葛秋易+梁冬梅+肖尊東

摘要： 植物-基質(zhì)-微生物三者之間的協(xié)同作用是人工濕地去除污染物的主要機(jī)理，其中基質(zhì)是系統(tǒng)中重要的組成部分。通過歸納基質(zhì)在濕地處理過程中遇到的問題，結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的解決方案，對(duì)各類影響基質(zhì)作用的因素進(jìn)行分析，最終提出多樣化的級(jí)配方式和針對(duì)性生態(tài)床體組合，為今后構(gòu)建人工濕地、優(yōu)化處理效率提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 人工濕地；植物-基質(zhì)-微生物；協(xié)同作用；優(yōu)化；處理效率；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)： X52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）22-0005-04

人工處理濕地別稱工程濕地或者人工濕地，是一種利用自然環(huán)境中的植被、土壤及其相關(guān)的微生物組合協(xié)助處理污水或其他類型水體的技術(shù)[1]。一個(gè)經(jīng)過合理設(shè)計(jì)的人工濕地通常由水體、基質(zhì)和維管束植物組成，另外還包括一些其他的重要組成部分，比如微生物群落和自然生長(zhǎng)的水生無脊椎動(dòng)物[2]。水中的碎屑、膠體、絮狀物等懸浮顆粒直接被基質(zhì)層攔截過濾，同時(shí)基質(zhì)也為植物的生長(zhǎng)、微生物的著床提供適宜的場(chǎng)所[3]。無論是植物的凈化，還是微生物的吸附降解都須要將基質(zhì)作為媒介，基質(zhì)在協(xié)調(diào)濕地各組分之間的關(guān)系中發(fā)揮著重要的作用。但是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作過程中，基質(zhì)會(huì)發(fā)生堵塞、變性、吸附能力飽和等現(xiàn)象，它們不僅影響到濕地系統(tǒng)的水力負(fù)荷，也會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的壽命以及長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至使?jié)竦叵到y(tǒng)喪失功能[4]。本文對(duì)濕地運(yùn)行過程中的問題進(jìn)行分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究的方法和技術(shù)優(yōu)化基質(zhì)，為人工濕地的構(gòu)建以及運(yùn)維提供一定的依據(jù)。

1 基質(zhì)理化性質(zhì)

1.1 基質(zhì)種類的選擇

基質(zhì)是人工濕地系統(tǒng)中不可或缺的部分，它與濕地表層土壤結(jié)合，為植物根系的生長(zhǎng)提供良好的棲息場(chǎng)所，Pagano 等證明植物根系可以通過釋放氧氣改變根系周圍環(huán)境的氧化還原狀態(tài)，從而改變根系周圍的生化循環(huán)過程，根區(qū)附近與深層水體中的微生物和某些化學(xué)物質(zhì)通過氧化還原反應(yīng)附著在基質(zhì)表面形成生物膜，這種現(xiàn)象成為基質(zhì)化學(xué)除污的主要原理[5]。通常會(huì)選擇孔隙率、比表面積較大且含水率較高的基質(zhì)。因?yàn)榭紫堵蚀蟮奶盍蟽?chǔ)水性能較好，濕地運(yùn)行期間填料基本被水浸沒，缺氧條件下有利于反硝化細(xì)菌脫氮作用；同樣，較大的比表面積也有利于氧氣的流通，可以為附著在植物根系以及水面上方基質(zhì)表面的硝化細(xì)菌提供充足的氧氣進(jìn)行硝化作用[6]。劉霄等對(duì)比了不同條件下礫石、頁(yè)巖、陶粒對(duì)磷的吸附能力，采用Freundlich模型和Langmuir模型進(jìn)行擬合，結(jié)果顯示頁(yè)巖和陶粒因其各自的架狀結(jié)構(gòu)和蜂窩型內(nèi)腔對(duì)水中的磷元素有著極佳的吸附效果[7]。Drizo等均使用沸石作為基質(zhì)，利用其空疏的骨架結(jié)構(gòu)，使得水分子和部分陽(yáng)離子能夠自由地移動(dòng)和出入內(nèi)部孔道，有效地去除污水中的氮和磷[8-9]。肖曉存等分別用粉煤灰與蘆葦、風(fēng)車草組成垂直流人工濕地，粉煤渣良好的細(xì)度使得吸水率可以達(dá)到89%～130%，結(jié)果表明，2種組合型濕地對(duì)化糞池出水的總磷去除率達(dá)到79.1%～89.7%、75%～92%[10]。

簡(jiǎn)單的物理特性是濕地基質(zhì)攔截去污機(jī)理的第1步，多數(shù)試驗(yàn)證明，利用基質(zhì)孔隙、比表面積等特征，結(jié)合土壤表層對(duì)污染物的削減，不僅可以直接過濾掉水中顆粒物、膠體、絮狀物，還能間接為微生物的附著以及代謝過程中氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送提供便利。實(shí)際應(yīng)用時(shí)選擇初始孔隙率在 35%～65%，比表面積在1 000 m2/g以上，例如市面上廉價(jià)易得的沸石、粗沙、蛭石、陶粒、活性炭便可以有效地去除大多數(shù)污染物質(zhì)。由于本身的化學(xué)性質(zhì)，大多數(shù)基質(zhì)都含有Ca2+、Fe3+、Al3+等金屬離子，因此針對(duì)不同類型的污水，選擇含有相應(yīng)元素的基質(zhì)可以有效提高污染物的去除效率。鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，它含有的游離態(tài)氧化鈣、膠體氧化鐵、硅酸鹽、氧化鋁等物質(zhì)對(duì)污水中磷元素的吸附容量較高[11]。鋼渣、爐渣、頁(yè)巖由于物質(zhì)本身含有的金屬離子與水中的磷發(fā)生置換反應(yīng)沉淀，良好條件下除磷率可達(dá)到80%。Blanco等收集大量的轉(zhuǎn)爐鋼渣作為人工濕地基質(zhì)進(jìn)行基質(zhì)柱試驗(yàn)，磷酸鹽的去除率高達(dá)84%～99%[12]。陜西省鳳縣永生村濕地示范工程首次選取自來水廠副產(chǎn)品脫水污泥作為基質(zhì)，變廢為寶，大大提高了當(dāng)?shù)厣钗鬯辛椎娜コ蔥13]。但是這些工業(yè)副產(chǎn)物不適合植物生長(zhǎng)，所以在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中可以在表層覆蓋一些天然物質(zhì)如濕土、紅泥、木炭、沙石。北京市近郊某濕地在保證植物正常生長(zhǎng)的條件下強(qiáng)化脫氮除磷的能力，濕地前段填充礫石-沸石-木炭，中后段填充礫石-木炭，上升流濕地后半段填充礫石-高爐渣組成多介質(zhì)層，該設(shè)計(jì)濕地的出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)[14]?；粲澜艿乳_展了一系列不同條件下沸石吸附銨態(tài)氮的試驗(yàn)，蛭石和沸石中SiO2、Al2O3對(duì)銨態(tài)氮具有很好的離子選擇交換和再生能力，同時(shí)其晶體內(nèi)部的硅氧、鋁氧架構(gòu)為脫氮細(xì)菌提供良好的富集，其中1 kg沸石對(duì)銨態(tài)氮的吸附量能夠達(dá)到5 g以上[15]。Bai等研究了利用飲用水殘?jiān)鳛槿斯竦鼗|(zhì)的可行性，結(jié)果表明，這種新型基質(zhì)對(duì)總氮、總磷的去除率分別為98%、76%[16]。泥炭經(jīng)常用于處理大腸桿菌、五日生化需氧量（BOD5）較高的醫(yī)藥廢水。活性炭、某些粗纖維的農(nóng)業(yè)廢棄物、殼聚糖、膨潤(rùn)土對(duì)電鍍、冶金化工行業(yè)廢水中殘留的Cr、Hg、Pb等重金屬元素的吸附率均大于70%。史明明等將膨潤(rùn)土和硅藻土作為吸附劑，發(fā)現(xiàn)其對(duì)廢水中重金屬離子Zn2+、Pb2+、Cd2+的去除率能達(dá)到80%以上[17]。粉煤灰因其顆粒表面存在的不飽和化學(xué)鍵對(duì)水中的F-、Cl-、苯酚、油類物質(zhì)有特殊的吸附性。Matheswaran等運(yùn)用粉煤灰處理堿性R染料，通過控制吸附劑用量、降低染料初始濃度、調(diào)節(jié)溫度與pH值等參數(shù)，運(yùn)用吸附動(dòng)力學(xué)和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型計(jì)算出最佳反應(yīng)條件以治理有色廢水[18]。在處理不同類型污染物的污水時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合基質(zhì)特殊的理化性質(zhì)，篩選出對(duì)應(yīng)的基質(zhì)，特別是在濕地現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)就地取材，這樣既能節(jié)約成本，又能減少對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)平衡的破壞。endprint

1.2 改性基質(zhì)的開發(fā)

長(zhǎng)久以來，多數(shù)傳統(tǒng)基質(zhì)由于其固定化、低效率、易耗損等缺點(diǎn)嚴(yán)重影響了人工濕地的壽命，限制了濕地的創(chuàng)新推廣。因此，新型高效改性、適應(yīng)性強(qiáng)且價(jià)廉的材料被廣泛應(yīng)用于濕地水處理領(lǐng)域。呂建波等在前期研究的基礎(chǔ)上利用 FeCl3·6H2O 和NaOH與石英砂攪拌混合，制備出新型鐵改性砂濾料，并研究了它的吸附性能和動(dòng)態(tài)過濾再生循環(huán)能力，表明改性砂具有良好的PO43-吸附能力和再生能力[19]。Yin等對(duì)3種不同粒徑含鈣豐富的凹凸棒石進(jìn)行熱處理，構(gòu)建基質(zhì)柱模擬湖泊水體中磷的去除，進(jìn)而替代人工濕地中吸附飽和的水煤漿基板。結(jié)果顯示，控制水力停留時(shí)間為8 h，水中磷的去除率為93.1%～95.4%，證明經(jīng)熱改性的凹凸棒石可作為合適的人工濕地除磷基質(zhì)[20]。Lukasik等用氫氧化鐵、氫氧化鋁對(duì)砂石柱改性修復(fù)水體污染，為期1個(gè)月的測(cè)試后水中的大腸桿菌、脊髓灰質(zhì)炎病毒、大腸噬菌體MS-2的去除率都在99%以上，可以用作醫(yī)療廢水的去除[21]。張翔凌等將9種不同類型的金屬化合物兩兩組合在堿性條件下采用水熱-共沉淀法生成層狀雙金屬氫氧化物對(duì)無煙煤進(jìn)行覆膜改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性過后的基質(zhì)對(duì)化學(xué)需氧量（COD）、總磷、氨態(tài)氮的凈化效果均有顯著提升[22]。

總的來看，常用的酸堿溶液處理的主要機(jī)理是對(duì)基質(zhì)表面的官能團(tuán)進(jìn)行改性，高溫炭化工藝可以調(diào)整孔隙結(jié)構(gòu)、密集程度，另外負(fù)載一些金屬氧化物用于修飾基質(zhì)表面的生化活性，如果具備足夠的條件，可以采取電化學(xué)、光催化、微波和納米技術(shù)改性，在實(shí)際應(yīng)用過程中，針對(duì)大量的基質(zhì)盡量選取操作簡(jiǎn)單、成本較低的改性方法，進(jìn)一步增強(qiáng)基質(zhì)的性能。

1.3 基質(zhì)再生

隨著人工濕地長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，基質(zhì)對(duì)污染物的吸附會(huì)逐漸趨于飽和，如不及時(shí)處理，飽和基質(zhì)不僅會(huì)降低處理效率，其內(nèi)部吸附的磷酸鹽、硝酸鹽也會(huì)被釋放出來，對(duì)植物和水體造成二次污染。Vohla等調(diào)查了大量人工濕地中飽和的基質(zhì)，通過比較分析發(fā)現(xiàn)只有蛋白石、脫水油頁(yè)巖渣、多孔濾石的回收適用性較高，絕大多數(shù)基質(zhì)須要通過特殊的方法達(dá)到再生目的。基質(zhì)再生技術(shù)主要通過離子交換將基質(zhì)中所吸附污染物的點(diǎn)位釋放出來或者增加吸附點(diǎn)位，既延長(zhǎng)基質(zhì)功效時(shí)間，又循環(huán)利用，從而避免了繁瑣的更換回收步驟[23]。基質(zhì)再生主要分為物理、化學(xué)、生物3種方法，其中化學(xué)方法是通過投加高劑量再生劑，加快基質(zhì)表面離子的交換速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基質(zhì)吸附容量的快速恢復(fù)[24]；物理方法是通過制孔、風(fēng)干、粉碎、攪拌等方法改變基質(zhì)理化性狀，增加吸附位點(diǎn)；生物方法是利用植物和水體將吸附的物質(zhì)作為微生物生長(zhǎng)的介質(zhì)，依靠微生物的同化、循環(huán)實(shí)現(xiàn)再生[25]。崔理華等利用鹽酸和硫酸對(duì)飽和高爐渣、沙、煤灰渣再生進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，2種酸對(duì)3種基質(zhì)的釋磷效果均大于80%[26]。Pratt 等評(píng)價(jià)了活性渣濾技術(shù)中風(fēng)干、攪拌和粉碎等物理技術(shù)再生磷飽和熔爐渣的可行性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)粉碎的渣質(zhì)再生效果最好[27]。Rosenquist等也通過摻加生鐵屑對(duì)人工濕地土壤基質(zhì)層吸附的磷修復(fù)回收[28]。付融冰等采用曝氣、根系復(fù)氧以及菌群培養(yǎng)的方法對(duì)銨吸附飽和的天然斜發(fā)沸石和沙質(zhì)土壤生物再生，最終沸石的交換容量恢復(fù)到原先的94.6%～94.8%[29]。

多數(shù)研究表明，酸堿溶液對(duì)礦物類飽和基質(zhì)的氮磷解吸率超過50%，其中酸液的解吸性能更是達(dá)到80%以上，但是經(jīng)酸堿處理過后內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆變化，浸提后的基質(zhì)對(duì)污染物的吸附效果大大降低，難以回用。實(shí)際應(yīng)用中不推薦使用強(qiáng)酸堿、強(qiáng)氧化性的工業(yè)再生劑，因?yàn)槠鋵?duì)基質(zhì)以及濕地植物的破壞性較大。對(duì)于規(guī)模較大的濕地，物理再生方法實(shí)施難度較大，采用投加蚯蚓聯(lián)合微生物菌劑（異養(yǎng)菌、硝化細(xì)菌）、EM 菌液等生物法增強(qiáng)基質(zhì)中硝化物質(zhì)再生能力，并且采取生物再生法可以獲得良好的生態(tài)價(jià)值，增強(qiáng)濕地系統(tǒng)的可持續(xù)能力。

2 基質(zhì)組合與級(jí)配

基質(zhì)堵塞是影響人工濕地長(zhǎng)效運(yùn)行最常見的問題，污水中的難溶性固體顆粒和一些膠狀凝聚物在基質(zhì)表面和孔隙中不斷富集[30]，局部形成厭氧微環(huán)境。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于這個(gè)棘手的問題進(jìn)行了多種嘗試，Huang等發(fā)現(xiàn)水體在填料間的液壓流動(dòng)對(duì)人工濕地去除某些污染物有著顯著的影響[31]。所以，粒徑組配對(duì)濕地內(nèi)部氧氣流通和水流循環(huán)有很大的影響。此外，Davison等在對(duì)澳洲新南威爾士州運(yùn)行了10年的濕地研究基礎(chǔ)上設(shè)置4種濕地，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同基質(zhì)結(jié)構(gòu)的濕地對(duì)其中軟體動(dòng)物的生理活動(dòng)也有很大的影響[32]。王榮等設(shè)置了正反級(jí)配基質(zhì)的垂直流人工濕地，通過對(duì)各水質(zhì)指標(biāo)、滲透效率的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，大顆粒物質(zhì)表面復(fù)氧能力優(yōu)于小顆粒物質(zhì)，因而反級(jí)配系統(tǒng)在除磷方面存在優(yōu)勢(shì)，相反，正級(jí)配系統(tǒng)在降低COD方面高于反級(jí)配[33]。張毓媛等考察不同水力停留時(shí)間下對(duì)火山石、粗爐渣、牡蠣殼進(jìn)行5種體積比裝填下的除污效果，發(fā)現(xiàn)其中2 ∶ 1 ∶ 1的配比對(duì)銨態(tài)氮、COD、總磷的去除效果均為最佳，1 ∶ 1 ∶ 2和1 ∶ 2 ∶ 1的組合分別具有良好的銨態(tài)氮以及COD去除率[34]。山東省南四湖城郭河流域曹莊人工濕地對(duì)原有的煤礦塌坑進(jìn)行了原位修復(fù)，濕地護(hù)坡基質(zhì)層從內(nèi)到外粒徑按照從小到大的順序?yàn)椋鹤顑?nèi)層覆蓋了10 cm改性沸石，外層覆蓋了5種不同粒徑、分別為15、25、30、50 cm厚度的礫石，經(jīng)驗(yàn)收檢測(cè)顯示該工程總體污染物去除率在18%以上，出水水質(zhì)達(dá)國(guó)家Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)[35]。

上述研究發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)填充、級(jí)配方式可以改善水流水平相流速減緩，縱向的不均勻分布、垂直滲透、滯流、局部水流過大形成“死水區(qū)”“短流區(qū)”等水力學(xué)問題。過水方式為上行下出時(shí)，嘗試將粒徑小的基質(zhì)（細(xì)沙、沸石、陶粒）縱向填充在濕地前端，中部選用大量中等粒徑（礫石、鵝卵石）分層均勻裝填，尾部摻雜一些能夠去色、去味的物質(zhì)（有機(jī)碳、膨潤(rùn)土），預(yù)計(jì)該種混配方式對(duì)COD、總氮、總磷等污染物的平均去除率可達(dá)75%以上。當(dāng)進(jìn)水口埋填較深，出水位置位于土壤層以下可以先在配水區(qū)反級(jí)配布置大粒徑基質(zhì)并利用水壓抬升水位，濕地集水區(qū)采用正級(jí)配的方式自由落水，該區(qū)域篩選的填料滲透系數(shù)保持在3～50 m/d之間。當(dāng)濕地水力負(fù)荷>08 m3/（m2·d），進(jìn)水COD高于150 mg/L時(shí)，在上層選用粒徑為30～50 mm的天然礦物，中下層裝填5～15 mm的小粒徑石子，與正常級(jí)配相比，此種反級(jí)配方式預(yù)計(jì)可以將高容積負(fù)荷條件下COD、總磷等污染物的去除效率提升60%甚至更高。配制3種或者以上基質(zhì)組合時(shí)，體積配比成1 ∶ 2 ∶ 1、2 ∶ 1 ∶ 1、1 ∶ 2 ∶ 2時(shí)去污效果最佳。endprint

3 外界改善基質(zhì)作用

濕地生態(tài)系統(tǒng)之所以能夠穩(wěn)定，不僅是基質(zhì)的作用，與植物和微生物之間的協(xié)同也有著密不可分的關(guān)系[36-37]。植物體內(nèi)的泌氧作用（ROL）將吸收的氧氣經(jīng)根軸運(yùn)輸?shù)礁?，在植物根區(qū)附近還原態(tài)介質(zhì)中形成富氧-缺氧的微環(huán)境。好氧厭氧菌在這種環(huán)境下大量繁殖并且附著在基質(zhì)表面形成生物膜。根際沉積物中的硫化物和有機(jī)酸也會(huì)間接改變基質(zhì)的孔隙率，進(jìn)而影響基質(zhì)的氧化還原反應(yīng)[38]。熊家晴等構(gòu)建了有無植物2組多粒徑配比水平潛流人工濕地，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，植物與基質(zhì)搭配的濕地脫氮除磷效果明顯高于無植物組[39]。Cao等在低溫條件下使用稻草和輕質(zhì)陶粒作為濕地的基質(zhì)床，經(jīng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，兩者結(jié)合后水中各類含氮化合物的去除率均提升至60%以上[40]。Pedescoll等對(duì)升流式和常規(guī)沉淀2種易堵塞型濕地進(jìn)行了研究改善，發(fā)現(xiàn)特別是在植物根系成熟后，部分基質(zhì)的滲透系數(shù)大大增加，水力傳導(dǎo)率較初期有明顯變化[41]。 基質(zhì)酶在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化中占有重要的作用，酶在基質(zhì)中的積累是土壤微生物、植物根系和動(dòng)物生命活動(dòng)的結(jié)果，植物種類可以影響微生物結(jié)構(gòu)及土壤酶的活性[42]，別構(gòu)酶如過氧化氫酶、蛋白酶、脲酶在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中發(fā)揮作用，還有一些胞外酶可促進(jìn)濕地中生物降解[43]。張怡昕測(cè)定了5座人工濕地反應(yīng)床體，其中有3座種植旱傘草類植物，另外2座無添加作為對(duì)照，分析模擬裝置中酶活性的動(dòng)態(tài)變化與進(jìn)水濃度、濕地植物之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)濕地植物的種植直接影響了3種目標(biāo)基質(zhì)酶的活性，種植植物的基質(zhì)酶活性高于未種植植物[44]。

蘆葦、香蒲、千屈菜、菖蒲等挺水植物在吸收富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)的同時(shí)，根際分泌的草酸、脲酶還能促進(jìn)有機(jī)污染物大分子中蛋白的水解，當(dāng)基質(zhì)飽和時(shí)，植物也可以幫助釋放N、P，同時(shí)提高基質(zhì)表面微生物活性共同維護(hù)濕地系統(tǒng)的穩(wěn)定。筆者結(jié)合植物與基質(zhì)間共同作用，提出一種針對(duì)不同類型污水的新型人工濕地生態(tài)床組合（表1）。

考慮到地區(qū)自然狀況的差異性，根據(jù)不同地區(qū)的氣候、水文條件，選擇栽種適合本地的植物。其中挺水植物種植密度控制在15～20株/m2、浮水和沉水植物種植密度宜為4～9株/m2。春夏季節(jié)適當(dāng)?shù)卦苑N蓮、鳶尾、金錢草等觀賞性園林植物，切記組合的時(shí)候一定要考慮不同植物物種之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，盡量避免栽種伊樂藻、鳳眼蓮、燈芯草等外來入侵物種，而且人工濕地處理污水是受限制的，也就是說不是所有的污水都可以處理，當(dāng)污水中污染物濃度超出植物生長(zhǎng)極限條件后，植物死亡，濕地也就喪失了它的功能，所以一定要明確濕地進(jìn)水主要污染物濃度限值，當(dāng)進(jìn)水污染物負(fù)荷過高須要添加一定的預(yù)處理設(shè)施。

4 小結(jié)與展望

盡管存在著諸多的問題，但是人工濕地仍是與自然環(huán)境契合度最高的污水處理方式。在常規(guī)的優(yōu)化措施基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新，使用經(jīng)特殊工藝改造的生態(tài)填料；組合搭配基質(zhì)時(shí)針對(duì)復(fù)雜的水力條件選擇不同比例和排布方式；尋求多樣的再生方法延長(zhǎng)基質(zhì)壽命；結(jié)合濕地周圍的生態(tài)環(huán)境，全方位分析污水成分，嘗試不同植物混合種植并填充對(duì)應(yīng)的基質(zhì)層組成新型生態(tài)床。目前大部分基質(zhì)優(yōu)化研究局限于實(shí)驗(yàn)室模擬，但是在工程建造時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)不可控因素較為復(fù)雜，包括溫度、水紋、地形在內(nèi)均會(huì)影響這些方案的可行性，綜合各類試驗(yàn)小中試驗(yàn)以及大型示范工程的經(jīng)驗(yàn)分別從科研方向和工程技術(shù)層面提出如下幾點(diǎn)建議：（1）科研方向。微生物膜的積累對(duì)多孔基質(zhì)滲透率的影響直接決定基質(zhì)微生物代謝降解作用，同樣良好的滲透率有利于溶質(zhì)運(yùn)輸及水力傳導(dǎo)，針對(duì)不同種類的基質(zhì)，研究如何讓基質(zhì)表面生物膜保持健康的生長(zhǎng)；目前絕大多數(shù)非天然基質(zhì)均為工業(yè)衍生物和廢棄物，同樣日常生活中也有合適的替代物，有研究就表明中藥廢渣除藥用成分外，其本身富含的纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)物搭配基質(zhì)具有凈水功效，但是考慮到中藥獨(dú)特的藥性，盡量搭配特殊的植物和基質(zhì)；結(jié)合水力條件、溫度、生化反應(yīng)等變量，建立不同污染物在基質(zhì)層中擴(kuò)散衰減模型，指導(dǎo)并提高基質(zhì)對(duì)污染物的處理效率。（2）工程技術(shù)層面。鋪設(shè)時(shí)本著就地取材的原則，挑選孔隙率、比表面積大、透水率高的介質(zhì)，預(yù)算充足的情況下可搭配沸石、蛭石、陶粒、蜂巢石以及石灰石、粉煤灰、爐渣等熱導(dǎo)性較好的材料，不僅預(yù)防斷流、床體缺氧，而且在冬季寒冷氣候下適當(dāng)?shù)胤艧嵋灿兄趶浹a(bǔ)熱損失；實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到水力傳導(dǎo)、流場(chǎng)分布等水力學(xué)問題，在基質(zhì)級(jí)配方面最好采用分層裝填的方式，進(jìn)水量在3 000 m3/d以下的小中型濕地選擇3種基質(zhì)即可，對(duì)于進(jìn)水量大于5 000 m3/d的濕地，配置 3～5種基質(zhì)，將大粒徑的基質(zhì)置于進(jìn)水區(qū)，同時(shí)增加下層基質(zhì)鋪設(shè)的厚度預(yù)防厭氧區(qū)堵塞的發(fā)生；篩選并投加適量的功能菌或者補(bǔ)充一定的碳源，包括收割下來的蘆葦桿、麥稈、香蒲腐根等木質(zhì)纖維素含量較高的植物殘?bào)w，覆蓋在濕地床體表面逐漸恢復(fù)基質(zhì)的活性以延長(zhǎng)濕地壽命。

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