人工湿地基质的净化机制研究论文

底泥是在长期积水及有生长季积水的环境条件下生长有水生植物或湿生植物的土壤。在人工湿地中也可称为基质。

湿地底泥是湿地植物的直接支撑者，湿地土壤的类型、结构和肥力状况直接决定湿地植物的类型、数量和质量，并通过食物链影响湿地动物的类群、生长和发育，最终影响湿地生态系统的物质生产。同时湿地土壤也是湿地微生物、湿地土壤动物的生活场所，是土壤微生物和土壤动物生活的“基质”。湿地土壤通过影响植物和微生物来影响污水的净化。

湿地土壤具有“养分库”功能，它可以提供湿地植物生长发育所需要的全部养分元素。不仅如此，湿地土壤和其土(泥)水界面的物理化学反应机制影响元素的形态和数量。研究表明，湿地土壤缺氧具有不均一性，在与含氧水相接触的几毫米表层中氧的浓度仍较高，表层中的化学和微生物状况类似于好气土壤，而表层下面氧的浓度几乎为零。氧化表层中Fe3+和Mn4+氢氧化物的存在，意味着湿地土壤能吸收和保留存在于表面水中或从还原层下面扩散到表层中的磷酸盐、二氧化硅、锰、钴、镍和锌。因此，氧化层累积有磷、硅、锰、钴、镍和锌。反之，含硫化氢的永久还原性的湿地土壤趋于积累铜、汞、铀、钼和磷灰石。可见，湿地土壤“养分库”在提供和蓄留某些养分元素的功能方面具有极其重要的生态意义。湿地土壤是湿地化学物质转化的介质，也是湿地植物营养物质的储存库。湿地土壤的有机质含量很高，有较高的离子交换能力，因此，土壤可通过离子交换转化一些污染物。湿地土壤对有毒物质的“净化”机理，主要是通过沉淀作用、吸附与吸收作用、离子交换作用、氧化还原作用和代谢分解作用等途径实现的。

人工湿地由填料、植物、微生物、藻类等几种基本成分构成。人工湿地具有独特而复杂的净化机理，利用基质——微生物——植物复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化。同时，通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化和无害化。人工湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料(如卵石等)混合组成填料床，污水可以在床体的填料缝隙中曲折地流动，或在床体表面流动。在床体的表面种植具有处理性能好、成活率高的水生植物(如芦苇、凤眼莲等)，形成一个独特的动植物生态环境，来对污水进行处理。人工湿地可以促进污水的循环和再生，使污水中所含污染物质以作物生产的形式再利用或直接去除。污水中大部分有机物作为异养微生物的有机养分，最终被转化为微生物体及CO2、H2O。污水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留进而被微生物利用；污水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。随着处理过程的不断进行，湿地床中的微生物也繁殖生长，通过对湿地床填料的定期更换及对湿地植物的收割而将新生的有机体从系统中去除。

基质在人工湿地净化污水中的重要作用,基于因地制宜和生态低耗的理念,以炉渣和砾石为基质开展了潜流人工湿地污染物去除的机理研究。通过批次实验,分析了炉渣和砾石对磷的吸附机理及其影响因素;结合两种基质潜流人工湿地对污染河水的净化效果,揭示了主要污染物在潜流人工湿地中的降解与去除规律;通过基质对人工湿地植物与微生物群落的作用分析,判明了人工湿地中基质-植物-微生物之间的生态效应机制;通过两种基质潜流人工湿地中微生物群落的季节性变化特征与污染物去除效果的相关性分析,明确了潜流人工湿地的污染物去除机理。本研究主要的结论如下:(1)基质的静态吸附试验结果表明,炉渣对磷的吸附符合Freundlich吸附等温线的规律,砾石对磷的吸附符合Langmuir吸附等温线的规律,炉渣和砾石的理论吸附量分别为3.15mg/g和0.81mg/g。准二级动力学方程可较好的描述两种基质的吸附动力学特性,且物理吸附、化学吸附和配位体交换是磷吸附去除的主要作用原理 。