人工濕地脫氮除磷機(jī)理及其影響因素研究綜述

人工濕地脫氮除磷機(jī)理及其影響因素研究綜述人工濕地脫氮除磷機(jī)理及其影響因素研究綜述

摘要：人工濕地作為一種生態(tài)修復(fù)和污水處理技術(shù)，具有較高的效率和可行性，已經(jīng)在很多國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。本綜述旨在總結(jié)人工濕地脫氮除磷機(jī)理及其影響因素的研究進(jìn)展，為進(jìn)一步提高人工濕地的脫氮除磷效率提供參考。

1.引言

人工濕地是指經(jīng)人工構(gòu)筑或改造的濕地系統(tǒng)，通過(guò)模擬濕地自然生態(tài)功能，以植物為主要生物組分，通過(guò)生物吸附、植物礦化和微生物代謝等作用，能夠有效去除廢水中的氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。人工濕地的脫氮除磷機(jī)理主要包括生物吸附、植物吸收和微生物降解。

2.人工濕地脫氮機(jī)理

2.1生物吸附

生物吸附是指通過(guò)生物體表面的微生物細(xì)胞、膠體等捕捉、吸附和濃集廢水中的氮物質(zhì)。生物吸附作用是人工濕地中重要的氮去除機(jī)制之一，微生物細(xì)胞表面的膠體顆粒具有親水性，使得其在水體中有較強(qiáng)的吸附活性。

2.2植物吸收

植物吸收是指人工濕地中植物根系吸收廢水中的氮元素。植物吸收氮元素的主要途徑有兩種：一種是通過(guò)細(xì)胞膜間隙和通透孔徑，利用滲透壓差驅(qū)動(dòng)，使環(huán)境中的氮元素向植物根系的髓溶膠輸送；另一種是氮元素以離子形式進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到葉片等需要氮營(yíng)養(yǎng)的部位。

3.人工濕地除磷機(jī)理

3.1化學(xué)沉淀

化學(xué)沉淀是指通過(guò)注入化學(xué)劑，使廢水中的磷元素與化學(xué)劑結(jié)合成不溶性磷鹽，進(jìn)而沉淀下來(lái)。常用的化學(xué)沉淀劑有鐵鹽、鋁鹽、鈣鹽等，這些鹽類與廢水中的磷元素反應(yīng)后生成的不溶性磷鹽可以在人工濕地中沉淀下來(lái)，實(shí)現(xiàn)磷的去除。

3.2植物礦化

植物礦化是指植物通過(guò)根系吸收廢水中的磷元素，并將其轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷鹽儲(chǔ)存在植物體內(nèi)。植物吸收的磷元素主要以磷酸根離子形式存在，而植物體內(nèi)含有豐富的磷酸酯酶，能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷鹽，儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)部或細(xì)胞壁中。

4.影響人工濕地脫氮除磷效率的因素

4.1溫度

溫度是影響人工濕地脫氮除磷效率的重要因素之一。適宜的溫度有利于生物吸附、植物吸收和微生物降解等作用的發(fā)揮，提高了人工濕地的脫氮除磷效率。

4.2pH值

廢水的pH值對(duì)人工濕地中的氮、磷去除過(guò)程有一定的影響。通常情況下，pH值在中性或弱堿性范圍內(nèi)，有利于氮物質(zhì)的吸附和轉(zhuǎn)化，同時(shí)抑制了磷物質(zhì)的溶解和釋放。

4.3濕地棲息生物

濕地棲息生物包括細(xì)菌、浮游生物、底棲生物等。這些生物在人工濕地中扮演著重要的角色，對(duì)廢水中的氮、磷進(jìn)行分解、降解和轉(zhuǎn)化。適宜的濕地棲息生物種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量有助于提高人工濕地的脫氮除磷效率。

5.結(jié)論

人工濕地脫氮除磷機(jī)理涉及生物吸附、植物吸收和微生物降解等多種作用方式。影響人工濕地脫氮除磷效率的因素包括溫度、pH值和濕地棲息生物等。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步深入研究人工濕地脫氮除磷機(jī)理，優(yōu)化影響因素，提高人工濕地的廢水處理效果6.人工濕地的設(shè)計(jì)參數(shù)

為了提高人工濕地的脫氮除磷效率，設(shè)計(jì)參數(shù)需要被考慮。以下是一些常見(jiàn)的設(shè)計(jì)參數(shù)：

6.1水力停留時(shí)間

水力停留時(shí)間是指廢水停留在人工濕地中的時(shí)間。較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間能夠增加廢水中氮、磷的降解和轉(zhuǎn)化的機(jī)會(huì)，從而提高脫氮除磷效率。通常情況下，水力停留時(shí)間會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件和廢水的特性進(jìn)行調(diào)整。

6.2植物種類

在人工濕地中，選擇適宜的植物種類可以提高脫氮除磷效率。一些常見(jiàn)的濕地植物如箭莎、蘆葦、香蒲等，它們的根系能夠提供良好的表面積和吸附能力，有利于氮、磷的吸附和轉(zhuǎn)化過(guò)程。

6.3人工濕地的層數(shù)和結(jié)構(gòu)

人工濕地通常會(huì)被設(shè)計(jì)成多層結(jié)構(gòu)，以增加浸水面積和水力停留時(shí)間。每層的介質(zhì)選擇也很重要，常見(jiàn)的介質(zhì)包括河沙、人工填料等，它們能提供良好的生物附著面和氧氣供應(yīng)。適當(dāng)?shù)呐潘到y(tǒng)也需要被設(shè)計(jì)和安排，以保證水體的自然流動(dòng)和濕地內(nèi)的氧氣供應(yīng)。

6.4底泥管理

濕地底泥是重要的生物降解和轉(zhuǎn)化場(chǎng)所。定期的底泥管理可以避免過(guò)度堆積，提高濕地的脫氮除磷效率。常見(jiàn)的底泥管理方法包括清除淤泥、人工養(yǎng)殖底泥處理等。

6.5供氧系統(tǒng)

供氧是人工濕地中的關(guān)鍵因素之一。合適的氧氣供應(yīng)可以提高微生物降解廢水中的氮、磷的能力，同時(shí)促進(jìn)濕地中植物的吸收和生長(zhǎng)。通?？梢圆捎迷鲅踉O(shè)備或者人工噴泉等方式進(jìn)行供氧。

7.人工濕地的優(yōu)缺點(diǎn)

7.1優(yōu)點(diǎn)

7.1.1低成本

相對(duì)于傳統(tǒng)的廢水處理方法，人工濕地的建設(shè)和維護(hù)成本較低。因?yàn)槠湟蕾囉谧匀坏纳锝到夂娃D(zhuǎn)化過(guò)程，不需要大量投入高成本的設(shè)備和化學(xué)藥劑。

7.1.2環(huán)境友好

人工濕地能夠提供自然的生態(tài)系統(tǒng)，為鳥類、昆蟲等生物提供棲息和覓食的場(chǎng)所。同時(shí)，通過(guò)脫氮除磷處理，人工濕地還能起到凈化水體、減少污染的作用。

7.1.3多功能性

除了脫氮除磷，人工濕地還能夠同時(shí)進(jìn)行有機(jī)物的降解和懸浮物的沉降等處理過(guò)程。因此，人工濕地具有多功能性，能夠綜合處理多種廢水污染。

7.2缺點(diǎn)

7.2.1面積需求較大

為了達(dá)到較高的廢水處理效果，人工濕地通常需要占用較大的土地面積。這對(duì)于城市等土地資源有限的地區(qū)來(lái)說(shuō)，可能帶來(lái)一定的限制。

7.2.2過(guò)程相對(duì)較慢

與一些化學(xué)方法相比，人工濕地的脫氮除磷過(guò)程相對(duì)較慢。這意味著需要較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間和較大的廢水處理面積，以達(dá)到理想的處理效果。

7.2.3適用性有限

人工濕地對(duì)于不同類型的污染物可能具有不同的適用性。需要對(duì)廢水的特性進(jìn)行充分了解和分析，以確定人工濕地是否適用于特定的污染物處理。

8.結(jié)論

人工濕地作為一種生態(tài)工程技術(shù)，能夠有效地脫氮除磷，凈化廢水，同時(shí)提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。它的工作原理主要涉及生物吸附、植物吸收和微生物降解等多種作用方式。影響人工濕地的脫氮除磷效率的因素包括溫度、pH值和濕地棲息生物等。在設(shè)計(jì)人工濕地時(shí)，需要考慮水力停留時(shí)間、植物種類、人工濕地的層數(shù)和結(jié)構(gòu)、底泥管理和供氧系統(tǒng)等參數(shù)。人工濕地具有低成本、環(huán)境友好和多功能性等優(yōu)點(diǎn)，但也面臨著面積需求較大、過(guò)程相對(duì)較慢和適用性有限的挑戰(zhàn)。通過(guò)進(jìn)一步的研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)，人工濕地有望在廢水處理領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用綜上所述，人工濕地作為一種生態(tài)工程技術(shù)，在廢水處理方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)和潛力。它能夠通過(guò)生物吸附、植物吸收和微生物降解等多種作用方式，有效地脫氮除磷，凈化廢水。同時(shí)，人工濕地還能為生態(tài)系統(tǒng)提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

然而，人工濕地也存在一些缺點(diǎn)和挑戰(zhàn)。首先，為了達(dá)到較高的廢水處理效果，人工濕地通常需要占用較大的土地面積。這對(duì)于土地資源有限的城市等地區(qū)來(lái)說(shuō)，可能帶來(lái)一定的限制。其次，與一些化學(xué)方法相比，人工濕地的脫氮除磷過(guò)程相對(duì)較慢。這意味著需要較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間和較大的廢水處理面積，以達(dá)到理想的處理效果。此外，人工濕地對(duì)于不同類型的污染物可能具有不同的適用性，需要對(duì)廢水的特性進(jìn)行充分了解和分析，以確定人工濕地是否適用于特定的污染物處理。

盡管面臨一些挑戰(zhàn)，人工濕地仍然具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，它具有較低的成本，相比于傳統(tǒng)的化學(xué)方法，人工濕地的建設(shè)和維護(hù)成本較低。其次，人工濕地是一種環(huán)境友好的廢水處理方法，減少了對(duì)化學(xué)藥劑的依賴，降低了對(duì)環(huán)境的污染。此外，人工濕地還具有多功能性，不僅可以凈化廢水，還可以提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，如水土保持、氣候調(diào)節(jié)和生物多樣性保護(hù)等。

為了充分發(fā)揮人工濕地的優(yōu)勢(shì)，需要在設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中注意一些關(guān)鍵參數(shù)。首先，需要確定適當(dāng)?shù)乃νＡ魰r(shí)間，以確保廢水在濕地中有足夠的接觸時(shí)間進(jìn)行處理。其次，選擇適宜的植物種類，不同的植物對(duì)不同的污染物具有不同的吸收和降解效果。此外，人工濕地的層數(shù)和結(jié)構(gòu)、底泥管理和供氧系統(tǒng)等參數(shù)也需要進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

盡管人工濕地在廢水處理領(lǐng)域已取得了一定的成績(jī)，但仍有進(jìn)一步的研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)的空間。未來(lái)的研究可以關(guān)注如何提高人工濕地的處理效率、