1人工湿地传统污水治理技术存在能耗大、技术成本高且无法长期持续使用等缺点[1-2]。选用更低成本、更生态化、更持续高效的人工湿地处理方式是提升受纳水体流域水环境质量的关键[3]，也是污水厂尾水提质、实现可持续化水质净化的生态需求。人工湿地采用自然生态原理，通过污水资源化的方式实现污水处理的工程化和实用化，利用高效植物生态系统，将污水中氮、磷等植物营养物质转化为生物资源进行循环利用，总体成本低、维护管理轻松，兼具水质净化和景观双重效果，成为分散式污水处理的典型代表工艺。在用地充足或可利用水域露地的情况下，人工湿地是一种可持续应用的生态水质净化工艺技术，被应用于多种类型水体污染治理、污水厂尾水及再生水深度处理工程[4-5]。2研究区人工湿地概况临安某污水厂尾水采用人工湿地深度处理，工程位于青山湖库区西面一处消落区。该工程高度集成物理-生物脱毒技术、陆生植物浮岛技术、表面流生态湿地技术、潜流湿地技术以及农业轮套作技术，在实现水质净化提升的同时产生景观效果。工程设计5个物理-植物-微生物复合形态子系统（强化生物膜系统、有毒物质高效脱除系统、营养盐集约式植物资源化系统、高效自净水生生态系统和高效生态滤地系统），采用重力流方式排水，前三个系统建有阳光棚，后两个系统为露天形式。人工湿地工程设计参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.028.T001表1人工湿地工程设计参数系统设计尺寸水力停留时间/h填料主要植物配置强化生物膜系统52.0 m×40.0 m×4.5 m3.4弹性生物填料聚草、钱币草有毒物质高效脱除系统64.0 m×64.0 m×4.5 m4.1椰棕组合生物填料象草、旱伞草、水生美人蕉营养盐集约式植物资源化系统56.0 m×80.0 m×3.5 m16.1椰棕组合生物填料、PA高分子柔性组合填料、惰性立体弹性填料、竹编组合填料象草、水生美人蕉、旱伞草、再力花高效自净水生生态系统水深0.5 m8.7梭鱼草、鸢尾、再力花、绿苇高效生态滤地系统水深0.9 m8.9绿苇、香根草3人工湿地污水处理效果及植物管理3.1氮磷的去除效果2018~2020年人工湿地的氨氮去除率如图1所示。人工湿地对氨(NH3-N)的去除率为55%~97%（平均86.12%）。NH3-N去除率出现峰谷主要是受湿地进水NH3-N浓度的影响，说明稳定的进水NH3-N浓度有利于湿地保持较高的NH3-N去除水平。强化生物膜系统设计有微孔曝气，促使系统植物根际微环境中的硝化菌进一步利用出水中剩余氮源进行硝化，辅助氧化沟段出水中NH3-N的进一步去除。经跟踪检测，此处NH3-N的平均去除率达47.98%。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.028.F001图12018~2020年人工湿地的氨氮去除率2018~2020年人工湿地的总氮去除率如图2所示。人工湿地对总氮(TN)的去除率为9%~26%（平均16.07%）。6月至8月的总氮去除率较高，11月至次年3月较低。研究区每年11月进入寒冷时节，露天植物开始季节性枯萎，次年的2月至3月是植物收割时期，功能植物量减少，该时期人工湿地的总氮去除效率处于低位。每年4月气候开始转暖，植物生长逐渐被激活，进入5月后总氮的去除率开始提升，在6月至8月达到较高水平，并可延续到10月。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.028.F002图22018~2020年人工湿地的总氮去除率2018~2020年人工湿地的总磷去除率如图3所示。人工湿地对总磷的去除率为27%~69%（平均51.23%）。总磷的去除率受季节变化的影响较小。基质对磷的吸附作用是湿地除磷的重要途径，主要包括物理吸附和化学吸附两方面，其中化学吸附被认为是主要作用；前三个系统采用阳光棚保温措施，为植物和微生物生长活动提供了良好的温度环境；合理的植物收割使植物处于生长旺盛期。在水质监测过程中，水力流程上出现磷值反向升高的情况，主要是污水中磷处于低浓度时，原本通过扩散作用吸附至填料表面并沿表面孔隙向内部迁移的磷重新释放到水中。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.028.F003图32018~2020年人工湿地的总磷去除率3.2悬浮物去除效果2018~2020年人工湿地的悬浮物去除率如图4所示。人工湿地全年对进水中悬浮物(SS)的去除率表现稳定。进水SS浓度在30%~60%浮动，而对SS的去除率为85%~94%（平均91.23%），浮动区间为9%。得益于填料和植物根系的过滤、沉淀和吸附等机械阻留作用，人工湿地过滤SS具有良好的稳定性。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.028.F004图42018~2020年人工湿地的悬浮物去除率3.3COD去除效果2018~2020年人工湿地的COD去除率如图5所示。人工湿地对COD的去除率为26%~53%（平均37.60%），全年进水COD浓度为20~40 mg/L。COD去除率随进水浓度逐年略下降。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.028.F005图52018~2020年人工湿地的COD去除率3.4植物管理人工湿地要发挥功效，其主要因素植物需要经过工艺选配和驯化。设置池体的处理单元可将功能植物栽植在浮床上，使其根系与目标水体接触充分；未设置池体的处理单元可将功能植物栽植在砂砾中，水流方式设置垂直流或表面流。日常管理时需对植物种植密度、生长水深、收割时间和方式等进行规范，通过定期筛减、补种、收割、区块轮休以保障植物的生长和人工湿地的净化效果，适当的收割可去除被植物固化的污染物质，防止植物腐烂造成污染物的二次释放[6-7]。植物收割需保留根部以上不少于20 cm的茎秆，以免茎秆因过度损伤和营养流失生长缓慢。露天植物的收割应根据植物生长特性进行，秋冬季收割即将枯萎的植物，其余季节根据不同植物的生长特性分批次收割。4人工湿地生态效益分析4.1再生水利用研究区污水厂生化处理后的尾水经人工湿地生态提级后，不仅可降低污水厂化学处理物质带给受补给水体的生态风险，还有利于河道保持良好的自净能力；同时对尾水进行再生循环与利用，可体现再生水资源化和生态化的双重价值。人工湿地日处理水量的约98%直接补给青山湖，约1.3%回用于厂区及泵站绿化喷淋、卫生冲洗和景观用水，约0.7%再经轻石+卵石组合过滤处理，水质达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T 18920—2020）标准，直接供城区环卫道路清扫及道路绿化浇灌用水，日产再生水量可达1 500 m3/d。4.2维持生物多样性人工湿地因构建的局限性不具备自然湿地的复杂功能，但可提供较丰富的食物和良好的生存繁衍空间，在物种保存与多样性保护方面发挥着重要作用。工程中人工湿地系统由山坡、池杉、水杉等树林围绕，铜钱草、水花生等草本植物常年茂盛，形成了植被丰富、物种多样、环境幽静的生态景观。目前已观察到白枕鹤、绿翅鸭、白鹭、苍鹭、八哥、珠颈斑鸠、红嘴鸥、白颈长尾雉、鹳鸟、野鸭、赤麻鸭、白琵鹭及黄鼠狼、松鼠、野灰兔等近百种动物、鸟类在此栖息或迁徙中转，保持湿地中生物的多样性。4.3生态服务价值研究区人工湿地处理规模为6万t/d，占地面积为14.33 hm2，出水常年补给青山湖库区，内有20种以上的功能植物和丰富的自然植被及多样性的动物、鸟类。参照文献[8]和文献[9]对水生态服务的研究方法，从水质净化、文化功能与提供生境方面对研究区人工湿地开展评估。文献[10]指出，沼泽或泛滥平原提供栖息地或避难所这一服务功能的年生态效益为439美元/hm2，折合人民币2 825.755 2元/hm2（以100美元兑人民币643.68元计）。湿地水质净化主要针对C、N、P三大主要污染物，计算引用参数按照生活污水处理成本N 1.5元/kg、P 2.5元/kg、COD 3.5元/kg进行估算；湿地文化功能主要指休闲娱乐和文化科研两块，计算引用参数按照单位水面积产生的文化科研价值0.593元/(m2·a)进行估算。人工湿地间接使用价值评价如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.028.T002表2人工湿地间接使用价值评价服务价值指标物质量单位均价价值量/万元合计112.25水质净化C259.65 t/a3.5 元/kg90.88N25.25 t/a1.5 元/kg3.79P20.11 t/a2.5 元/kg5.03文化功能文化科研14.33 hm20.593/[元/(m2·a)]8.50提供生境14.33 hm22 825.755 2/(元/hm2)4.05由表2可知，研究区人工湿地在水质净化、文化功能与提供生境等三个方面可创造112.25万元的潜在生态服务价值总量，单位生态服务效益为7.83元/m2。5结语人工湿地在解决集中式污水处理厂高能耗、高碳排放的问题上有着独特的优势：处理后的水质具有相对更低的N、P，补给自然水体可降低受补给水体富营养化的风险，且出水指标更利于再生水循环利用。人工湿地深度处理城市生活污水厂尾水，对氨氮、总氮、总磷、悬浮物、COD的平均去除率分别为86.12%、16.07%、51.23%、91.23%、37.60%，同时具有再生水补给利用、维持生物多样性等生态效益。在水质净化、文化功能及提供生境3方面可创造112.25万元的潜在生态服务价值总量，单位生态服务效益为7.83元/m2。