人工濕地污水處理系統(tǒng)因其植物多樣性、填料多樣性、微生物多樣性、結(jié)構(gòu)工藝多樣性等使其對負(fù)荷變化適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在污水處理方面得到了廣泛的應(yīng)用，但也因此往往缺乏系統(tǒng)全面的調(diào)查與研究，缺少相應(yīng)的總結(jié)論述。

人工濕地獨(dú)特而復(fù)雜的凈化機(jī)理，使其在處理含重金屬廢水、難降解有機(jī)質(zhì)廢水等工業(yè)廢水上卓有成效，是一項(xiàng)兼具經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效應(yīng)的，符合可持續(xù)發(fā)展理念的水處理技術(shù)。

但是現(xiàn)有有關(guān)人工濕地的研究與應(yīng)用大部分集中在生活廢水、污水廠處理尾水、景觀水等，有關(guān)工業(yè)廢水處理的不多，為此，針對人工濕地處理3種典型工業(yè)廢水在工藝及運(yùn)行管理上的差異性進(jìn)行了總結(jié)、歸納，以期為人工濕地在處理工業(yè)廢水方面的研究與應(yīng)用提供理論。

1人工濕地的去污機(jī)理

人工濕地是一種能有效處理各種污水的具有生態(tài)效應(yīng)的工程新技術(shù)，近年來，因其具有成本低、運(yùn)行管理方便、處理廢水能力穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、能美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)逐步得到了系統(tǒng)[1]。

人工濕地污水處理系統(tǒng)的主要構(gòu)全面的發(fā)展成部分是植物、填料和微生物(如圖三者相互協(xié)調(diào)共同促進(jìn)了污染物的降解去除，其凈化機(jī)理主要體現(xiàn)在物理作用、化學(xué)作用及生物作用三個(gè)方面。如植物對污染物進(jìn)行吸附和富集，將其作為營養(yǎng)物質(zhì)來吸收;

同時(shí)植物通過根系向水體輸送氧氣，為好氧微生物的附著提供條件，在填料中形成生物膜，通過微生物的同化、異化作用分解吸收有機(jī)質(zhì)及氮磷污染物;

特別是，利用微生物的變異特性可以培養(yǎng)出能夠處理特定重金屬及其他有毒污染物的微生物，從而在處理特種工業(yè)廢水中起到?jīng)Q定性的作用。此外，人工濕地的植物根系還能起到穩(wěn)固基質(zhì)層、疏通空間的作用。人工濕地的填料主要有土壤、砂礫、灰渣、碎瓦片、沸石等，但近年來一些諸如火山巖、生物炭等特質(zhì)材料開始被應(yīng)用到人工濕地，其在為植物和微生物提供生長環(huán)境的同時(shí)，可通過過濾、吸附、沉降等物理作用去除污染物。

2三種典型工業(yè)廢水簡介

工業(yè)廢水成分復(fù)雜，不能單一地來進(jìn)行劃分，作為人工濕地技術(shù)的處理對象，特根據(jù)污染物權(quán)重、排放量及處理難度來進(jìn)行歸類。目前，含重金屬廢水、高耗氧量和高營養(yǎng)鹽廢水及含油廢水是最具典型性的3類工業(yè)廢水，基本涵蓋了大部分工業(yè)廢水。


2.1含重金屬廢水

含重金屬廢水主要來自礦山坑內(nèi)排水，選礦廠尾礦排水，廢石場淋浸水，有色金屬冶煉廠除塵排水，有色金屬加工廠酸洗水，電鍍廠鍍件洗滌水，鋼鐵廠酸洗排水，制革生產(chǎn)中的鉻鞣廢水，以及電解、農(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆、顏料等工業(yè)，重金屬污染廢水危害大，主要成分有鉻、鎘、鎳、銅、鋅、金、銀等。此外，大部分含重金屬廢水成分復(fù)雜，不易控制，如電鍍廢水，不但含有大量重金屬，而且?guī)в幸欢ㄋ釅A性及相當(dāng)數(shù)量的添加劑、光亮劑等。

2.2高耗氧量、高營養(yǎng)鹽廢水

高耗氧量廢水主要來自食品加工過程中的廢水、清洗廢水、冷卻水等，造紙工業(yè)制漿過程排放的黑水，皂素生產(chǎn)過程中的酸水解過濾及中和洗滌的綜合廢水，制革生產(chǎn)中的脫脂及浸灰脫毛廢水，以及養(yǎng)殖廢水等。這些廢水不但BOD、COD含量，含有大量可降解有機(jī)物，水質(zhì)水量變化幅度大，而且氮磷含量也高，排放入水體極易造成富營養(yǎng)化，因此，這類廢水統(tǒng)稱為高耗氧量、高營養(yǎng)鹽廢水。此外，這些廢水的產(chǎn)生量大，如養(yǎng)殖廢水的畜禽糞便產(chǎn)生量為工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量的2.4倍，畜禽糞便化學(xué)需氧量(COD)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中國工業(yè)廢水和生活污水化學(xué)需氧量排放量之和。而且，有些廢水不易處理，眾所周知，造紙廢水中含有較多難降解的木質(zhì)素、纖維素和樹脂酸等成分，富含有機(jī)氯化物等，極不易生化處理。

2.3含油廢水

含油廢水是一種量大面廣的污染物，主要來源于機(jī)械工業(yè)、餐飲業(yè)、海上運(yùn)輸業(yè)以及油田采出水和注水井洗井水等。含油廢水排放到河湖海等易造成油層覆蓋水面，空氣中的氧更難進(jìn)入水體，水中溶解氧減少，對水生植物以及動(dòng)物的生長產(chǎn)生不利影響。含油廢水同樣會(huì)使土壤表面被覆蓋堵塞，影響農(nóng)作物的正常生長。而且，含油廢水中可能含有致癌烴，對動(dòng)物以及人類健康有很大威脅。

如采油廢水中主要含有對人體危害較大的酚、醛、酮、醇、酯、酸、含氮化合物、烷烴、鹵代烴等。此外，含油廢水的成分也復(fù)雜，難于處理，如采油廢水的有機(jī)物碳數(shù)非常復(fù)雜，分子量主要集中在100～140之間，占其總有機(jī)組成的70%～90%，同時(shí)含有采油過程中投加的難降解有機(jī)化學(xué)藥劑;再如礦山廢水，主要污染成分包括有機(jī)污染物、油類污染物、氰化物、酸污染、重金屬污染、氟化物和可溶性鹽類，化學(xué)耗氧量大，細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群含量大。

三種工業(yè)廢水主要在組成成分上區(qū)別較大，如表1所示，其中含重金屬廢水的危害較大，高耗氧量及高營養(yǎng)鹽廢水易引起富營養(yǎng)化。雖然大體根據(jù)組成成分進(jìn)行類別劃分，但每一類型的工業(yè)廢水其組成亦很復(fù)雜，在運(yùn)用人工濕地進(jìn)行處理時(shí)，要特別注意采取針對性措施。

3人工濕地在處理3種典型工業(yè)廢水時(shí)的差異性分析

3.1濕地結(jié)構(gòu)的差異性

大多數(shù)工業(yè)污水的人工濕地處理工藝采用水平潛流式(見圖2)，這種結(jié)構(gòu)對BOD、COD、重金屬等處理效果好，如處理電鍍廢水、造紙工業(yè)廢水、淀粉工業(yè)廢水、礦山廢水等，但是對氮磷的處理效果不如垂直流人工濕地好(見圖2)，因此，對氮磷含量偏高的廢水，如食品加工廢水，可以在水平潛流式濕地的基礎(chǔ)上輔以垂直流式濕地。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)基質(zhì)的不同、水流流態(tài)的不同、栽培植物的不同，將濕地劃分為不同的結(jié)構(gòu)，而后對不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，如水平潛流與垂直潛流組合、水平潛流與表面流組合、表面流與土壤結(jié)合、沉水植物與挺水植物結(jié)合等，不同組合帶來的效果往往比[2]單一的結(jié)構(gòu)好。

3.2填料類型的差異性

目前，人工濕地常用的填料有沸石、火山巖、鋼渣、空心磚、陶粒、礫石等，每種填料都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，選用的基本原則是合適的孔隙率，滲透系數(shù)較大，減少堵塞，同時(shí)也可采用多種填料組合的[2]模式來增強(qiáng)濕地的過濾、吸附、攔截等性能。

對于含重金屬廢水而言，填料所起的作用不大，相關(guān)研究也比較少，不同填料以及不同填料組合對不同重金屬的處理能力相差不大，因此在針對含重金屬廢水的人工濕地進(jìn)行填料選擇時(shí)，可著重考慮其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。對于高耗氧量、高營養(yǎng)鹽廢水而言，填料的作用比較明顯，其中生物炭對NH3-N的吸附效果較好，且吸附效果比較穩(wěn)定，還能夠?yàn)榉聪趸^程提供碳源，另外還有火山巖、瓷砂陶粒、沸石對NH3-N的吸附效果也比較好;

實(shí)際人工濕地施工時(shí)，多考慮不同填料的組合，以達(dá)到一定要求的去除效果。其中沸石含量高的填料組合對氨氮的去除效果較好，空心磚、鋼渣含量高的填料組合對磷的去除效果較好，但沸石、鋼渣的組合對氨氮的吸附產(chǎn)生抑制作用;此外，不同填料的處[3]等發(fā)現(xiàn)理效果還受其他因素的影響，如秦娟娟陶粒對氨氮和總磷的吸附效率受鹽度影響較大，爐渣、沸石對總磷的吸附效率受鹽度影響較小，對氨氮的吸附受鹽度影響較大，含鹽污水中硝氮和COD的去除不能主要依靠填料的吸附作用。

對于含油廢水而言，有關(guān)填料選擇的研究比較少，薛鈞尹等建議沸石、蛭石、果殼可作為人工濕地處理含油廢水的優(yōu)選填料，當(dāng)然，不同的填料對工藝廢水去除效果的差別與栽培植物及富集微生物種類有關(guān)。

3.3植物配置的差異性

人工濕地植物對廢水中重金屬的去除取決于植物根系對重金屬的富集積累，有關(guān)此類研究比較多。能夠大量積累Fe的植物就有水葫蘆、稗草、蔗草、黃營蒲、蘆葦、千屈菜、美人蕉等多種植物，能夠有效吸收Mn元素的植物有千屈菜、美人蕉、蔗草、黃營蒲、蘆葦?shù)榷喾N植物，因此Fe、Mn元素相對來說是比較容易通過濕地植物來進(jìn)行去除的，能夠大量吸收Zn的植物有稗草、千屈菜、美人蕉、野茭白等，其中蘆葦對Cu、Zn的吸收莖葉轉(zhuǎn)移系數(shù)比較大。

因此可以認(rèn)為二級濕地中，蔗草、黃營蒲、千屈菜、美人蕉是值得推薦的修復(fù)中低濃度電鍍廢水的優(yōu)勢種;而能夠有效吸收Cr的植物僅有水葫蘆、蘆葦和香蒲等，即人工濕地對Cr的去除能力有一定的限制，蘆葦和香蒲能較好的吸收Cd和Pb，另外水蔥、燈芯草、蘆竹也可以有效去除Pb，但是植物對這些重金屬污染物的吸收富集主要集中在根部，大量重金屬還是滯留在人工濕地中，通過收割植物地上部分來去除重金屬效率較。

針對高含鹽量廢水，植物能夠正常生長是低有效去除污染物的前提，其中寬葉香蒲、狹葉香蒲、水蔥、蘆葦和睡蓮在高鹽廢水中能很好生長，其中蘆葦去污能力最強(qiáng)，耐鹽性也最強(qiáng)。人工濕地在處理高耗氧量、高營養(yǎng)鹽廢水時(shí)，植物所起的作用不大，其中氮主要是通過氨的揮發(fā)作用和NH4+的交換作用來去除，以及微生物的硝化和反硝化作用等。

而磷有一部分是通過植物吸收來去除的，另外是以磷酸鹽的形式沉降固結(jié)在基質(zhì)上;植物對污染物的去除一方面是直接作用，即吸收和富集，另一方面就是間接作用，即為微生物的生長和繁殖提供依附條件和有氧、無氧的環(huán)境，其中COD的去除就是取決于附著在基質(zhì)和植物根系上的微生物的降解作用;因此可以說明濕地植物的直接吸收在人工濕地系統(tǒng)氮磷的去除中不占重要地位，人工濕地植物的選擇和利用應(yīng)該更注重其間接生態(tài)效應(yīng)的發(fā)揮。

總的來說，在針對高耗氧量、高營養(yǎng)鹽廢水選擇人工濕地植物時(shí)，應(yīng)注重植物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，比如選取成本相對較低且有一定景觀效應(yīng)的植物，并且應(yīng)注意植物的二次利用價(jià)值，比如人工濕地處理造紙工業(yè)廢水時(shí)，宜選用可作為造紙?jiān)系闹参锏?。有關(guān)人工濕地處理含油廢水的植物選擇的研究大部分集中在含油廢水中高危成分去除的研究，其中皇冠草對硝基苯的去除率較高，同時(shí)，考慮植物的間接作用，投加能夠有效降解硝基苯的微生物可提高系統(tǒng)凈化能力，比如投加降解菌-鮑曼不動(dòng)桿菌(cc-2)等。

3.4運(yùn)行管理的差異性

人工濕地的運(yùn)行管理主要集中在植物的處理及填料中沉積物的清理。人工濕地中植物的處理，包括收割與不收割兩個(gè)方面，收割是為了去除枯葉帶來的堵塞問題以及營養(yǎng)物質(zhì)的再次釋放，而不收割強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)問題，且可以通過增強(qiáng)反硝化作用來處理枯葉。

對于規(guī)模較大、植物稀疏的人工濕地，且廢水中氮磷含量少時(shí)，如電鍍廢水、礦山廢水，可采取不收割植物的方式;而對于高耗氧量、高營養(yǎng)鹽廢水，因需減少營養(yǎng)物質(zhì)的再次釋放，提高微生物的硝化、反硝化作用以及好氧微生物對COD、BOD的去除，可采取收割植物的方式。填料中沉積物的清理，可考慮二次回用:有機(jī)污染物、營養(yǎng)鹽含量高的廢水，如食品加工廢水、淀粉工業(yè)廢水，經(jīng)人工濕地處理后，沉積物中污染物含量明顯降低，而且對基質(zhì)來說，增加了氮磷、有機(jī)質(zhì)的含量，起到了堆肥的效果。

4人工濕地處理工業(yè)廢水的最新研究

隨著人工濕地更廣泛推廣應(yīng)用，近3年來，有關(guān)人工濕地處理工業(yè)廢水的研究還在不斷深入。在人工濕地中植物系統(tǒng)對重金屬的去除機(jī)理與作用上，不斷有新的發(fā)現(xiàn)，Jan等[6]研究發(fā)現(xiàn)重金屬在植物芽上的富集普遍較少，但變異性大，在地上生物量的積累多少與進(jìn)入人工濕地的重金屬量沒有關(guān)系，這是因?yàn)橹亟饘僭谌斯竦氐娜毖酢捬鯀^(qū)被沉淀，不能被植物充分吸收，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)重金屬Zn、Cd、Cr等在植物芽上的富集分?jǐn)?shù)比較大，但沒有合理的解釋。

Tereza等研究發(fā)現(xiàn)各種重金屬遵循不同的季節(jié)性模式，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間收獲可優(yōu)化對重金屬的去除。此外，采取一定的措施可以促進(jìn)濕地中的反硝化作用從而提高TN的去[8]發(fā)現(xiàn)間歇曝氣有助于增強(qiáng)人工濕地除率，Lu等中的硝化作用，但是會(huì)限制TN的去除，然而，廢水再循環(huán)可促進(jìn)反硝化作用，并增強(qiáng)TN的去除率，而且廢水處理后進(jìn)行微量電解可有助于TN的去[9]研究發(fā)現(xiàn)PVA固定化小球在處理富除;Wei等含氨氮的廢水上有很好的應(yīng)用前景，同時(shí)，固定化硝化細(xì)菌對改善人工濕地中較低的硝化作用可以起到良好效果。

人工濕地處理含油廢水依然有很[10]的研究進(jìn)一步證實(shí)好的發(fā)展空間，Alexandros等了人工濕地可以就地去除受污染地下水中的苯酚，并且酚類化合物的存在不影響MTBE(甲基叔丁基醚)和苯的去除，生物降解是最主要的去除機(jī)理。

5結(jié)語

針對不同工業(yè)廢水的人工濕地技術(shù)應(yīng)用總結(jié)幾點(diǎn)建議:

適宜采取以垂直潛流為主的方式處理氨氮含量高的廢水，其他廢水宜選水平潛流;多種填料組合下提高沸石含量比重，往往能增強(qiáng)對NH4--N有效去除;蘆葦耐鹽性很強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，此外還有香蒲等(但能夠有效處理含Cr、Cd、Pb廢水的植物并不多);地上生物對重金屬富集較少，要特別注意植物有效收割和沉積物處理;處理高耗氧量廢水后土壤肥性提高，沉積物可考慮二次利用;另外，強(qiáng)化重金屬在地上生物的富集、選擇最佳處理時(shí)間、采取間歇曝氣、實(shí)現(xiàn)廢水循環(huán)以及采用新型材料等都可加強(qiáng)人工濕地的處理效率。