人工湿地水生植物选择对氮磷去除效果的研究进展

第５１卷增刊１２０２２年５月应　用　化　工ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＶｏｌ.５１增刊１Ｍａｙ２０２２

收稿日期:２０２１￣０７￣１８ 修改稿日期:２０２１￣０９￣２７作者简介:马越(１９８６－)ꎬ男ꎬ陕西西安人ꎬ工程师ꎬ硕士ꎬ从事给水排水、水环境科学及海绵城市技术研究ꎮ电话:130****2876ꎬE－ｍａｉｌ:ｒａｉｎ＿ｈｏｒｓｅ＠１２６.ｃｏｍ

通信作者:杨亚欧(１９９６－)女ꎬ山西长治人ꎬ在读硕士研究生ꎬ主要研究方向是人工湿地ꎮＥ－ｍａｉｌ:１４１２２３１９６３＠ｑｑ.ｃｏｍ

人工湿地提效技术的研究与应用进展马越１ꎬ林星辰２ꎬ姬国强１ꎬ胡艺泓１ꎬ杨亚欧３ꎬ李亚娇３(１.陕西省西咸新区沣西新城开发建设(集团)有限公司海绵城市技术中心ꎬ陕西西安　７１２０００ꎻ２.中机中联工程有限公司ꎬ重庆　４０００３９ꎻ３.西安科技大学建筑与土木工程学院ꎬ陕西西安　７１００５４)

摘　要:人工湿地作为一种污水生态处理技术被广泛应用ꎬ然而在实际应用过程中存在处理效率偏低ꎬ气候环境影响大等问题ꎬ如何强化人工湿地对污染物的去除效果已成为国内外学者研究的热点ꎮ主要介绍了人工湿地对污染物的去除机理ꎻ阐述了人工湿地运行效果的影响因素ꎻ总结了人工湿地处理效果的强化措施及其研究进展ꎬ以期提高人工湿地去污效率ꎬ为人工湿地的优化设计、研究及工程应用提供参考ꎮ关键词:人工湿地ꎻ去除机理ꎻ影响因素ꎻ强化措施中图分类号:Ｘ５２ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７１－３２０６(２０２２)０１－０２４２－０５

Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ

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人工湿地除磷概述人工湿地除磷是一种利用湿地植物和微生物去除水中磷的技术。

随着人类活动的增加和工业化的发展，水体中的磷污染日益严重，给生态环境和水资源带来了巨大的压力。

人工湿地除磷技术因其低成本、高效率和对水体生态系统的保护作用而备受关注和应用。

本文将就人工湿地除磷的原理、工艺及其应用进行概述。

一、人工湿地除磷的原理人工湿地是一种模拟自然湿地的人工构建的水处理系统，通过湿地植物和湿地微生物的协同作用，对污水中的有机物、氨氮、磷等污染物进行吸附、转化和降解。

人工湿地除磷的主要机理包括生物吸附、植物吸收和微生物转化。

磷通过湿地植物的根系和茎叶被吸附和富集，大部分磷以沉积形式存在于湿地表层沉积物中，湿地植物的生长也能促进水体中的磷沉淀。

湿地微生物可以通过硝化、反硝化和矿化等过程将水中的无机磷转化为有机磷，并最终降解为无害的无机磷降解产物。

人工湿地除磷主要依靠湿地植物和湿地微生物的生物吸附、吸收和转化作用来降低水体中的磷含量。

人工湿地除磷技术主要包括水平流人工湿地和垂直流人工湿地两种类型。

水平流人工湿地主要利用湿地植物和水体的横向流动来去除磷，其工艺简单、运行成本低。

而垂直流人工湿地则是利用人工设置的填料层和湿地植物来去除磷，其去除效果更好，适用于处理高浓度磷污染水体。

在水平流人工湿地中，水体进入湿地系统后，经过预处理装置除去较大的固体颗粒和浮游物后，进入湿地系统，通过沉淀、植物吸收和微生物转化来去除磷。

而垂直流人工湿地在水体进入湿地系统后，经过格栅或筛网等装置去除较大的颗粒和浮游物后，进入填料层，通过填料和湿地植物的协同作用去除磷，最后进入污水池进行沉淀和净化。

人工湿地除磷技术还可以集成其他水处理技术，如生物滤池、人工湿地与藻类共生系统等，增强磷的去除效果。

而且，通过对不同水体特性的分析和研究，可以优化人工湿地的设计和运行参数，提高磷的去除效率和稳定性。

在农村污水处理方面，人工湿地除磷技术可以用于去除农村村庄和畜禽养殖场的污水中的磷和氮，减少对周围水体的污染，为畜禽养殖场提供污水治理和资源化利用的解决方案。

《人工湿地废水处理技术的研究现状及展望》篇一一、引言随着现代工业和城市化进程的加速，废水排放量不断增加，给环境带来了巨大的压力。

人工湿地作为一种自然的污水处理技术，因其成本低廉、操作简单、生态友好等优点，在废水处理领域得到了广泛的应用。

本文将就人工湿地废水处理技术的现状及未来展望进行详细阐述。

二、人工湿地废水处理技术的研究现状（一）基本原理及类型人工湿地废水处理技术主要是利用湿地生态系统的自然净化能力，通过湿地中的植物、基质和微生物等组成的生态系统对废水进行过滤、吸附、沉降和生物降解等过程，达到净化水质的目的。

其类型主要分为表面流人工湿地和潜流型人工湿地两种。

（二）应用领域目前，人工湿地废水处理技术已广泛应用于生活污水、工业废水、农业废水等领域的处理。

其中，生活污水处理是人工湿地应用最广泛的领域。

此外，该技术在重金属废水、含氮、含磷等富营养化废水的处理方面也显示出良好的效果。

（三）技术发展近年来，人工湿地废水处理技术的研究主要集中在以下几个方面：一是优化湿地设计，提高处理效率；二是通过引入新型基质和植物种类，增强湿地的净化能力；三是研究湿地生态系统的运行机制，为人工湿地的设计和运行提供理论依据；四是与其他污水处理技术进行联用，以提高整体的处理效果。

三、存在的问题与挑战虽然人工湿地废水处理技术已经取得了一定的研究成果，但在实际应用中仍存在一些问题与挑战。

一是对于复杂污染物的处理效果不够理想，需要进一步研究和优化；二是湿地的长期运行和维护管理问题，如植物的生长周期、基质的堵塞等问题；三是人工湿地的设计缺乏统一的标准和规范，需要根据实际情况进行具体设计。

四、未来展望（一）技术创新与研发未来，人工湿地废水处理技术将更加注重技术创新与研发。

一是深入研究湿地的生态过程和净化机制，为优化设计和运行提供理论支持；二是开发新型基质和植物种类，提高湿地的净化能力和适应性；三是研究与其他污水处理技术的联用，提高整体的处理效果和效率。

人工湿地净化机理研究引言人工湿地是植物、基质和微生物等各要素相互作用的共生系统，其去污机制较为复杂。

归纳起来，湿地之所以具有强大的净化功能主要由于它特殊的水文条件和生物条件。

湿地处理系统以生长沼泽生植物为主要特征，繁茂的水生生物为微生物提供栖息的场所，可以减缓水流速度和风速，有利于SS 的去除和防止底泥上浮，能够遮盖阳光，避免因藻类大量增殖影响出水水质，维管束植物向根部输送光合作用产生的氧气以及水面复氧作用维持水和根区附近土壤中微生物的正常活动。

其次，植物也能直接吸收和分解污染物。

湿地处理系统的另一特征是保持一定厚度的基质层，其含有大量的有机质和微生物，对吸附和分解污水中污染物起重要作用。

1人工湿地水质净化系统人工湿地水质净化系统是由植物、基质和微生物等各要素相互作用的共生系统1.1 人工湿地的植物一般来说，几乎所有水生维管束植物“水生植物”都能净化污水。

水生植物对污染物的净化包括附着、吸收、积累和降解几个环节。

植物可通过根系吸收，也可直接通过茎、叶等器官的体表吸收。

吴振斌等通过建立小试系统，对有植物湿地系统和无植物湿地系统进行了比较研究,结果表明有植物湿地系统春夏季平均磷的去除率在60%以上，即使在冬季也能达到40%以上，出水总磷浓度达到或低于国家地面水三级标准，处理效果接近二级生化处理厂，而且出水水质稳定，冬季仍能正常运行，而无植物湿地系统磷的去除率仅为28%。

另一方面是植物根系释放到土壤中的酶等物质也可直接降解污染物，且降解速度非常快。

美国乔治亚州Adhens的EN实验室从淡水沉积物中分离鉴定出脱卤酶、硝酸还原酶、过氧化物酶、漆酶和氰酶等五种酶对污染物降解有重要作用,并发现这些酶均来自植物。

所以，酶活性将作为挑选合适湿地植物的重要指标之一。

1.2 人工湿地的基质人工湿地基质又称为填料，这些基质为微生物的生长提供稳定的依附表面,同时也为水生植物提供了载体和营养物质，是湿地化学反应的主要界面之一。

人工湿地净化机理人工湿地是植物（水生植物或沼生植物等）、微生物 (细菌和真菌等)和填料基质（碎石、基质（碎石、陶粒等）三个相互依存要素的有机组合系统。

依附在填料基质中生存的微生物在有机污染物的去除中起到主导作用，湿地植物的根茎将氧气带人周围的填料基质中，但远离根部的环境仍处于厌氧状态，这就形成了一个环境的变化区，从而提高了人工湿地去除复杂污染物和难处理污染物（重金属等）的能力。

大部分有机污染物和含氮化合的去除是靠机制中的微生物，但某些污染物如重金属、硫磷等可通过填料基质、植物吸收作用降低浓度。

一、人工湿地去除有机污染物机理人工湿地的最为显著特点就是对有机污染物去除能力较强。

污水中的可溶性有机污染物通过水生植物根系处的生物膜的吸附、吸收代谢降解过程而被分解除去；而污水中的不溶性有机物经过湿地填料基质的过滤、沉淀，可以被迅速截留下来，从而被微生物吸收利用。

污水中大部分有机污染物最终是被异养微生物转化为微生物有机体及释放到环境中的CO2和H2O，这些新生的微生物有机体通过填料基质定期更新最终从系统除去。

微生物降解有机过程又可以分为好氧降解和厌氧降解部分。

好氧异养微生物通过好氧降解将有机污染降解为二氧化碳；兼性厌微生物和专性厌氧微生物将有机污染分解为氢、脂肪酸类有机物、醇类、二氧化碳和水；其他专用细菌（如硫酸盐还原菌和产甲烷菌等）通过厌氧降解将有机污染物分为甲烷、二氧化碳、硫氢。

同时有研究指出植物的存在利于加速微生对机污染物的矿质化和腐殖化过程。

二、人工湿地去除含氮污染物机理人工湿地对污水中的含氮污染物的去除主要依靠填料基质中的微生物（硝化细菌与反硝化细菌等）的氨化、硝化和反硝化作用来实现的。

氮在湿地系统中循环变化包括了7种化合价态（-3、0、+1、+2、+3、+4、+5价），并且在多种有机形式与无机形式之间转换。

市政污水中的氮主要以氨氮和有机氮两种形式存在。

大部分有机氮都可以被微生物降解成为氨氮，因此研究中对于无机氮的去除更为关注。

《人工湿地设计研究进展》篇一一、引言人工湿地（Constructed Wetland，简称CW）是一种模拟自然湿地生态系统的人工生态系统，利用物理、化学和生物的复合作用来去除污水中的污染物质，是水污染控制与生态保护领域的一种重要技术。

随着社会经济的发展和环境的日益恶化，人工湿地的研究与设计已经成为当前环境保护的热点领域之一。

本文旨在梳理和总结近年来人工湿地设计的研究进展，以期为相关研究和实践提供参考。

二、人工湿地设计的基本原理与分类人工湿地设计的基本原理主要是利用湿地生态系统的自然净化能力，通过物理沉淀、生物膜技术、植物吸收等过程去除水中的污染物质。

根据水流方式和湿地类型，人工湿地主要分为表面流人工湿地和潜流型人工湿地两大类。

表面流人工湿地中，污水在湿地表面流动，通过自然蒸发和植物吸收等过程进行净化；潜流型人工湿地则通过基质、植物和微生物的复合作用，将污水中的污染物质进行深度处理。

三、人工湿地设计研究进展1. 基质设计研究基质是人工湿地的重要组成部分，对污染物的去除效果有着重要影响。

近年来，研究者们通过实验和模拟等方法，探讨了不同基质类型、粒径、配比等因素对人工湿地净化效果的影响。

例如，砂土、砾石、土壤等基质的应用研究，以及通过添加生物炭、铁矿等材料改善基质的吸附性能和生物活性。

2. 植物选择与配置研究植物在人工湿地中起着重要的作用，不仅能提供生物栖息地、促进微生物的生长繁殖，还能通过吸收和代谢作用去除水中的污染物质。

研究者们通过对不同植物种类、生长周期、根系发育等因素的探讨，寻找最适合的植物配置方案。

同时，还研究了植物种植密度、空间布局等因素对人工湿地净化效果的影响。

3. 水流设计与优化研究水流设计是人工湿地设计的关键环节之一。

研究者们通过优化水流路径、流速、水力停留时间等因素，提高人工湿地的处理效率和稳定性。

同时，还研究了不同类型人工湿地的水流特性，为设计出更符合实际需求的人工湿地提供理论依据。

水生植物在应对环境污染中的积极作用水生植物与微生物的协同去除效应人工湿地中微生物的种类和数量是相当丰富的，水生植物群落的存在，为微生物提供了附着基质和栖息场所，其浸没在水中的茎叶为形成生物膜提供了广大的表面空间，此外水生植物的根系常形成一个网络状的结构，并在植物根系附近形成好氧、厌氧、缺氧等不同环境，为各种不同微生物的吸附和代谢提供了良好的生存环境，也为人工湿地污水处理系统提供了足够的分解者。

植物根部的释放作用为微生物的大量存在提供物种保障，植物的根系分泌物促使某些嗜磷、氮细菌的生长，促进氮、磷的释放、转化及有机污染物BOD、COD的分解，从而间接提高净化率。

此外，在不同基质结构、环境因子等情况下，植物根系的扩展深度即发达程度有所变化，使微生物及酶的分布呈现出空间不均匀性。

香蒲型湿地中0.05～0.1 m深处的细菌、放线菌、真菌数量与0.35 m深处的数量比是13∶7（±4.1），基本上是差了一个数量级，增大湿地植物根系的扩展空间，有利于提高人工湿地净化污水的有效空间，是增强污水净化能力的一项重要措施。

水生植物的修复机理水生植物的根系能分泌促进嗜磷、氮细菌生长的物质，从而间接提高净化率。

浮水植物发达的根系与水体接触面积很大，能形成一道密集的过滤层，当水流经过时，不溶性胶体会被根系粘附或吸附而沉降下来，特别是将其中的有机碎屑沉降下来。

与此同时，附着于根系的细菌体在进入内源生长阶段后会发生凝集，部分为根系所吸附，部分凝集的菌胶团则把悬浮性的有机物和新陈代谢产物沉降下来。

水生植物和浮游藻类在营养物质和光能的利用上是竞争者，前者个体大、生命周期长，吸收和储存营养盐的能力强，能很好地抑制浮游藻类的生长。

某些水生植物根系还能分泌出克藻物质，达到抑制藻类生长的作用。

另外，水生植物根圈还会栖生某些小型动物如水蜗牛能以藻类为食。

挺水植物可通过对水流的阻尼或减小风浪扰动，使悬浮物质沉降。

在易受风浪涡流及底层鱼类扰动影响的浅水湖泊底层，沉水植物有利于形成一道屏障，使底泥中营养物质溶出速度明显受到抑制。

人工湿地技术在水污染治理中的应用研究一、前言水是生命之源，但随着经济快速发展和人口增长，水资源的污染问题日益严重，给人类和生态环境带来了极大的威胁。

人工湿地技术是一种环保治理技术，具有低成本、高效率、可持续性等优势，在水污染治理中得到了广泛应用。

二、人工湿地技术概述人工湿地技术是模拟自然湿地功能、通过人工方式构建的湿地系统，通过人工湿地的生态系统工程学方法去处理污染水体，提高水体质量。

人工湿地分为表层流湿地和浸没式湿地两种，其中表层流湿地主要利用了湿地植物的生态学过程，对污染物进行生物吸收、吸附、生化降解等作用；浸没式湿地主要利用了湿地地表和底部的过滤、吸附、分解和改变水体化学性质的作用。

三、人工湿地技术在水污染治理中的应用1、处理污水人工湿地技术已成为城市和工厂污水处理的一个重要选择。

多数人工湿地采用人工或自然植物栖息地来减少污染物，低成本、高度可持续性。

2、农业面源污染治理在农业面源污染治理方面，人工湿地技术主要应用于阻拦、过滤和净化农田、养殖场等源头的农业废水，降低周围水环境中悬浮颗粒物、氨氮、亚硝酸盐等的浓度，减小水体富营养化程度。

3、城市暴雨及径流控制通过建设地面和地下人工湿地，增加地表和地下洞穴能力，有效地增加城市的生态调节功能，以及水的保护功能。

可以切实减少城市内的洪涝、塌陷等问题，提高城市建设质量和环保水平。

四、人工湿地技术存在的问题及解决方法1、湿地水平面中水体循环湿地水平面中的水体通常由预处理池提供，但通常情况下，水体不能流过整个湿地生态体系。

所以围绕湿地周边规划和预处理设施是非常重要的。

2、湿地对氮素、磷素的处理效果水中氮素、磷素含量较低时，湿地对其处理效果令人满意。

但若水中的氮素和磷素含量达到载荷极限时，湿地对其处理效果就会大幅度下降。

提高湿地生态系统处理效果的关键在于寻找以及利用湿地中的生态过程。

3、人为因素对湿地系统的影响湿地面临的最大威胁之一是建筑开发。

城市和城市周边地区的发展已经改变了许多积水地及湿地人工湿地的生态系统。

大型水生植物修复重金属污染水体研究进展一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展，水体污染问题日益严重，其中重金属污染尤为突出。

重金属不仅难以降解，而且易于在生物体内积累，对生态环境和人类健康造成极大威胁。

近年来，大型水生植物因其独特的生态修复功能，逐渐成为重金属污染水体治理的研究热点。

本文旨在综述大型水生植物在修复重金属污染水体方面的研究进展，分析其作用机制、影响因素及实际应用效果，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。

本文将对大型水生植物的定义、分类及其在水体中的生态功能进行简要介绍，为后续研究奠定基础。

重点阐述大型水生植物修复重金属污染水体的作用机制，包括重金属吸收、转化和积累等过程，以及植物体内重金属的迁移和分布规律。

在此基础上，分析影响大型水生植物修复效果的环境因素，如重金属种类、浓度、植物种类、生长条件等。

通过综述国内外相关研究成果，评估大型水生植物在重金属污染水体修复中的实际应用效果，并展望未来的研究方向和应用前景。

本文旨在为相关领域的研究者和实践者提供全面、系统的理论支持和实践指导，以促进大型水生植物在重金属污染水体修复中的推广应用。

二、大型水生植物修复重金属污染水体的机制大型水生植物修复重金属污染水体的机制主要包括吸附、吸收、积累和转运等过程。

这些植物通过其根、茎、叶等部位的特殊结构和功能，实现对水体中重金属的有效去除和固定。

吸附是大型水生植物修复重金属污染水体的主要机制之一。

植物体表面的吸附作用可以直接从水体中吸附重金属离子，降低水体中的重金属浓度。

这种吸附作用通常与植物体表面的官能团、细胞壁成分以及微生物的代谢活动等因素有关。

吸收和积累是大型水生植物修复重金属污染水体的另一个重要机制。

植物通过根部吸收水体中的重金属离子，然后将其转运至地上部分，并在植物体内进行积累和固定。

这个过程可以降低水体中的重金属浓度，并减少重金属对环境的危害。

同时，植物体内的重金属还可以通过生物降解、络合等反应转化为低毒或无毒的形式，进一步降低其对环境和生物的毒害作用。

人工湿地中水生植物的作用解析摘要：水生植物在湿地系统中具有十分重要的作用，水生植物的收获及处置利用问题成为湿地应用、管理中不可忽视的问题。

本文首先介绍了水生植物的作用，然后论述了湿地水生植物的能源化利用，最后提出了研究展望。

关键词：人工湿地，水生植物，能源化利用。

一、水生植物的作用1 水质净化作用1）沉降作用：覆盖于湿地中的水生植物使风速在接近土壤或水体表面降低，有利于水体中悬浮物的沉积，降低沉积物质再悬浮的风险，增加水体与植物间的接触时间，同时还可以增强底质的稳定和降低水体的浊度。

附着于根系的细菌在进入内源呼吸期会发生凝聚，一部分被根系吸附，另一部分凝结的菌胶团则把悬浮有机物和新陈代谢产物沉降下来。

2）吸收作用：①氮磷的吸收:水生植物直接从水体中吸收氮、磷，并转化为蛋白质和有机氮。

研究发现石菖蒲、灯心草和蝴蝶花 3 个植物系统的总氮平均去除率为77.7%、71.2% 和66.4%，而无植物系统的去除率仅为55.8%。

水体中大量的氮、磷被水生植物吸收利用，而水生植物被收割脱离水体，水中大量的氮、磷也随着植物脱离水体，从而达到去除水中过量氮、磷的效果；②重金属的吸收: 水生植物可通过根部直接吸收水溶性重金属，还可以通过改变根际环境来改变污染物的化学形态，从而达到降低或消除重金属污染物化学毒性和生物毒性作用；③有机物的吸收: 水生植物可从水中吸收多种有机污染物质，甚至农药等持久性污染物。

水生植物还可以通过根系分泌有机酸类等物质刺激根系微生物活性，促进微生物对有机物的降解。

2 抑制藻类生长作为水体的初级生产者，藻类的大量繁殖需要适宜的水温、风速、光照时间、光照强度等环境条件以及充足的氮磷营养条件和缓慢的水流条件。

在这 4 个因素中，光照对藻类生长和水华暴发的影响最大。

调查发现，在有草区水体的透明度一般较高，大型水生植物生长繁茂，藻类较少，叶绿素含量低；反之，无草区的藻类繁殖量大，叶绿素含量高。

这是因为水体的高透明度，水生植物能够获得足够的光照而繁茂生长，同时又以遮阴作用抑制藻类的生长。