不同类型人工湿地在污水脱氮中的研究进展

doi:10.11894/iwt.2018-0670

摘要/Abstract

摘要：

人工湿地脱氮与其类型有着重要联系。不同类型人工湿地的构造、运行方式及复氧能力存在差异，因而脱氮效率有所不同。复合人工湿地的脱氮效率明显优于单一湿地系统。为了克服湿地脱氮中存在的不足，近年来涌现一批新型人工湿地，通过人工增氧、固定化微生物、电化学等新技术优化湿地构造、强化湿地脱氮过程。在总结不同类型人工湿地脱氮特性的基础上，重点分析各类型人工湿地脱氮效率的差异，并对今后的相关研究方向进行展望。

关键词: 人工湿地, 脱氮, 污水处理

Abstract:

Nitrogen removal in constructed wetlands(CWs) is closely related to its type. There remain some differences in construction, running mode and reoxygenation capacity of various CWs, thus nitrogen removal efficiency of various CWs is different. Nitrogen removal efficiency of hybrid CWs was obviously higher than that of single CW. In order to overcome the deficiency of nitrogen removal in CWs, new CWs sprang up recently and novel technology(aeration, immobilized microorganism, electrochemical, et al) was utilized to optimize the structure of CWs and strengthen the nitrogen removal process of CWs. On the basis of summarizing the nitrogen removal characteristics of various CWs, the differences among the nitrogen removal efficiency of various CWs were analyzed emphatically. In addition, the relevant research direction in future was prospected.

Key words: constructed wetland, nitrogen removal, wastewater treatment

中图分类号:

X703

丁怡, 唐海燕, 刘兴坡, 宋新山, 宋智博, 张静, 黄锐, 王宇晖. 不同类型人工湿地在污水脱氮中的研究进展[J]. 工业水处理, 2019, 39(7): 1-3, 9.

Yi Ding, Haiyan Tang, Xingpo Liu, Xinshan Song, Zhibo Song, Jing Zhang, Rui Huang, Yuhui Wang. Research progress in different kinds of constructed wetlands for nitrogen removal from wastewater[J]. Industrial Water Treatment, 2019, 39(7): 1-3, 9.

https://www.iwt.cn/CN/Y2019/V39/I7/1

图/表 1

参考文献 37

1	Zhao Shan , Zhou Nianqing , Liu Xiaoqun . Occurrence and controls on transport and transformation of nitrogen in riparian zones of Dongting Lake, China[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2016, 23 (7): 6483- 6496. doi: 10.1007/s11356-015-5865-9
2	Chen Yi , Wen Yue , Zhou Qi , et al. Effects of plant biomass on nitrogen transformation in subsurface-batch constructed wetlands:A stable isotope and mass balance assessment[J]. Water Research, 2014, 63:158- 167. doi: 10.1016/j.watres.2014.06.015
3	Zhou Xu , Wang Xuezhen , Zhang Hai , et al. Enhanced nitrogen removal of low C/N domestic wastewater using a biochar-amended aerated vertical flow constructed wetland[J]. Bioresource Technology, 2017, 241:269- 275. doi: 10.1016/j.biortech.2017.05.072
4	Vymazal J . Horizontal sub-surface flow and hybrid constructed wetlands systems for wastewater treatment[J]. Ecological Engineering, 2005, 25 (5): 478- 490. doi: 10.1016/j.ecoleng.2005.07.010
5	Ding Yi , Wang Wei , Liu Xingpo , et al. Intensified nitrogen removal of constructed wetland by novel integration of high rate algal pond biotechnology[J]. Bioresource Technology, 2016, 219:757- 761. doi: 10.1016/j.biortech.2016.08.044
6	Ding Yi , Wang Wei , Song Xinshan , et al. Spatial distribution characteristics of environmental parameters and nitrogenous compounds in horizontal subsurface flow constructed wetland treating high nitrogen-content wastewater[J]. Ecological Engineering, 2014, 70:446- 449. doi: 10.1016/j.ecoleng.2014.06.008
7	丁怡, 王玮, 宋新山, 等. 人工湿地在水质净化中的应用及研究进展[J]. 工业水处理, 2017, 37 (3): 6- 10. URL
8	杨婷, 李翠梅, 张燕, 等. 新型多级复合人工湿地的应用与除磷效果[J]. 环境工程学报, 2016, (11): 6235- 6240. doi: 10.12030/j.cjee.201507003
9	Vymazal J . Constructed wetlands for treatment of industrial wastewaters:A review[J]. Ecological Engineering, 2014, 73:724- 751. doi: 10.1016/j.ecoleng.2014.09.034
10	Vymazal J . The use of hybrid constructed wetlands for wastewater treatment with special attention to nitrogen removal:A review of arecent development[J]. Water Research, 2013, 47 (14): 4795- 4811. doi: 10.1016/j.watres.2013.05.029
11	葛媛, 郑于聪, 王怡雯, 等. 复合人工湿地在水处理中的应用进展[J]. 环境科学与技术, 2018, 41:99- 108. URL
12	陶敏, 贺锋, 王敏, 等. 人工湿地强化脱氮研究进展[J]. 工业水处理, 2014, 34 (3): 6- 10. doi: 10.3969/j.issn.1005-829X.2014.03.002
13	丁怡, 王玮, 王宇晖, 等. 水平潜流人工湿地的脱氮机理及其影响因素研究[J]. 工业水处理, 2015, 35 (6): 6- 10. URL
14	龙丽珠, 阮晓红, 赵振华. 组合人工湿地工艺微生物群落结构及脱氮效果研究[J]. 环境污染与防治, 2008, 30 (6): 75- 77. doi: 10.3969/j.issn.1001-3865.2008.06.022
15	李丽, 王全金, 胡常福, 等. 潜流与复合垂直流人工湿地处理村镇生活污水实验[J]. 工业水处理, 2014, 34 (1): 33- 36. URL
16	丁怡, 王玮, 王宇晖, 等. 溶解氧和碳源在人工湿地脱氮中的耦合关系分析[J]. 工业水处理, 2015, 35 (1): 5- 8. URL
17	王玮, 丁怡, 王宇晖, 等. 人工湿地增氧技术在污水脱氮中的应用[J]. 工业水处理, 2014, 34 (8): 1- 5. URL
18	赵晓红, 徐磊, 任柏铭, 等. 铝污泥人工湿地/微生物燃料电池工艺性能初步研究[J]. 中国给水排水, 2015, 31 (17): 137- 141. URL
19	赵欣欣, 孙玲, 董玉玮, 等. 固定化微生物技术及其在污水处理中的应用[J]. 水处理技术, 2015, 41 (7): 17- 20. URL
20	王苏艳, 宋新山, 赵志淼, 等. 亚铁对水平潜流人工湿地反硝化作用的影响[J]. 环境科学学报, 2016, 36 (2): 557- 563. URL
21	郑晓英, 朱星, 王菊, 等. 内电解人工湿地冬季低温尾水强化脱氮机制[J]. 环境科学, 2018, 39 (2): 758- 764. URL
22	何媛, 王宇晖, 宋新山. 电极强化人工湿地处理污水脱氮的效果[J]. 环境工程学报, 2016, 10 (9): 4867- 4872. URL
23	Ilyas H , Masih I . The performance of the intensified constructed wetlands for organic matter and nitrogen removal:A review[J]. Journal of Environmental Management, 2017, 198:372- 383. doi: 10.1016/j.jenvman.2017.04.098
24	熊家晴, 段然, 郑于聪, 等. 不同形式复合人工湿地对污染河水的净化差异研究[J]. 工业水处理, 2017, 37 (10): 27- 30. doi: 10.11894/1005-829x.2017.37(10).027
25	陈莹, 陈永华, 宋胡, 等. 表面流-潜流-潜流串联人工湿地对排入星月水库污水的处理效果[J]. 湿地科学, 2018, 16 (1): 59- 66. URL
26	夏艳阳, 崔理华. 复合垂直流-水平流人工湿地系统除氮效果的影响因素[J]. 环境工程技术学报, 2017, 7 (2): 175- 180. doi: 10.3969/j.issn.1674-991X.2017.02.026
27	张长宽, 倪其军, 杨栋, 等. 低温条件下高效复合人工湿地对尾水的净化效应[J]. 环境工程学报, 2017, 11 (4): 2034- 2040. URL
28	宫志杰, 宋新山, 赵志淼, 等. 微曝气技术在强化人工湿地脱氮中的应用[J]. 环境科学与技术, 2017, 40 (4): 132- 135. URL
29	丁怡, 宋新山, 严登华. 反硝化碳源在人工湿地脱氮中的应用及其研究进展[J]. 环境污染与防治, 2011, 33 (12): 65- 69. doi: 10.3969/j.issn.1001-3865.2011.12.014
30	夏艳阳, 崔理华, 黄小龙. 污水碳源对复合垂直流-水平流人工湿地脱氮效果的影响[J]. 环境工程学报, 2017, 11 (1): 638- 644. URL
31	Ding Yi , Wang Wei , Song Xinshan , et al. Effect of spray aeration on organics and nitrogen removal in vertical subsurface flow constructed wetland[J]. Chemosphere, 2014, 117:502- 505. doi: 10.1016/j.chemosphere.2014.08.084
32	刘亚君, 韩雪, 刘宏, 等. 曝气方式对人工湿地氮去除效果的影响研究[J]. 山东化工, 2017, 46:152- 154. URL
33	Wu Haiming , Fan Jinlin , Zhang Jian , et al. Optimization of organics and nitrogen removal in intermittently aerated vertical flow constructed wetlands:Effects of aeration time and aeration rate[J]. International Biodeterioration & Biodegradation, 2016, 113:139- 145.
34	覃彪, 支银芳, 周华, 等. 微生物燃料电池在脱氮方面的研究进展[J]. 环境科学与技术, 2012, 35 (1): 111- 114. doi: 10.3969/j.issn.1003-6504.2012.01.024
35	Wang Wei , Ding Yi , Wang Yuhui , et al. Intensified nitrogen removal in immobilized nitrifier enhanced constructed wetlands with external carbon addition[J]. Bioresource Technology, 2016, 218:1261- 1265. doi: 10.1016/j.biortech.2016.06.135
36	郑晓英, 朱星, 周翔, 等. 铁炭内电解垂直流人工湿地对污水厂尾水深度脱氮效果[J]. 环境科学, 2017, 38 (6): 2412- 2418. URL
37	汪彩琴, 高心怡, 陈辉, 等. 微电解技术处理难降解工业废水的研究进展[J]. 化工环保, 2016, 36 (5): 477- 481. doi: 10.3969/j.issn.1006-1878.2016.05.001

人工湿地类型	脱氮特性
表面流人工湿地	污水在湿地基质表面漫流，有利于大气复氧，适宜去除好氧的氨氮污染物^〔11〕
垂直流人工湿地	污水从湿地表面垂直流过基质床的底部或从底部垂直向上流向表面，其硝化能力高，可用于处理氨氮含量较高的污水^〔12〕
水平流人工湿地	水平潜流人工湿地的构造决定了其内部整体厌氧的环境，使其具有较好的反硝化脱氮效果，适用于处理硝态氮含量较高的污水^〔13〕
垂直流-水平流复合人工湿地	通过综合垂直流和水平流两类湿地的特点，为湿地内好氧、兼性及厌氧微生物同时参与脱氮提供了适宜的生存环境，使系统具有良好的脱氮效果
表面流-潜流复合人工湿地	以表面流人工湿地作为复合人工湿地中的好氧单元，而潜流人工湿地作为复合人工湿地中的厌氧单元来协同强化复合人工湿地的脱氮效果^〔14〕
复合垂直流人工湿地	复合垂直流人工湿地由下行池和上行池组合而成，利用其特有的水流方式，形成好氧—缺氧—厌氧不断变化的氧化还原环境，形成有效的硝化和反硝化脱氮作用^〔15〕
人工增氧型湿地	利用喷淋进水、铺设曝气管和微曝气等增氧技术提高湿地内氧含量，促进硝化脱氮^〔16-17〕
微生物燃料电池耦合人工湿地	将微生物燃料电池和人工湿地相结合的一种新型水处理工艺，该系统利用电极-微生物-植物形成的复合效应强化对氮素污染物的去除^〔18〕
固定化微生物人工湿地	利用固定化微生物技术提高人工湿地中脱氮微生物的数量和活性，从而强化由微生物主导的硝化和反硝化脱氮过程^〔19〕
铁碳内电解耦合人工湿地	Fe⁰及微电解过程中产生的Fe²⁺，通过较强的供电子能力使硝态氮作为电子受体发生反硝化；铁碳微电场还可刺激湿地内微生物生长，促进氮素污染物降解^〔20-21〕
电极强化人工湿地	将电极生物膜法与人工湿地耦合，形成自养-异养联合反硝化体系，不仅促进脱氮微生物的富集生长，同时强化湿地脱氮效果^〔22〕

人工湿地类型	脱氮特性
表面流人工湿地	污水在湿地基质表面漫流，有利于大气复氧，适宜去除好氧的氨氮污染物^〔11〕
垂直流人工湿地	污水从湿地表面垂直流过基质床的底部或从底部垂直向上流向表面，其硝化能力高，可用于处理氨氮含量较高的污水^〔12〕
水平流人工湿地	水平潜流人工湿地的构造决定了其内部整体厌氧的环境，使其具有较好的反硝化脱氮效果，适用于处理硝态氮含量较高的污水^〔13〕
垂直流-水平流复合人工湿地	通过综合垂直流和水平流两类湿地的特点，为湿地内好氧、兼性及厌氧微生物同时参与脱氮提供了适宜的生存环境，使系统具有良好的脱氮效果
表面流-潜流复合人工湿地	以表面流人工湿地作为复合人工湿地中的好氧单元，而潜流人工湿地作为复合人工湿地中的厌氧单元来协同强化复合人工湿地的脱氮效果^〔14〕
复合垂直流人工湿地	复合垂直流人工湿地由下行池和上行池组合而成，利用其特有的水流方式，形成好氧—缺氧—厌氧不断变化的氧化还原环境，形成有效的硝化和反硝化脱氮作用^〔15〕
人工增氧型湿地	利用喷淋进水、铺设曝气管和微曝气等增氧技术提高湿地内氧含量，促进硝化脱氮^〔16-17〕
微生物燃料电池耦合人工湿地	将微生物燃料电池和人工湿地相结合的一种新型水处理工艺，该系统利用电极-微生物-植物形成的复合效应强化对氮素污染物的去除^〔18〕
固定化微生物人工湿地	利用固定化微生物技术提高人工湿地中脱氮微生物的数量和活性，从而强化由微生物主导的硝化和反硝化脱氮过程^〔19〕
铁碳内电解耦合人工湿地	Fe⁰及微电解过程中产生的Fe²⁺，通过较强的供电子能力使硝态氮作为电子受体发生反硝化；铁碳微电场还可刺激湿地内微生物生长，促进氮素污染物降解^〔20-21〕
电极强化人工湿地	将电极生物膜法与人工湿地耦合，形成自养-异养联合反硝化体系，不仅促进脱氮微生物的富集生长，同时强化湿地脱氮效果^〔22〕

[1]	郭春梅, 张晓玉, 王业腾, 孔繁鑫, 贾建伟, 陈进富, 赵龙. A/O-MBR工艺调试强化炼化废水脱氮除碳及模拟研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 96-103.
[2]	田淑雯, 高心雨, 蔡伟伟, 姚宏, 杨岸明, 田盛. 厌氧氨氧化处理煤气化废水环境与经济影响评价[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 27-35.
[3]	杨雄强, 王浩宇. 污水处理厂低碳运行策略与案例[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 36-45.
[4]	安余梁, 祁峰, 母锐敏, 马桂霞. 微藻除磷机理及其工艺模式的研究进展[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 10-17.
[5]	唐安中, 邸雪梅, 陈佳明. 低碳约束下石化污水污染物溯源分析与过程减排[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 197-202.
[6]	高林利, 何成达, 程琪. 小球藻-好氧污泥耦合颗粒的培养及处理特性研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(9): 160-168.
[7]	徐金兰, 薛淑君, 曹泽壮, 巩丽霞, 曹芬. 富硫废水中稳定生物单质硫效果与机制研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(9): 67-74.
[8]	周文怡, 包云, 王丽蓉, 马红艳, 蒋晨, 李天国. 高校CASS污水站升级改造倒置AAO工艺设计实践[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 192-199.
[9]	陈娟娟, 李伟斌, 黄鸥, 晁伟翔, 张典典, 任南琪, 路璐. 基于降本增效目标的污水处理厂低碳运行调控策略[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 53-60.
[10]	刘诗园, 张婷, 高雅娟, 李晨晨, 杨永宇, 张国伟, 谭骞骞, 靳永胜. 耐高浓度氨氮微生物Y5的脱氮特性及应用研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(7): 162-170.
[11]	贾仲琪, 卫金秋, 宿辉, 刘宪斌. 纳米零价铁耦合高级氧化技术处理废水的研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(7): 9-18.
[12]	谢健强, 张建美, 吕钰楠, 雷抗. 短程反硝化用于污水脱氮的机制、影响因素和工艺研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(7): 19-28.
[13]	罗雪静, 钟溢健, 李金城, 陆祖贤, 王潇潇, 李欣樾. 咖啡果胶水解液作为反硝化碳源的脱氮试验研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(6): 117-126.
[14]	王帆, 方秋月. 聚乙烯亚胺接枝/微球共混改性PVDF膜的制备及其性能研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(6): 165-171.
[15]	王婧, 王宁, 韩严和, 李再兴, 马雪姣, 王楠楠, 姜文斌. 硫基、铁基及硫-铁基自养反硝化技术研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(6): 22-33.

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