一、背景概述

過去幾十年里我國傳統(tǒng)的污水處理方式主要是通過污水處理廠對污水進行處理。我國的城鎮(zhèn)污水處理起步于20世紀70年代末。1978—2014年，我國城市污水處理廠由37座增加到1807座，污水日處理能力由64萬立方米增加到13087萬立方米，分別增長了48倍和204倍，?城市生活污水處理率在這十幾年時間里也由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，目前我國運行的污水處理廠卻存在著較嚴重的運營維護問題，在全國已建成的一千多座污水處理廠中，僅有約1/3按設(shè)計正常運行，約1/3低負荷運行，還有1/3間斷性運行或者根本不運行，運行維護成本高是造成這一現(xiàn)象的主要原因。?因此，處理效率高且運行維護成本低的污水處理方式—人工濕地受到開始受到廣泛關(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50年代，人們在意識到天然濕地具有調(diào)節(jié)徑流、改善氣候、美化環(huán)境等多方面的重要作用后，開始對天然濕地進行改造研究。1972年，德國學(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， 認為濕地凈化去除污染物的主要作用過程發(fā)生在植物的根區(qū)部位， 通過根區(qū)微生物的硝化、 反硝化和吸附作用可有效去除氮、磷等營養(yǎng)元素。由此，歐洲開始了大量人工濕地的研究與應(yīng)用。

我國從20世紀80年代后半期引入人工濕地并開始其相關(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的首次大規(guī)模應(yīng)用實踐。?隨后，?杭州、?武漢、?沈陽、?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，?我國至少有240個運行正常的大規(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，這類人工濕地結(jié)構(gòu)較簡單，工程造價較低，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；易對周圍環(huán)境會產(chǎn)生不良影響。潛流型人工濕地中，污水從濕地一端進入填料床后通過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)計目的是對污水進行凈化，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植物的生長，增加綠化面積，并能為動植物提供棲息地，有利于生物多樣性的保護。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，還能為人們提供更舒適的生活環(huán)境和教育娛樂用途等，具有顯著的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益。

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。天然礦物儲量豐富、價格便宜和可在當?shù)刂苯娱_采等特點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、植物無法生長或者去污效果差等問題，在此基礎(chǔ)上合理選擇天然礦物和應(yīng)用其他材料進行濕地系統(tǒng)的強化，逐漸成為濕地填料的研究重點。

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的進行，從而間接影響系統(tǒng)有機物的去除能力。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，下層的溶氧量相對于反粒徑填充方式來說較少，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，有助于增強有機物的去除能力。

當前，在人工濕地中，需要針對各類污染物選取特定填料，或在合理利用天然材料基礎(chǔ)上對其進行改性，充分利用便于運輸和使用的工業(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。