人工湿地的一些原理
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人工湿地的一些原理
耗氧有机物的去除
人工湿地对污水中耗氧有机污染物的处理效果较好，其对有机物的去除是由于人工湿地植物的吸收利用、基质的吸附及湿地内填料上微生物膜的联合作用的结果。污水中的有机物分为不溶性有机物颗粒和可溶性有机物两部分：
不溶性有机物颗粒在湿地系统的处理原理与悬浮物处理原理相似，通过静置、沉淀、过滤被截留下来，通过微生物的同化作用被去除。可溶性有机物的去除速
度较慢而且在好氧、缺氧和厌氧区，其去除途径各不相同。氧气主要是通过植物的传输进入湿地介质中，因此根系区域内含氧相对较高，属于好氧区域，在此区域有机物的去除通过微生物的增殖和异化作用实现，即有机物经由同化作用合成为新的原生质和通过胞内酶在好氧条件作用下迅速完成生化反应，把有机物降解为二氧化碳、水等并放出能量。
其中，前者占大部分，所有这些增殖的微生物可以通过对填料的定期更换或者对湿地植物的收割而将其从湿地系统中除去。在远离根系的缺氧区域，有机物通过生物膜被吸附，缺氧微生物通过代谢作用把好氧条件下难降解的有机物降解。而在离根系区更远的厌氧区域，由于缺乏进行以上生化反应的溶解氧条件，因此发生的是厌氧消化过程，在这个过程中通过兼性细菌和厌氧细菌的发酵作用降解有机物，使部分有机物经过一级代谢和二级代谢分解为二氧化碳、硫化氢等所释放的能量供微生物增殖用。有研究表明COD和BOD的去除与各种微生物数量都有明显的相关性。由此可见，微生物的作用是人工湿地废水中有机污染物降解的主要机制。
湿地系统对磷的去除
进入湿地中的磷主要存在于土壤中，土壤对磷的裁留作用主要受土壤理化性质影响，包括土壤孔隙率、pH值、粒度、有机质含量、铁铝氧化物等。一般来说：土壤孔
隙率越大，湿地的容水体积就越大，水体中的磷在湿地内就能受到较长时间的吸附与吸收转化，净化效率也会相时增加。
在酸性和中性pH的条件下，根区跗近的亚硝化细菌和硝化细菌活动会增强，其中硝化作用占主导地位；而在碱性条件下时候，可溶性正磷酸盐的化学沉淀作用就占主导作用，从而影响湿地对磷的去除效率。土壤对磷的储存能力与有机质含量有关，一般来说有机质含量越高，对磷的吸能力越强。可溶性的无机磷化物比较容易与土壤中的三价铝、铁等发生沉淀和吸附反应。湿地对磷的截留作用还与湿地的成因类型有关。
湿地的磷沉积作用是指进水中的可溶性磷酸盐通过物理作用导致磷存储于湿地内部的过程。很多研究表明沉积物或泥煤层是湿地中磷的主要的长期汇，与陆地生态系统相比，湿地并不是磷的长期有效汇。沉积物、枯枝落叶是天然湿地的主要储存磷的场所。湿地系统通常都具有较好的静止沉积条件，在湿地表层具有较松散的枯枝落叶层和沉积物层。但是在进水量剧增(如暴雨期)、在采样与进行植物收割时的人为行走、湿地中动物的活动以及收割后的湿地受强度较高的气流等影响下，湿她中的沉积物可能会再悬浮，进而导致沉积物中磷的释放。天然湿地中的磷积累是泥炭地的起源，积累速度大概每年几毫米。
对重金属的去除
对重金属的去除主要是通过吸附和化学作用来实现的。重金属进入人工湿地系统后，便可以在湿地的基质系统内发生多重反应。进行吸附与解吸、络合与解络、沉淀与溶解的平衡反应。在潜流型或垂直流湿地中，重金属与填料发生化学反应而留在填料中，最后被植物吸收，或在更换填料时被去除。
湿地系统是由固相和液相组成的疏松多孔体系，该体系形成天然的过滤作用。同时也是污水中重金属与基质中各组成部分发牛化学反应的场所。基质系统的固相结构归根结底是由岩石分化形成的大小不同的颗粒组成，由此，湿地的物理化学性质与生成土壤的岩石有关，而其颗粒大小的不同，湿地去除重金属性质也会有所区别。在湿地基质中除矿物质外，还有部分有机质(约占l％～10％)。土壤中含有的胶体颗粒包
括有机胶体，无机胶体、有机无机复舍胶体，因而具有很大的表面积和表面能。有利于吸附作用，在重金属的去除过程中具有很重要的作用。
从运行的情况看，人工湿地基本上都能满足其去除要求，但对于高浓度的重金属废水不应直接进入湿地系统。可以采用预处理的方法使湿地中的金属浓度减低到危险水平以下，同时也可以在湿地系统中种植对重金属具有积累作用的植物。
土壤中微生物，也可通过胞合作用、胞外沉淀作用固定重金属，还可以把重金属转化为低毒状态，但也有的转化为毒性更强的物质。
正如许多金属是生物体生长的重要微量元素，微生物的生长和代谢也需要吸收一些具有特殊生物学功能的微量元素，例如cu是多酚氧化酶的组分并维持酸化酶的功能。
密集的植物种植，其根区交集成复杂的网络系统，可降低进人系统内的污水的流速，有利于污水中不溶于水的悬浮金属物质的沉降及吸附。人工湿地植物对重金属的去除主要通过以下三种途径：
一是植物吸附，利用耐重金属植物根或茎叶部表面的吸附作用来使重金属固定于植物表面，降低土壤中有毒金属的移动，从而减少金属进一步扩散到环境中。植物吸附直接在植物根部表面通过整合离子交换和选择性吸收等物理和化学过程共同作用来实现。且不要求生物活性，因此可以说是植物去除重金属过程中最快的一步
二是植物挥发，将污染物吸收到植物体内，通过植物本身的作用，转化为毒性小的挥发物质，释放到大气中。例如，挥发作用在汞和类金属元索se的去除中起着非常重要的作用。通垃挥发作用去除的S可占到湿地系统中se总量的20％～25％。除此以外，铅等重金属也可以通过植物的作用形成具有挥发性的物质。
三是植物吸收，即利用专性植物根，茎吸收重金属，并将其储存在植物茎叶里，最后通过收割植物茎叶去除，从而减少土壤中的重金属含量。根系吸收的部分金属离子。也可能会输送到其他器官。但总的来说以根部积累为最多。与湿地系统吸附和转化的金属总量相比，植物吸附是很小的一部分。但是，也有另外一项研究显示栽种植物的湿地对污水中的重金属的去除能力高于无植物系统的。
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