人工湿地除磷概述

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：磷是引起水体污染，造成水体富营养化的原因之一。人工湿地系统是常用的污水处理系统，人工湿地中的植物、微生物和基质都对污水中磷的去除具有一定的促进作用。文章综述了人工湿地系统中植物、微生物、基质去除磷的机理及相关研究进展，并对人工湿地的发展进行展望。
　　关键词：人工湿地;除磷;植物;微生物;基质
　　中图分类号：X703        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）05-0057-02
　　Abstract： Phosphorus is one of the causes of water pollution and water eutrophication. Constructed wetland systems are commonly used sewage treatment systems. Plants， microorganisms， and substrates in constructed wetlands all promote the removal of phosphorus from sewage. This paper reviews the mechanism of phosphorus removal by plants， microorganisms， and substrates in the constructed wetland system and related research progress， and prospects the development of the constructed wetland.
　　Keywords： constructed wetlands; phosphorus removal; plants; microorganism; substrates
　　1 概述
　　实施乡村振兴战略，是党的十九大作出的重大决策部署。《河南省乡村振兴战略规划（2018-2022年）》指出将以农村垃圾、污水治理和村容村貌提升为主攻方向，进行农村人居环境整治[1]。由于长期忽视乡村基础设施建设及环境保护，农村水污染状况严重，污水直排现象普遍。未经处理的污水直接排入附近水体环境，不仅会加剧水域污染，甚至会危害居民的身体健康[2-3]。含有大量有机物、氮和磷的污水直接进入水体会造成水体富营养化，使得藻类大肆生长，不仅会造成溶解氧供应不足甚至会导致鱼、虾、蟹大量死亡[4-5]。因此，控制水体中磷含量已成为水环境治理的重要手段之一，寻找高效、便捷的除磷方法是人们一直以来热议、探究的重要内容。
　　2 人工湿地除磷途径
　　人工湿地因具有投资少、耗能低、运行和维护简单等优点而被用于多种水体的净化过程[6]，是传统污水处理技术的一种有效替代方案。人工湿地常用于处理尾水，其还可用于预处理轻微污染水源[7]。人工湿地对磷的去除主要是通过植物的吸收作用、微生物的生物化学作用及基质的物理化学作用来达到净化水质的目的[8-9]。
　　2.1 植物除磷
　　植物可以直接利用吸收水体中的营养物质以促进自身的生长同时能够净化水体;植物根系还可以创造根际微环境，进行输氧、泌氧为微生物提供附着场所[10-11]。人工湿地常用的植物有：芦苇、香蒲、灯心草、菖蒲、凤眼莲、黄花鸢尾、荷花、睡莲等，其中较为常用的是芦苇。任婷婷[12]等选用黄花鸢尾进行水培，该植物生长良好且对污水中磷的去除率为32.25%，水质显著提高。张冉等[13]研究发现有植物种植的人工湿地系统比没有植物的人工湿地系统除磷效果更好且去除率更稳定。吴晓[14]通过绿狐尾藻表面流人工湿地去除养殖废水中的磷，该植物可显著降低水体中可溶态磷的含量。有学者利用水平潜流人工湿地处理农村生活污水，当水力停留时间为1.2～7d时，总磷去除率最高可达到93%[15]。但植物存在冬季休眠或枯萎死亡，春秋季生长缓慢等情况，致使人工湿地对污水中磷的去除效率降低[16]。湿地在运行过程中，需要对植物进行定期修剪收割以达到较好的处理效果和美化环境的作用[17]。
　　2.2 微生物除磷
　　微生物體内含有一定量的磷，磷参与了微生物的生理活动。微生物可以将水体中的有机磷转化为无机磷，从而促进植物的生长吸收[18]。气单胞菌属、假单胞菌属均为除磷微生物的优势菌种。微生物的生存数量取决于湿地的营养状况，贫营养化地区的微生物较富营养化区域的微生物能够吸收储存更多的磷。水体温度、pH值对微生物除磷效果影响较大，除此外水力停留时间过长易形成厌氧环境，抑制微生物的呼吸作用，造成微生物对磷的降解能力减弱[19]。
　　2.3 基质除磷
　　基质的物理化学作用可以克服前述的湿地植物、微生物的某些局限性，通过沉积、沉淀、吸附、离子交换等作用稳定有效的降低水体中磷含量[20-21]。湿地基质的配置可以显著影响污水处理的效率和湿地整体生态系统的稳定。人工湿地基质可以选取具有足够的机械强度、渗透系数、比表面积较大，孔隙率较高，孔径大的基质填料[22-23]。赵桂瑜[24]等研究了干渣、沸石、页岩陶粒、白云石四种基质，发现干渣对磷的吸附量最大，白云石对磷的吸附量最小。有研究者采用黄棕壤、煤渣、废弃的水泥砂浆作为湿地基质，通过探究三种物质的等温吸附特性，吸附动力学特征等得出水泥砂浆>煤渣>黄棕壤的结论[25]。万正芬等[26]从19种填料中筛选出钢渣、无烟煤、瓷砂陶粒等吸磷效果较好的基质。
　　人工湿地基质材料来源广泛，反应速率快效果好，并且可选择某些安全、无二次污染的固体废物作为基质材料，成本低廉、对环境友好。高瑜[27]将炉渣用废酸改性，生成一种新的滤料吸附磷，实现废物资源化利用。孟盼盼[28]利用给水厂污泥高温烧制成陶粒，陶粒对磷的吸附效果较好且净化效果稳定。陈旭等[29]利用鸡粪和玉米制成生物炭，将制成的生物炭做静态吸附实验，发现生物炭的吸附效果优于石灰石。 　　3 结束语
　　人工湿地具有广泛的适用性，其对城市污水处理与农村生活污水处理具有重要意义。但人工湿地基质的堵塞问题仍是一大障碍，污水中的悬浮颗粒在填料层不断蓄积致使孔隙逐渐变小，污染物的去除率减小，人工湿地的除污能力大大降低。因此仍需不断探究、研发新的人工濕地基质，寻找解决基质堵塞问题的有效方法。
　　参考文献：
　　[1]周凯，郭林，郜国玉，等.河南省农村生活污水治理现状及政策建议[J].农业现代化研究，2019，40（03）：387-394.
　　[2]付笑凡，郑志宏.农村生活污水处理的现状与技术应用[J].科技创新与应用，2019（09）：161-163+165.
　　[3]翟祖峰，邓建绵，李国亭.吸附除磷技术研究进展[J].科技创新与应用，2019（05）：117-119.
　　[4]蒋涛，李亚，盛安志，等.农村生活污水治理模式与技术研究综述[J].环境与可持续发展，2018，43（04）：79-83.
　　[5]袁子勇.人工湿地在我国农村生活污水治理中的应用[J].农家参谋，2017（20）：3-4.
　　[6]柯德峰.人工湿地基质的筛选及其除磷机理研究[D].武汉理工大学，2016.
　　[7]Xu Yang，Xueping Zhang，Jifu Wang，et al. Performance of the subsurface flow constructed wetlands for pretreatment of slightly polluted source water[J]. Ecotoxicology，2014，23（4）.
　　[8]陈洋.给水厂污泥陶粒的制备及其在废水除磷中应用的研究[D].山东大学，2017.
　　[9]赵宇.人工湿地系统的净化机理[J].江西化工，2017（02）：153-154.
　　[10]徐德福，潘潜澄，李映雪，等.生物炭对人工湿地植物根系形态特征及净化能力的影响[J].环境科学，2018，39（07）：3187-3193.
　　[11]孙红英，辛全伟，林兴生，等.人工湿地植物种类和多样性对氧化亚氮释放及功能基因丰度的影响[J].生态学杂志，2019，38（08）：2310-2317.
　　[12]任婷婷，李嘉，李春玲，等.3种湿地植物去污效果及其胁迫生理效应研究[J].四川大学学报（工程科学版），2013，45（S2）：102-107.
　　[13]张冉，徐红新.垂直流人工湿地系统中植物对除磷效果的影响研究[J].环境工程，2016，34（S1）：308-311.
　　[14]吴晓.绿狐尾藻人工湿地对养殖废水除磷效应的研究[D].华中农业大学，2017.
　　[15]徐和胜，付融冰，褚衍洋.芦苇人工湿地对农村生活污水磷素的去除及途径[J].生态环境，2007（05）：1372-1375.
　　[16]代亮亮，王志宏，等.人工湿地植物在物候期变化下的优化配置研究[J].贵州科学，2018，36（01）：16-19.
　　[17]郑于聪.污染河水的人工湿地净化特性及植物作用原理研究[D].西安建筑科技大学，2016.
　　[18]仇付国，徐艳秋，许俊挺，等.人工湿地系统除磷影响因素研究进展[J].科技导报，2017，35（09）：23-29.
　　[19]邢波，章燕，周小龙，等.人工湿地对磷去除影响因素的研究[J].环境卫生工程，2012，20（03）：1-4.
　　[20]王荣，贺锋，徐栋，等.人工湿地基质除磷机理及影响因素研究[J].环境科学与技术，2010，33（S1）：12-18.
　　[21]葛秋易，梁冬梅，肖尊东.基质优化人工湿地处理效率方法研究进展[J].江苏农业科学，2017，45（22）：5-9.
　　[22]徐德福，李映雪.用于污水处理的人工湿地的基质、植物及其配置[J].湿地学，2007（01）：32-38.
　　[23]马超.人工湿地填料基质筛选[D].天津大学，2012.
　　[24]赵桂瑜，秦琴，周琪.几种人工湿地基质对磷素的吸附作用研究[J].环境科学与技术，2006（06）：84-85+120.
　　[25]余占环，丁志斌，查湘义，等.不同人工湿地基质的吸磷特性研究[J].中国给水排水，2009，25（13）：80-82.
　　[26]万正芬，张学庆，卢少勇.19种人工湿地填料对磷吸附解吸效果研究[J].水处理技术，2015，41（04）：35-39+44.
　　[27]高瑜.酸洗废液改性炉渣用于人工湿地基质除磷成效研究[D].青岛理工大学，2018.
　　[28]孟盼盼.陶粒基人工湿地处理生活污水及新型陶粒的开发研究[D].山东大学，2015.
　　[29]陈旭，张璐.生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能[J].生态环境学报，2019，28（07）：1443-1449.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15121045.htm