适宜值为7.0。

内容来源：《人工湿地的碳氮磷循环过程及其环境效应》