一、背景概述

過(guò)去幾十年里我國(guó)傳統(tǒng)的污水處理方式主要是通過(guò)污水處理廠對(duì)污水進(jìn)行處理。我國(guó)的城鎮(zhèn)污水處理起步于20世紀(jì)70年代末。1978—2014年，我國(guó)城市污水處理廠由37座增加到1807座，污水日處理能力由64萬(wàn)立方米增加到13087萬(wàn)立方米，分別增長(zhǎng)了48倍和204倍，?城市生活污水處理率在這十幾年時(shí)間里也由1978年的10.3%上升到2014年的90.18%，這在一定程度上改善了我國(guó)的地表水環(huán)境，尤其是城市水環(huán)境質(zhì)量。然而，目前我國(guó)運(yùn)行的污水處理廠卻存在著較嚴(yán)重的運(yùn)營(yíng)維護(hù)問(wèn)題，在全國(guó)已建成的一千多座污水處理廠中，僅有約1/3按設(shè)計(jì)正常運(yùn)行，約1/3低負(fù)荷運(yùn)行，還有1/3間斷性運(yùn)行或者根本不運(yùn)行，運(yùn)行維護(hù)成本高是造成這一現(xiàn)象的主要原因。?因此，處理效率高且運(yùn)行維護(hù)成本低的污水處理方式—人工濕地受到開(kāi)始受到廣泛關(guān)注。

二、人工濕地在污水處理中的應(yīng)用

人工處理濕地系統(tǒng)是模擬自然濕地生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物作用而由人工建造和控制運(yùn)行的，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的協(xié)同作用處理污水的生態(tài)工程技術(shù)。

人工濕地的研究可追溯到20世紀(jì)50年代，人們?cè)谝庾R(shí)到天然濕地具有調(diào)節(jié)徑流、改善氣候、美化環(huán)境等多方面的重要作用后，開(kāi)始對(duì)天然濕地進(jìn)行改造研究。1972年，德國(guó)學(xué)者Seidel與Kickuth合作提出了根區(qū)理論，首次揭示了高等植物在濕地污水處理系統(tǒng)中的作用， 認(rèn)為濕地凈化去除污染物的主要作用過(guò)程發(fā)生在植物的根區(qū)部位， 通過(guò)根區(qū)微生物的硝化、 反硝化和吸附作用可有效去除氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素。由此，歐洲開(kāi)始了大量人工濕地的研究與應(yīng)用。

我國(guó)從20世紀(jì)80年代后半期引入人工濕地并開(kāi)始其相關(guān)的研究工作。1990年7月，?深圳建立的白泥坑人工濕地可以看作是人工濕地在我國(guó)的首次大規(guī)模應(yīng)用實(shí)踐。?隨后，?杭州、?武漢、?沈陽(yáng)、?北京、成都、?昆明等市也相繼建立了人工濕地污水處理?系統(tǒng)示范工程。?截至2019年，?我國(guó)至少有240個(gè)運(yùn)行正常的大規(guī)模人工濕地。

1.人工濕地具有較高的處理效率

根據(jù)水流型的不同，人工濕地污水處理系統(tǒng)可分為表面流人工濕地和潛流型人工濕地。?表面流人工濕地與自然濕地類似，污水從濕地表面漫流而過(guò)，這類人工濕地結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，工程造價(jià)較低，但占地面積較大、污水去除能力有限；且由于污水在填料表面漫流；易滋生蚊蠅；易對(duì)周圍環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不良影響。潛流型人工濕地中，污水從濕地一端進(jìn)入填料床后通過(guò)水平潛流或垂直潛流的方式在填料縫隙之間滲流，可充分利用填料表面、豐富的植物根系及植物根系上生物膜等的吸附和截留作用，達(dá)到較高的氮、磷去除效果。

2.人工濕地具有多重生態(tài)服務(wù)功能

人工濕地的主要設(shè)計(jì)目的是對(duì)污水進(jìn)行凈化，此外，人工濕地還能提供多重生態(tài)服務(wù)功能。人工濕地能吸收二氧化碳釋放氧氣調(diào)節(jié)區(qū)域微氣候，通過(guò)植物生物量生產(chǎn)固碳，阻滯沙塵、降低噪聲。人工濕地系統(tǒng)在污水凈化工程中促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，增加綠化面積，并能為動(dòng)植物提供棲息地，有利于生物多樣性的保護(hù)。人工濕地在處理城市公園、綠地景觀水、河湖濱岸帶等地表水質(zhì)的同時(shí)，還能為人們提供更舒適的生活環(huán)境和教育娛樂(lè)用途等，具有顯著的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

3.人工濕地中填料的選擇

人工濕地中的填料又稱為基質(zhì)，現(xiàn)階段被研究的主要分為3類:?天然礦物、工業(yè)副產(chǎn)物、人造產(chǎn)品。天然礦物儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜和可在當(dāng)?shù)刂苯娱_(kāi)采等特點(diǎn)而一直被廣泛研究與應(yīng)用。但是部分天然礦物，?存在易堵塞、植物無(wú)法生長(zhǎng)或者去污效果差等問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上合理選擇天然礦物和應(yīng)用其他材料進(jìn)行濕地系統(tǒng)的強(qiáng)化，逐漸成為濕地填料的研究重點(diǎn)。

填料的種類、填充方式、孔徑和含碳量等條件影響濕地系統(tǒng)的復(fù)氧能力、微生物種類、活性等，改變微生物代謝活動(dòng)的進(jìn)行，從而間接影響系統(tǒng)有機(jī)物的去除能力。人工濕地填料的填充方式主要包括:正粒徑填充、反粒徑填充和均勻粒徑填充，正粒徑填充因其上面的基質(zhì)粒徑和孔隙率較小，下層的溶氧量相對(duì)于反粒徑填充方式來(lái)說(shuō)較少，合理選擇填料種類和填充方式以提升濕地系統(tǒng)的復(fù)氧能力，可以提升微生物活性，有助于增強(qiáng)有機(jī)物的去除能力。

當(dāng)前，在人工濕地中，需要針對(duì)各類污染物選取特定填料，或在合理利用天然材料基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改性，充分利用便于運(yùn)輸和使用的工業(yè)副產(chǎn)物，或者人工合成吸附容量大、性能高效持久、水力效果合適的新型填料，以提高系統(tǒng)的處理效果和使用壽命。