精選生物火山巖濾料廠家潛流人工濕地中基質(zhì)在污水凈化中的作用機(jī)制與選擇原理

　　精選生物火山巖濾料生產(chǎn)廠家潛流人工濕地中基質(zhì)在污水凈化中的作用機(jī)制與選擇原理。研究背景：人工濕地是人工構(gòu)建的模擬自然生態(tài)系統(tǒng)，研究表明，人工濕地的建設(shè)與維護(hù)費(fèi)用低、環(huán)境友好且具有生態(tài)景觀利用價(jià)值，可用于多類型污水水質(zhì)的凈化，在國內(nèi)外均具有廣泛應(yīng)用。人工濕地可對(duì)污水廠處理出水進(jìn)行深度凈化，增加工程凈化水的自然生態(tài)屬性，有效減緩了對(duì)受納水體的沖擊，同時(shí)，緩解了水環(huán)境萎縮問題。人工濕地主要分為表流濕地和潛流濕地兩種。報(bào)道稱，基質(zhì)是潛流人工濕地的重要組成部分，在水質(zhì)凈化中發(fā)揮著至關(guān)重要的直接與間接作用。現(xiàn)有文章對(duì)比了不同基質(zhì)填充下人工濕地的凈水效果，然而在大規(guī)模潛流人工濕地工程構(gòu)建中，針對(duì)不同污水水質(zhì)特征的基質(zhì)優(yōu)選與級(jí)配確定原則、其與濕地運(yùn)行效果的關(guān)系等問題均有待梳理。為此，本文將重點(diǎn)從基質(zhì)的功能、級(jí)配、凈水效果與機(jī)制方面展開系統(tǒng)論述，為針對(duì)不同污水凈化功效的潛流人工濕地構(gòu)筑與基質(zhì)選擇提供理論基礎(chǔ)與支持。

　　摘 要

　　潛流人工濕地依靠基質(zhì)、微生物以及植物的共同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中各類污染物的去除。其中，基質(zhì)是潛流人工濕地的重要組成部分，在水質(zhì)凈化中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。基質(zhì)可對(duì)污染物進(jìn)行直接吸附去除。不同基質(zhì)類型對(duì)氨氮與總磷具有不同的吸附能力，同時(shí)，吸附效率受到水質(zhì)、水力條件等參數(shù)影響。此外，基質(zhì)為微生物提供附著表面，基質(zhì)材質(zhì)、內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)、比表面積等均影響生物膜的形成與發(fā)展，進(jìn)而間接影響人工濕地的污水凈化功能。改變基質(zhì)所處淹沒/暴露狀態(tài)、增加緩釋碳源基質(zhì)、增加鐵碳電解對(duì)基質(zhì)等方式可分別從增加補(bǔ)氧、強(qiáng)化反硝化和電化學(xué)強(qiáng)化的角度改善人工濕地對(duì)氨氮、總氮與總磷類污染物的去除效果。

　　01

　　潛流人工濕地對(duì)污水中污染物的凈化機(jī)理

　　潛流人工濕地對(duì)污水污染物的去除依靠基質(zhì)、微生物及植物的共同作用(圖1)。微生物在污水凈化中起到至關(guān)重要的作用，其對(duì)氮素、碳素的去除貢獻(xiàn)一般在50%以上;基質(zhì)在污水中磷、重金屬等的物化去除中占據(jù)重要位置;植物根系從污水中吸收氮、磷，用于污染物的去除與生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化。

　　圖1 潛流人工濕地污染物凈化機(jī)制

　　除了微生物、基質(zhì)與植物對(duì)污染物的直接作用外，三者在污水凈化中存在復(fù)雜的相互作用。基質(zhì)粒徑越小，單位體積基質(zhì)可提供給微生物的表面越大。然而，基質(zhì)選擇不能單從比表面積這一點(diǎn)考慮，粒徑過小會(huì)加劇基質(zhì)間的污堵，影響人工濕地運(yùn)行年限。此外，系統(tǒng)內(nèi)污水的流態(tài)受到進(jìn)水流速、基質(zhì)粒徑級(jí)配及基質(zhì)表面性質(zhì)的共同調(diào)控，而流態(tài)的差異則影響了空氣中的氧氣與污染物向生物膜內(nèi)的傳質(zhì)效率，同時(shí)也影響著生物膜生長(zhǎng)的厚度與致密性。不同基質(zhì)材質(zhì)與粒徑形成的基質(zhì)空隙間微環(huán)境理化性質(zhì)差異對(duì)細(xì)菌等微生物形成的生物膜群落結(jié)構(gòu)影響重大，進(jìn)而對(duì)生物膜的污水凈化功能產(chǎn)生影響。近年來，新興功能材料被越來越多的用做濕地基質(zhì)，如生物炭材料、鐵礦渣等。功能材料除附著載體功能外，還可為部分微生物對(duì)污染物的代謝提供緩釋有機(jī)碳、電子供體等，強(qiáng)化對(duì)氮素污染物的去除。

　　基質(zhì)為濕地植物提供了立地基礎(chǔ)，植物根系交錯(cuò)存在于基質(zhì)空隙當(dāng)中，基質(zhì)粒徑過小阻礙植物根系向周圍環(huán)境的延伸，進(jìn)而影響根系對(duì)污染物的吸附吸收效率。微生物膜與植物根系的生長(zhǎng)對(duì)基質(zhì)理化性質(zhì)亦存在影響，最直觀的表現(xiàn)是導(dǎo)致基質(zhì)孔隙率下降，滲透系數(shù)改變，進(jìn)而影響污水流速與流態(tài)。報(bào)道表明，生物膜的生長(zhǎng)顯著降低了系統(tǒng)對(duì)水的滲透系數(shù)，但對(duì)基質(zhì)孔隙率的影響可以忽略。另有研究表明，香根草等植物根系僅占據(jù)基質(zhì)孔隙的3%-5%，對(duì)基質(zhì)孔隙率的影響不大。研究的量化成果對(duì)于技術(shù)的應(yīng)用與研究者認(rèn)知均具有重要的指導(dǎo)意義。上述研究成果與研究者主觀認(rèn)為的“生物膜與植物根系可造成嚴(yán)重基質(zhì)堵塞”這一觀點(diǎn)相違背。然而，上述研究成果是否廣泛適用于潛流人工濕地有待考證。基于基質(zhì)與微生物、植物功能發(fā)揮間的復(fù)雜相互作用，掌握基質(zhì)理化性質(zhì)對(duì)人工濕地污水深度凈化的影響規(guī)律具有重大意義與應(yīng)用價(jià)值。

　　02

　　人工濕地基質(zhì)性質(zhì)與凈水功能的關(guān)系

　　基質(zhì)的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)決定了其對(duì)水中污染物的離子交換能力/吸附能力等，直接影響了污染物的物化去除效率，如圖2所示;基質(zhì)孔徑與表面粗糙度等物理性質(zhì)決定了生物膜的附著能力;污水、基質(zhì)與生物間的交互作用影響基質(zhì)表面微環(huán)境，間接影響了污染物的生化作用效果。

　　圖2 人工濕地基質(zhì)理化性質(zhì)對(duì)污水凈化的影響

　　1.基質(zhì)材質(zhì)對(duì)人工濕地水質(zhì)凈化效果的影響

　　表1總結(jié)了不同基質(zhì)的理化性質(zhì)及其對(duì)氨氮與總磷的吸附與解吸情況。不同基質(zhì)對(duì)各類污染物的吸附能力差異懸殊，對(duì)氨氮的吸附容量在2~1700 mg/kg;對(duì)磷酸鹽的吸附容量在11 ~1050 mg/kg，應(yīng)根據(jù)濕地?cái)M凈化的污水特征選擇基質(zhì)類型。從機(jī)理上講，常用基質(zhì)如礫石、陶粒等，自身可通過靜電吸附、離子交換、化學(xué)沉淀等作用去除污水污染物。靜電吸附等物理去除作用是可逆的，部分基質(zhì)雖然具有很高的污染物吸附容量，但是解吸率很高，如表1中的黏土陶粒、陶結(jié)等對(duì)氨氮的解吸率均在60%以上。基質(zhì)對(duì)污染物的解吸速率與其吸附原理、基質(zhì)表面粗糙程度、基質(zhì)內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)以及pH等水質(zhì)情況均有關(guān)系。物理吸附、微環(huán)境水力擾動(dòng)強(qiáng)及pH適宜條件下的強(qiáng)離子交換作用利于污染物的解吸。從表1沸石對(duì)氨氮的吸附容量數(shù)據(jù)得出，不同研究者的數(shù)據(jù)間也存在巨大差異，可見，不同環(huán)境因素與反應(yīng)條件對(duì)基質(zhì)吸附的影響不可忽視。相對(duì)物理吸附而言，化學(xué)吸附作用相對(duì)持久，通過化學(xué)吸附固定的污染物解吸相對(duì)困難。基質(zhì)物質(zhì)組成決定了其對(duì)污染物的吸附能力，比表面積則關(guān)系到基質(zhì)與污染物的接觸概率。研究表明，基質(zhì)中鋁、鐵等成分越高，對(duì)三價(jià)正磷酸鹽類含磷污染物的化學(xué)吸附作用越強(qiáng)。

　　表1 不同基質(zhì)的理化性質(zhì)及對(duì)污染物吸附-解吸效果

　　因此，在人工濕地基質(zhì)選擇中，如果想以基質(zhì)吸附作為污染物去除的主要途徑，則不能僅關(guān)注基質(zhì)對(duì)各類污染物的吸附容量，也應(yīng)對(duì)其不同水質(zhì)條件下的解吸率進(jìn)行考察。基質(zhì)具有一定的吸附容量，隨著運(yùn)行過程中吸附量的增加，基質(zhì)吸附作用會(huì)越來越弱，直至一定年限后失去效果。

　　除了上述直接作用，基質(zhì)通過影響微生物、植物、環(huán)境理化性質(zhì)等間接影響人工濕地水質(zhì)凈化。不同基質(zhì)材質(zhì)的比表面積、密度、化學(xué)結(jié)構(gòu)等理化性質(zhì)存在差異，進(jìn)而對(duì)污水的滲透性能、生物膜的粘附性能以及對(duì)污染物的吸附性能均產(chǎn)生影響。基質(zhì)與水中離子的物質(zhì)交換對(duì)生物膜微環(huán)境內(nèi)的pH、氧化還原電位均產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)微生物的代謝與污染物的凈化產(chǎn)生干擾。可見，基質(zhì)性質(zhì)對(duì)人工濕地水質(zhì)凈化過程有著直接或間接的影響(如圖2所示)，相互作用關(guān)系與機(jī)理十分復(fù)雜。在人工濕地設(shè)計(jì)基質(zhì)選擇過程中，不能單獨(dú)從某一方面確定選用基質(zhì)類型，而應(yīng)該從基質(zhì)對(duì)污染物的直接吸附性能、對(duì)生物膜生長(zhǎng)影響以及基質(zhì)緩釋物質(zhì)等多角度綜合分析。

　　2.人工濕地基質(zhì)所處狀態(tài)對(duì)水質(zhì)凈化影響

　　在上端進(jìn)水下端出水式的潛流人工濕地工程應(yīng)用中，一般均會(huì)設(shè)置出水堰以避免進(jìn)出水水位差引起的水頭與重力勢(shì)能損失。可見，在人工濕地運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部基質(zhì)一直處于水淹沒狀態(tài)，空氣中的氧氣僅能通過慢速的氣-液相傳質(zhì)對(duì)進(jìn)水口表層的污水富氧。低效率補(bǔ)氧是抑制污水中氨氮類污染物去除的關(guān)鍵因素，因此，研究者提出了“不飽和基質(zhì)”型人工濕地的構(gòu)想，即，降低出水堰高度，使得一部分基質(zhì)處于氣相暴露狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)高效的固相生物膜-液相污水-氣相氧氣間的氧氣傳質(zhì)與污染物凈化。

　　表2總結(jié)了不飽和狀態(tài)基質(zhì)對(duì)氨氮氧化去除的影響。大多數(shù)不飽和狀態(tài)基質(zhì)強(qiáng)化型人工濕地對(duì)氨氮的凈化率可達(dá)50%，甚至高達(dá)76.88%;對(duì)水體增氧效果可高達(dá)5 mg/L。基質(zhì)類型、基質(zhì)粒徑、不飽和區(qū)高度及進(jìn)水水質(zhì)對(duì)氨氮的氧化效果均有影響。不同類型基質(zhì)表面親疏水性質(zhì)不同，進(jìn)水在重力作用下從基質(zhì)空隙間向下流動(dòng)，基質(zhì)越親水，基質(zhì)生物膜-污水液膜-空氣/氧氣三者間的接觸時(shí)間越長(zhǎng)，三相傳質(zhì)越充分，氨氮氧化效果越好。基質(zhì)粒徑越小，比表面積越大，可從增加三相間的接觸概率角度提升氧氣的傳質(zhì)效果。不飽和區(qū)高度提高，三相接觸歷時(shí)越長(zhǎng)，然而這種方式會(huì)增加系統(tǒng)的水頭損失和能耗。進(jìn)水氨氮濃度在一定范圍內(nèi)提升，對(duì)應(yīng)的氨氮去除量也會(huì)提升，但氨氮去除率會(huì)有所下降。

　　表2 不飽和狀態(tài)基質(zhì)對(duì)氨氮氧化的促進(jìn)效果

　　3.潛流人工濕地基質(zhì)級(jí)配與功能

　　在潛流人工濕地實(shí)驗(yàn)室小試中，多數(shù)研究者選擇粒徑均一的某種基質(zhì)，而在中試或市場(chǎng)化應(yīng)用中，則存在不同區(qū)域粒徑的分級(jí)情況。人工濕地中應(yīng)用的基質(zhì)粒徑一般分布在3-15 mm，部分研究者使用60 mm以上粒徑基質(zhì)(圖3a)。基質(zhì)材質(zhì)與粒徑大小對(duì)人工濕地污水凈化效果有顯著影響。理論分析可知，基質(zhì)粒徑越大，系統(tǒng)孔隙率越大。根據(jù)表1孔隙率數(shù)據(jù)繪制的圖3b可知，隨著基質(zhì)粒徑的提高，系統(tǒng)孔隙率有升高的趨勢(shì)。然而，不同研究者采用相同粒徑區(qū)間(如2-4 mm)的不同材質(zhì)基質(zhì)時(shí)，其孔隙率波動(dòng)范圍仍然很大(33%-60%)，這與天然基質(zhì)材料不規(guī)則形狀及填充疏密有直接關(guān)系。隨著顆粒物在系統(tǒng)內(nèi)逐步積累、基質(zhì)表面生物膜加厚，系統(tǒng)局部可形成堵塞，影響濕地的運(yùn)行。因此，在濕地設(shè)計(jì)時(shí)，需了解濕地內(nèi)部不同位置的堵塞風(fēng)險(xiǎn)源與堵塞程度。在最易堵塞區(qū)域，適當(dāng)提高其初始空隙率，并從根源上減緩堵塞源的輸入和形成。

　　圖3 常見潛流人工濕地基質(zhì)粒徑與孔隙率分布

　　在大型濕地應(yīng)用工程中，垂直流潛流濕地基質(zhì)可分為布水層、凈化層和排水層(圖4)。布水層一般位于進(jìn)水口處，起到均勻布水的作用。對(duì)于“上進(jìn)下出”式垂直流潛流濕地，布水層還承擔(dān)著支撐上層植物的作用。因此，布水層多采用土壤、細(xì)沙等小粒徑的基質(zhì)，該層深度一般在5-20 cm。中間層，即凈化層，是濕地的核心層。該區(qū)域內(nèi)不同種屬的微生物附著在基質(zhì)表面形成生物膜，起到對(duì)不同類型污染物的凈化作用。該層多采用細(xì)礫石、陶粒等基質(zhì)，粒徑在5-30 mm，深度在30-60 cm不等。不同研究者會(huì)在該層設(shè)置兩種不同粒徑的基質(zhì)，實(shí)現(xiàn)從進(jìn)水口到出水口基質(zhì)粒徑的逐級(jí)遞增和均勻過渡。由于大氣復(fù)氧及從進(jìn)水口到出口的微生物作用，不同基質(zhì)所處微環(huán)境存在梯度變化，如從好氧環(huán)境到缺氧環(huán)境的改變，pH、有機(jī)碳源含量與組成的變化等。濕地系統(tǒng)宏觀空間的差異性造就了不同功能微生物對(duì)多類型污染物凈化的多環(huán)境條件需求，如微生物脫氮的好氧-缺氧環(huán)境。對(duì)于常見“上進(jìn)下出”式垂直流潛流濕地而言，排水層靠近出水口，也位于濕地系統(tǒng)的最底層，主要起到支撐作用。該層基質(zhì)多采用大粒徑粗礫石，深度在5-50 cm不等。對(duì)于水平潛流人工濕地而言，隨水流流動(dòng)的水平方向，依次為進(jìn)水區(qū)、凈水功能區(qū)和排水區(qū)。凈水功能區(qū)的垂直方向可根據(jù)種植植物、好氧環(huán)境變化等功能需求布設(shè)不同粒徑與材質(zhì)的基質(zhì)。

　　圖4 潛流人工濕地基質(zhì)級(jí)配

        各功能區(qū)基質(zhì)均存在堵塞風(fēng)險(xiǎn)，布水層靠近進(jìn)水口，進(jìn)水中的顆粒物容易在該層沉積;凈化層是微生物活躍區(qū)域，由于該層接近進(jìn)水，“營養(yǎng)”豐富，生物膜的快速增長(zhǎng)是該區(qū)域堵塞的主要原因;排水層在濕地系統(tǒng)最底部，是大氣復(fù)氧最難作用的區(qū)域，對(duì)于非曝氣補(bǔ)氧型潛流濕地而言，該區(qū)域存在厭氧污泥堵塞風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明，進(jìn)水區(qū)域在濕地運(yùn)行過程中孔隙率下降最快。因此，需要兼顧進(jìn)水區(qū)域均勻布水、植物支撐與減緩堵塞的綜合角色，合理選擇基質(zhì)粒徑。同時(shí)可參考模塊化生物濾池設(shè)計(jì)，填充輕質(zhì)填料，周期性更換以緩解上層的堵塞情況。值得注意的是，雖然出水層在運(yùn)行中孔隙率變化不明顯，但其污水滲透系數(shù)發(fā)生了明顯下降，這可能與厭氧區(qū)域生物膜的形成有關(guān)。可見，監(jiān)測(cè)人工濕地孔隙率變化不足以支撐濕地堵塞與否的判定。隨著污水滲透系數(shù)的下降，濕地發(fā)生溢流風(fēng)險(xiǎn)的概率逐步提升。

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　　特殊材質(zhì)基質(zhì)的污水凈化強(qiáng)化機(jī)制與效果

　　1.生物炭基質(zhì)的水質(zhì)凈化強(qiáng)化機(jī)制與效果

　　生物炭作為功能基質(zhì)強(qiáng)化人工濕地污水凈化的相關(guān)研究較多。植物秸稈可被燒制成生物炭材料應(yīng)用于濕地內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)廢物資源利用。生物炭基質(zhì)在濕地中有多種水質(zhì)凈化強(qiáng)化機(jī)制。首先，高比表面積與豐富的內(nèi)部孔隙為微生物附著提供了更多的表面與差異性內(nèi)部水力與環(huán)境條件，如在宏觀好氧功能區(qū)內(nèi)，生物炭微孔可為厭氧細(xì)菌提供豐富的缺氧與厭氧微環(huán)境;或在宏觀湍流水力條件中提供微孔內(nèi)的微觀平流環(huán)境，弱化生物膜的水力沖刷作用，進(jìn)而允許生物膜生長(zhǎng)較厚，產(chǎn)生自外向內(nèi)的好氧-缺氧-厭氧過渡環(huán)境，使得具有不同環(huán)境需求的生物可共同存在于同一生物膜當(dāng)中。有研究報(bào)道，生物炭添加增加了人工濕地內(nèi)微生物群落的多樣性。這種生物膜縱向差異性也是實(shí)現(xiàn)人工濕地同步硝化反硝化、厭氧氨氧化的前提條件。其次，生物炭本身的多孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)化其污染物吸附作用。研究表明，生物炭對(duì)銨根離子的吸附容量高達(dá)1353 mg/kg，且解吸率低于2%;對(duì)磷酸根離子的吸附容量為714.6 mg/kg，解吸率13.3%。最后，生物炭材料可緩釋有機(jī)物。這一特性恰好能夠解決濕地反硝化過程有機(jī)碳源不足的問題。此外，更多的有機(jī)碳緩釋材料在人工濕地中的應(yīng)用均存在報(bào)道，如poly butylenes succinate (PBS)、玉米棒、木屑等。綜合生物附著、污染物吸附與有機(jī)碳源釋放三種強(qiáng)化作用，添加了生物炭的人工濕地可實(shí)現(xiàn)更好的污染物去除效果(表3)。

　　表3 特殊功能材質(zhì)基質(zhì)對(duì)污水污染物的凈化效果

　　2.鐵碳(Fe-C)基質(zhì)的水質(zhì)凈化強(qiáng)化機(jī)制與效果

　　針對(duì)反硝化過程有機(jī)碳源不足的問題，上一節(jié)提供了投加緩釋碳源這一思路。從本質(zhì)上來說，有機(jī)碳源是硝酸根轉(zhuǎn)化的電子供體。此外，有研究者提出了零價(jià)鐵、鐵刨花、黃鐵礦等新型基質(zhì)投加思路，是為硝酸根轉(zhuǎn)化提供電子的另一個(gè)思路。其強(qiáng)化水質(zhì)凈化的原理為：鐵的氧化過程中為硝酸根的還原提供了電子，氧化后的鐵離子可與磷酸根離子形成化學(xué)沉淀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同步氮磷脫除。在此基礎(chǔ)上，有研究者向人工濕地內(nèi)共同投加了鐵、碳兩種基質(zhì)，兩基質(zhì)可形成電解對(duì)，通過電化學(xué)方式強(qiáng)化人工濕地的氮脫除過程。表3總結(jié)了鐵碳投加下人工濕地的污水凈化效果。與傳統(tǒng)濕地相比，鐵碳電解對(duì)或者鐵鋼電解對(duì)的添加對(duì)總氮與總磷的去除有顯著提升。對(duì)比生物炭投加組，鐵碳投加在氮磷同步高效凈化上占據(jù)優(yōu)勢(shì)。然而，投加鐵碳后，氨氮的去除效果與對(duì)照相比無顯著改善，甚至顯示出抑制。追究原因，是還原性鐵基質(zhì)的投加改變了濕地內(nèi)部的氧化還原電位，使得這個(gè)濕地系統(tǒng)形成偏還原性環(huán)境，抑制了氨氮的氧化作用。為此，在鐵碳基質(zhì)改良濕地內(nèi)，應(yīng)設(shè)置分段功能區(qū)，第一區(qū)設(shè)置為良好的氧化環(huán)境，強(qiáng)化氨氮向硝氮的轉(zhuǎn)化，第二區(qū)為鐵碳還原區(qū)，進(jìn)行硝氮的還原。上述兩個(gè)區(qū)域聯(lián)合使用實(shí)現(xiàn)總氮的高效去除。

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　　潛流人工濕地基質(zhì)的優(yōu)選原則

　　潛流人工濕地中基質(zhì)的選擇需要從其直接凈化作用及其與微生物、植物的相互作用關(guān)系等間接凈化作用入手，綜合確定基質(zhì)材質(zhì)、粒徑與級(jí)配的這三點(diǎn)關(guān)鍵要素。如本文綜述，礫石、陶粒等為常見人工濕地基質(zhì)，其粒徑一般在3-15 mm。根據(jù)濕地系統(tǒng)不同空間的功能，分為布水區(qū)、凈化區(qū)和排水區(qū)三部分。在上述基質(zhì)選擇的通用原則上，應(yīng)根據(jù)進(jìn)水特征對(duì)所需基質(zhì)進(jìn)行改良，具體改良路線如圖5所示。如進(jìn)水有機(jī)碳污染物濃度過高，可適當(dāng)增加不飽和區(qū)基質(zhì)以強(qiáng)化微生物的異養(yǎng)代謝;改善基質(zhì)內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，提高基質(zhì)比表面積，進(jìn)而強(qiáng)化微生物凈化作用;適當(dāng)增加表層基質(zhì)粒徑，提高孔隙率，以防生物與顆粒污染等。針對(duì)高氨氮進(jìn)水，首先應(yīng)強(qiáng)化補(bǔ)氧，如增加進(jìn)水區(qū)不飽和基質(zhì)面積，強(qiáng)化氧氣傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氨氮氧化;之后針對(duì)反硝化過程面臨的低碳氮比問題，通過選擇緩釋碳源或鐵等電子供體基質(zhì)的方式強(qiáng)化反硝化脫氮過程。針對(duì)高磷污水，可通過改善基質(zhì)組分與提升基質(zhì)比表面積的方式強(qiáng)化濕地對(duì)磷的理化吸附過程。綜上，可實(shí)現(xiàn)從基質(zhì)優(yōu)化角度對(duì)人工濕地不同類型污水的強(qiáng)化凈化功能。

　　圖5 基質(zhì)改良方式與原理

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　　總結(jié)

　　基質(zhì)可對(duì)污染物進(jìn)行直接吸附去除，同時(shí)，基質(zhì)為植物根系物質(zhì)吸收、微生物代謝提供微觀環(huán)境。濕地基質(zhì)的選擇應(yīng)依據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、基質(zhì)直接與間接功能，最終確定基質(zhì)材質(zhì)、粒徑與級(jí)配，改善人工濕地對(duì)氨氮、總氮與總磷類污染物的去除效果。該綜述研究為潛流濕地工程中基質(zhì)的選型提供了良好的思路和科學(xué)依據(jù)。

　　此外，針對(duì)特殊污染物高效吸附、強(qiáng)親水、微生物高效附著、輕質(zhì)便攜、電子供體緩釋等功能性基質(zhì)的開發(fā)是未來關(guān)于潛流人工濕地基質(zhì)相關(guān)研究的重要方向。

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