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人工濕地作為一種新型生態(tài)污水處理技術(shù)，歷經(jīng)近百年的研究和發(fā)展，在全世界范圍內(nèi)得到越來越廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者已在人工濕地污水處理技術(shù)的理論研究及推廣應(yīng)用方面開展了大量工作，主要集中于人工濕地的去污過程與機(jī)制、環(huán)境功能與效應(yīng)研究等方面。

人工濕地是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，其對污染物的去除是人工濕地各組成部分共同作用的結(jié)果，并受各種因素的影響。目前，人工濕地污水處理技術(shù)的污染物去除過程研究主要集中在人工濕地關(guān)鍵組成因子的作用、人工濕地影響因素及人工濕地效果強(qiáng)化技術(shù)研究等方面。

1人工濕地關(guān)鍵組成因子的作用

（1）濕地植物

濕地植物是一類廣泛分布在江河湖泊等水域中的高等植物。濕地植物作為人工濕地的主要組成部分，在人工濕地水質(zhì)凈化過程中發(fā)揮著重要作用。

①污染物吸收與富集作用

在各種生態(tài)系統(tǒng)中，濕地系統(tǒng)具有最高的初級生產(chǎn)力，其生產(chǎn)力甚至超過最集約的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，例如在自然濕地中香蒲的年產(chǎn)量可達(dá)70t/hm²。由于污水中含有豐富的營養(yǎng)元素，使得人工濕地中的生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然濕地系統(tǒng)。

濕地植物作為人工濕地污水處理系統(tǒng)的主要初級生產(chǎn)者，可吸收利用污水中的氮、憐等營養(yǎng)物質(zhì)，供其生長繁殖。植物可從污水中直接吸收無機(jī)氮、無機(jī)憐，將其合成植物自身蛋白質(zhì)等有機(jī)氮和ATP、DNA、RNA等物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物量，污水中的有機(jī)物在通過植物根區(qū)時被吸收，也可轉(zhuǎn)化或保存在生物量中，最后通過植物的收割而除去。研究發(fā)現(xiàn)，種植濕地植物的人工濕地系統(tǒng)中基質(zhì)氮、磷含量分別比無植物系統(tǒng)基質(zhì)含量低18%~28%和20%~31%，可見植物吸收利用了污水中部分的氮、磷物質(zhì)。不同季節(jié)植物的生長代謝活動不同，因而植物吸收和利用氮、憐等物質(zhì)的能力存在著顯著差異。有研究者構(gòu)建表面流人工濕地研究了一個生長周期內(nèi)濕地植物氮、磷吸收能力，結(jié)果表明，植物同化吸收氮、碟的能力分別為8.46~30.98g/m²和0.46~2.13g/m²，且在不同生長期內(nèi)，各植物的氮、憐富集能力不同。植物體不同的部位其吸收能力亦不相同。研究表明，氮元素在植物體各部分中的含量變化為葉>凋落物>地上莖>地下莖>根，磷元素為葉>凋落物>根>地上莖>地下莖；即氮、磷主要積累在植物的地上部，所以通過對植物地上部分的收割就可有效地從污水中去除氮、磷物質(zhì)。蔣躍平等研究發(fā)現(xiàn)，人工濕地處理輕度富營養(yǎng)化水時，植物吸收對氮、磷去除的貢獻(xiàn)率分別為46.8%和51%，同時，Wu等在應(yīng)用人工濕地處理污染河水的試驗中，發(fā)現(xiàn)植物吸收分別占進(jìn)水氮、磷負(fù)荷的8.40~34.33%~和4.81~22.33%；而其他研究試驗表明，通過植物收割去除的氮、磷占人工濕地總?cè)コ坎怀^20%。可見，植物在人工濕地去除污染物中的貢獻(xiàn)隨著植物生長期、水力負(fù)荷及進(jìn)水污染物種類和濃度等條件的不同而有所差異。

此外，人工濕地在處理工業(yè)、采礦廢水時，植物還能吸附、富集一些有毒有害物質(zhì)，如某些重金屬（Pb、Cd、Hg、As等），其吸收積累能力為：沉水植物>漂浮植物>挺水植物，不同部位富集作用也不同，一般為：根>莖>葉。

②泌氧與輸氧作用

氧是人工濕地中污染物質(zhì)生物地球化學(xué)循環(huán)過程的關(guān)鍵因子之一，尤其在人工濕地去除有機(jī)物NH₄⁺-N、NO₃-N、NO₂-N等方面直接或間接地發(fā)揮重要作用。濕地系統(tǒng)中的氧氣主要來于大氣復(fù)氧和植物輸氧與泌氧。一方面，濕地植物可通過自身發(fā)達(dá)的通氣組織將大氣中的氧氣輸送到濕地系統(tǒng)，另外，濕地植物還能將光合作用生成的氧氣輸送至植物根系，繼而向植物根區(qū)泌氧。有研究表明，濕地植物的泌氧、輸氧速率遠(yuǎn)大于大氣復(fù)氧速率，但其泌氧、輸氧功能對人工濕地中污染物降解過程的貢獻(xiàn)仍存在爭議。

國內(nèi)外學(xué)者已對濕地植物的氧氣輸導(dǎo)代謝作了較多的研究，包括對植物泌氧、傳輸機(jī)制、規(guī)律及影響因素等做了不同程度的探討，同時，從形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)、植物生理生態(tài)等微觀水平上，對濕地植物泌氧能力及其與污染物去除的關(guān)系開展了相關(guān)研究。

③根系分泌物

濕地植物是人工濕地的核心部分，其根系可分泌各種對根際微生物有益的酶、氨基酸、植物生長調(diào)節(jié)劑等物質(zhì)，為根際微生物提供營養(yǎng)和能源，促進(jìn)其聚集和繁殖，進(jìn)而對人工濕地系統(tǒng)污染物去除過程產(chǎn)生影響。

植物根系分泌物是在一定的生長條件下，活的且未被擾動的根釋放到根際環(huán)境中的有機(jī)物的總稱。根分泌物種類繁多，數(shù)量各異，不僅有低分子有機(jī)化合物、高分子粘膠物質(zhì)、細(xì)胞或組織脫落物溶解產(chǎn)物等有機(jī)物質(zhì)，還有質(zhì)子、無機(jī)離子及一些不知名的代謝物。

④為微生物提供適宜生境

人工濕地中微生物的種類和數(shù)量極其豐富，是人工濕地中另一重要組成部分。人工濕地植物發(fā)達(dá)的根系通常形成一個網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了可供微生物吸附著生的表面積，此外，濕地植物泌氧作用及其根系分泌物為人工濕地系統(tǒng)微生物提供了適宜的環(huán)境，促進(jìn)與污染物去除相關(guān)的微生物的生長和繁殖。

⑤保溫作用

人工濕地的水質(zhì)凈化作用主要是通過微生物來完成的，而溫度對微生物的生長繁殖以及活性都有顯著影響。在冬季寒冷季節(jié)，氣溫較低，濕地植物枯黃，但致密的植物覆蓋在濕地系統(tǒng)表層，可以起到保溫作用，減緩系統(tǒng)去污效率的下降。有研究表明在冬季采用該保溫方法可有效提高系統(tǒng)去污效果。