【正文】 …….174統(tǒng)計(jì)分析方法……………………………………………………………………………….….185人工濕地污染物去除總量計(jì)算方法………………………………………………………..…18第三章 人工濕地植物篩選……………………………………………………….191植物床初步篩選……………………………………………………………………………..…19…………………………………………………………………..….19…………………………………………………………………………...212盆栽微系統(tǒng)測(cè)試………………………………………………………………………………..26………………………………………………………………………………...26…………………………………………………………………...26…………………………………………………………………………………………...28第四章 植物在人工濕地中的作用…………………………………………….…291植物生長(zhǎng)過程中人工濕地污水凈化效果……………………………………………………..29…………………………………………………………………………...29…………………………………………………………………...292植物系統(tǒng)與無植物系統(tǒng)之比較………………………………………………………………..303植物氮磷含量及其積累量……………………………………………………………………..324植物與工程板結(jié)和堵塞的關(guān)系………………………………………………………………..335石巖河人工濕地植物管理……………………………………………………………………..336小結(jié)……………………………………………………………………………………………..34第五章 多植物配置復(fù)合人工濕地污水處理效果……………………………….351植物床中植物生長(zhǎng)狀況………………………………………………………………………..352溫度、溶解氧和pH變化…………………………………………………………..…………353主要污染物的去除效果………………………………………………………………………..374污水凈化晝夜變化規(guī)律………………………………………………………………………..38 溫度、溶解氧和pH變化…………………………………………………………..………38 主要污染物的去除效果…………………………………………………………………....395小結(jié)………………………………………………………………………………...41結(jié)論…………………………………………………………………………………..42參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………..……44碩士期間論文撰寫及專利申請(qǐng)情況………………………………………………..51致謝…………………………………………………………………………………..52聲明………………………………………………………………………………..…53前 言 人工濕地是通過模擬自然濕地的結(jié)構(gòu)和功能，選擇一定的地理位置與地形，根據(jù)人們的需要人為設(shè)計(jì)與建造的濕地（夏漢平，2002）。進(jìn)入系統(tǒng)的污染物在各組成成分共同作用下(Reddy et al., 1989；Moorhead amp。人工濕地良好的除污效果，以及操作簡(jiǎn)單方便、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，使它在全世界得到了廣泛運(yùn)用（夏漢平，2002；梁繼東等，2003）。植物是人工濕地的重要組成部分，在系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用，主要表現(xiàn)在植物根系向基質(zhì)中釋放氧氣，植物根系固定植物床，改變水力傳導(dǎo)能力，創(chuàng)造生物共生條件，根系分泌物殺滅病原菌以及植物的景觀美學(xué)作用等方面（夏漢平，2002；Brix, 1997）。目前，有關(guān)人工濕地植物的研究涵蓋了植物生態(tài)、植物生理、組織結(jié)構(gòu)及分子生物學(xué)和基因工程等多個(gè)領(lǐng)域（Schwitzgu233。 Beverly et al，2005。但在已有研究和應(yīng)用中，大量的報(bào)道仍集中在對(duì)人工濕地植物機(jī)理的研究上，對(duì)現(xiàn)實(shí)工程技術(shù)上的研究報(bào)道較少。在人工濕地的推廣應(yīng)用過程中，出現(xiàn)了許多殛待解決的問題，例如植物物種篩選和配置、工程表面板結(jié)、植物收割管理等問題。土壤系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的一種工藝，按不同的水流方式，土壤系統(tǒng)又有水平表面流系統(tǒng)、水平潛流系統(tǒng)和垂直流系統(tǒng)三種形式。另外，實(shí)際運(yùn)行過程中，人工濕地可根據(jù)處理規(guī)模的大小進(jìn)行多種方式的組合,一般有單一式、并聯(lián)式、串聯(lián)式和綜合式等,也有工程將人工濕地工藝與氧化塘等進(jìn)行串聯(lián)組合。通過研究，試圖探索一套行之有效的人工濕地植物篩選、配置和管理的方法，為人工濕地污水處理技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐參考。 Halweil，1998。目前，污水處理方法有物理方法、化學(xué)方法、生物方法及結(jié)合幾種方法優(yōu)勢(shì)的綜合方法（《環(huán)境科學(xué)大詞典》編輯委員會(huì)，1991）。由于相對(duì)其它各種生物處理方法，人工濕地具有建設(shè)運(yùn)行成本低、操作簡(jiǎn)便、易于維護(hù)、處理效果好、可緩沖水力和污染負(fù)荷的沖擊和景觀觀賞性等特點(diǎn)，該方法在全世界得到廣泛應(yīng)用（梁繼東等，2003）。人工濕地是人類根據(jù)按特定目的，模擬自然濕地，設(shè)計(jì)建造的對(duì)人工生態(tài)系統(tǒng)，其類型主要有：1）人工生境濕地以協(xié)助天然濕地用于生物多樣性保護(hù)；2）人工抗洪濕地以用于控制洪水或泄洪3）人工水產(chǎn)濕地以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)于水產(chǎn)養(yǎng)殖4）人工處理濕地以用于污水污物處理（夏漢平，2002）。人工濕地凈化污水始于1953年，那時(shí)德國(guó)的Max Planck研究所的Seidel博士在研究中發(fā)現(xiàn)蘆葦能有效去除有機(jī)和無機(jī)污染物。20世紀(jì)80年代末和90年代初在英美相繼召開了人工濕地研討會(huì)，提出了許多有關(guān)污水凈化機(jī)理和處理系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)規(guī)范及數(shù)據(jù)。我國(guó)應(yīng)用人工濕地處理污水開始較晚，（張毅敏和張永春，1998）。而后又在深圳白泥坑、洪湖公園、成都活水公園等建成了一些人工濕地示范工程（王慶安等，2001）。人工濕地組成及其去污機(jī)理如圖1所示。 Moorhead amp?；|(zhì)一般由1mm至10mm不等的沙粒和礫石組成（吳振斌等，2002），沙粒和礫石的粒徑按植物生長(zhǎng)和布水需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。植物是人工濕地區(qū)別于其它污水處理方法的重要特征，它的作用主要表現(xiàn)為六個(gè)方面，包括固定植物床作用、影響水力傳導(dǎo)能力、提供污染物氧化需要的部分氧氣、吸收污水中的污染物、提供微生物等生存載體及景觀美學(xué)等（Brix, 1997）。微生物在人工濕地處理污染物過程中起到核心作用，它將各種污染物質(zhì)降解、轉(zhuǎn)化或礦化。廢水在床體的表面、基質(zhì)縫隙和植物根系間流動(dòng)時(shí),固體物被阻攔截留下來，被微生物和其它微小生物去除，污水中可溶性有機(jī)物則通過生物膜的吸附,同化及異化作用而得以去除。圖1人工濕地根區(qū)的相互作用 The interaction processes in the rhizome of constructed wetland人工濕地利用污水、植物和土壤的自然組合優(yōu)化來處理污水（Wissing，1995），這過程中形成了許多的系統(tǒng)模式，主要說來有三種（圖2）：水體系統(tǒng)，系統(tǒng)中沒有象池塘和溝渠土壤中長(zhǎng)有沉水植物可起到過濾作用（Xu et al., 1999）；水生植物系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由幾個(gè)栽種有生長(zhǎng)迅速的沼生植物的活性土壤過濾器組成，污染物轉(zhuǎn)移主要由水生植物、沼生植物和微生物完成；土壤系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)有填料，上面栽有植物，形成半濕生狀態(tài)，通過植物的吸收、土壤的過濾和吸附及微生物的降解來處理污水。表1 不同生長(zhǎng)型植物人工濕地特點(diǎn)Table 1 The characters of constructed wetland with different style plants人工濕地種類特　　　點(diǎn)浮水大型植物系統(tǒng)以浮水植物為主，植物繁殖能力強(qiáng),可通過光合作用由根系向水體放氧,可通過植物吸收有效去除N、P及重金屬等污染物，浮水植物目前主要用于N 和P 的去除和提高穩(wěn)定塘的效率。沉水植物系統(tǒng)以沉水植物為主，該系統(tǒng)還處于試驗(yàn)階段，主要用于初級(jí)處理與二級(jí)處理后的精處理。三種系統(tǒng)的特點(diǎn)見于表1。階梯進(jìn)水可避免處理床前部堵塞,使植物長(zhǎng)勢(shì)均勻,有利于后部的硝化脫氮作用；回流式可對(duì)進(jìn)水進(jìn)行一定的稀釋，增加水中的溶解氧并減少出水中可能出現(xiàn)的臭味。綜合式則一方面設(shè)置出水回流,另一方面還將進(jìn)水分布至填料床的中部,以減輕填料床前端的負(fù)荷。在實(shí)際應(yīng)用中,也有工程將人工濕地工藝與氧化塘等進(jìn)行串聯(lián)組合（曹向東等，2000）。 D, Vertical flow wetland.圖3 人工濕地的基本流程 b. 回流式 c. 階梯進(jìn)水式 d. 綜合式 The elementary flow in constructed wetlanda. Pulsive b. Circumfluent d. Compositive圖4 人工濕地的不同組合方式a. 單一式 b. 串聯(lián)式 c. 并聯(lián)式 d. 綜合式 Different binations of constructed wetlanda. Sigle b. Serieswound c. Shuntwound d. Compositive另外，在技術(shù)上，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)和外部設(shè)備還有許多不同的技術(shù)工藝（Cooper, 1998）。不同的系統(tǒng)，其特征不同，處理能力也不一樣，因此在應(yīng)用中往往根據(jù)實(shí)際需要選擇具體的人工濕地類型或工藝（Vymazal amp。表2是人工濕地不同工藝類型污水處理效果之間的比較（Mclatchey amp。 Verhoeven amp。 俞孔堅(jiān)等，2001；籍國(guó)東等，2002；梁繼東等，2003）。潛流濕地污水從一端水平流過填料床，其由一個(gè)或多個(gè)填料床組成，床體填充基質(zhì),床底設(shè)防水層。垂直流濕地污水從濕地表面縱向流入填料床底,床體處于不飽和狀態(tài)，O2 通過大氣擴(kuò)散與植物根傳輸進(jìn)入濕地，硝化能力強(qiáng)，適于處理氨氮含量高的污水，但處理有機(jī)物能力欠佳，控制復(fù)雜，落干/ 淹水時(shí)間長(zhǎng)，夏季易孳生蚊蠅。但是，在它的建設(shè)運(yùn)行中，也有較大不足: 占地面積大，無法在城市特別是大城市推廣應(yīng)用；由于受較多條件影響，運(yùn)行參數(shù)無法精確設(shè)計(jì)；生物和水力復(fù)雜性及對(duì)重要工藝動(dòng)力學(xué)理解的缺乏；處理過后，殘留物難以排除，易造成系統(tǒng)飽和，甚至板結(jié)堵塞等現(xiàn)象；易受病蟲害影響等。第一，根據(jù)人工濕地所處位置的地理氣候條件、濕地的規(guī)模、負(fù)荷率、幾何布置、植物種類構(gòu)成、廢水的類型及主要要去除污染物等的不同，選擇合適的人工濕地類型、工藝和植物組合等。目前，美國(guó)EPA已著手這方面的研究（白曉慧等，1999；US EPA，2000）。第四，將一些傳統(tǒng)處理技術(shù)的理論，如回流等引入人工濕地工藝中來，改良和優(yōu)化工程設(shè)計(jì)參數(shù)，研制高效人工濕地。目前廣泛應(yīng)用的人工濕地基質(zhì)以沙粒、沙土、土壤、石塊為主，基質(zhì)的選擇以其水力傳導(dǎo)能力、吸附能力和化學(xué)特性原則進(jìn)行。研究發(fā)現(xiàn)加入人工濕地系統(tǒng)中的磷70%～80%通過沉淀或吸附作用存留在基質(zhì)中，基質(zhì)對(duì)無機(jī)磷的去除作用因填料不同而存在差異,若土壤中含有較多的鐵、鋁氧化物,有利于生成溶解度很低的磷酸鐵或磷酸鋁,使土壤固磷作用大大增加；若以礫石為填料的濕地,礫石中的鈣可以生成不溶性磷酸鈣而在廢水中沉淀（薛玉等，2003）。如何選擇合適的基質(zhì)類型對(duì)去除污水中的磷顯得十分重要。人工濕地中微生物的種類和數(shù)量是極其豐富的,這為人工濕地污水處理系統(tǒng)提供了足夠的分解者。研究證實(shí)污水中BOD 和COD 的去除率與微生物數(shù)目明顯相關(guān)；污水中NH3N 的去除率與根區(qū)的硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)茵數(shù)量相關(guān)性極顯著。針對(duì)植物在人工濕地中的作用，人工濕地植物的研究概括起來表現(xiàn)在植物吸收、吸附和富集的研究、植物輸氧的研究和植物水力傳輸?shù)难芯咳矫妫ǔ伤降龋?002 ）。植物通過攝取同化、吸附富集等途徑去除油類、有機(jī)物和重金屬等污染物（楊昌鳳等，1991；Ellis et al., 1994），在富營(yíng)養(yǎng)化水體中，植物對(duì)藻毒素也有一定的去除作用（吳振斌等，2000）。植物的吸收、吸附和富集作用與植株的生長(zhǎng)狀況和根系發(fā)達(dá)程度密切相關(guān),因而不同植物構(gòu)成的人工濕地凈化污水效果存在著差異。濕地環(huán)境是一種嚴(yán)酷的逆境，對(duì)于污水處理人工濕地來說，由于污染物降解消耗大量氧氣，常常導(dǎo)致基質(zhì)缺氧。人工濕地中植物能將光合作用產(chǎn)生的氧氣通過氣道輸送至根區(qū),在植物根區(qū)的還原態(tài)介質(zhì)中形成氧化態(tài)的微環(huán)境（Fennessy et al.，1994）。基質(zhì)中氧化還原電位明顯地高于無植物區(qū)域基質(zhì)，間隙水中的總鐵、總錳含量下降（Dunbabin et al.，1988），這也使微生物在人工濕地中更好的向縱深的擴(kuò)展（成水平和夏宜琤，1997）。 Brix, 1987)。而種有水燭和燈心草的人工濕地滲慮性能好,污水能很快地滲入介質(zhì)。人工濕地系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家已被用來處理各類不潔的水體,包括家畜與家禽的糞水（Knight et al., 2000。 Mays amp。 Gillespie et al., 2000）、農(nóng)業(yè)廢水（Rivera et al., 1997。 Trautmann et al., 1989）、城市暴雨徑流或生活污水（Thurston, 1999。 Reddy, 1994。 Horne, 2000）等。主要表現(xiàn)在濕地本質(zhì)及其復(fù)雜的生態(tài)學(xué)過程、每種養(yǎng)分、金屬元素與有機(jī)化合物的去除過程與機(jī)理,包括物理、化學(xué)與生物學(xué)過程、有機(jī)物、無機(jī)化合物和金屬離子在濕地系統(tǒng)內(nèi)的相互作用及其對(duì)植物、微生物和土壤的影響、根際微生態(tài)系統(tǒng)的綜合作用及OpH和Eh對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的綜合影響等（夏漢平，2002）。 Campbell amp。植物種類選擇：選擇合適的植物種類,特別是通過試驗(yàn)觀測(cè),從當(dāng)?shù)氐奶烊粷竦刂羞x擇抗污力強(qiáng)、凈化效果好的物種是一項(xiàng)優(yōu)先考慮的工作。開發(fā)合適的工藝：根據(jù)人工濕地所處位置的地理氣候條件、濕地的規(guī)模、負(fù)荷率、幾何布置、植物種類構(gòu)成、廢水的類型及主要污染物類型等的不同，選擇合適的人工濕地類型、工藝和植物組合等。 Smith, 1987。 Kivaisi, 2001）。不良?xì)馕吨饕獊碜砸莩龅腘HH2S以及N和S的各種揮