摘要：随着科技水平的不断提升，人工湿地处理污水工艺已得到广泛应用，并取得了显著的效果。但是，针对人工湿地处理含盐污水的研究还不够深入。基于此，利用理论与实践结合的方法对其进行研究分析，探究人工湿度处理含盐污水的具体效果。研究结果表明，复合型人工湿地工艺在含盐污水处理中具有良好的表现。
关键词：人工湿地,处理技术,含盐污水,应用效果
0引言
人工湿地是一种新型污水处理工艺，在实际应用中，通过模拟自然湿地环境实现生态型水处理效果，基于自然生态环境下“物理-化学-生物”的协同机制，对污水中存在的有机污染物以及重金属颗粒物等污染物进行科学处理，并促进污水系统的自我调节。采用人工湿地处理方法进行含盐污水处理，具有运行稳定、处理效果良好以及工艺成本较低等优势。
1人工湿地处理方法装置与材料设计
1.1装置
在实验分析过程中采用PVC材料设计人工湿地，并采用垂直型结构，如图1所示。本次设计的人工湿地系统装置高度为50cm,直径为2 5cm,主要包括进水区域、处理区域和出水区域三部分，并分别在三个区域设计微生物脱盐燃料电池阴极室、中间室和阳极室。为保证系统实际运行效果，设定阴极室和阳极室的高度为10cm,电极间距为3 0cm,膜间距为10cm[1。系统自上而下共设计4个出水口(a、b、c和d,分别为阴极室、中间室、阳极室和人工湿地总出水口)。
本次实验共设置4个传统型人工湿地(CW)与复合型人工湿地(MDC-CW),通过对比实验，探究基于微生物脱盐燃料电池的复合型人工湿地的实际应用效果。复合型人工湿地依据不同含盐质量分数，即w(NaCl)为0.5%、1%和2%,分别标记为MDC-CW-0、MDC-CW-0.5、MDC-CW-1和MDC-CW-2。
1.2材料
对人工湿地生态环境进行模拟分析，湿地生态环境中的植物并非本文研究的控制变量，经多方面考虑，对生活中常见的菖蒲和美人蕉进行对比实验。结果表明，用美人蕉去除污染物的效果更好。因此，选择美人蕉作为湿地植物[2。
人工湿地基质材料选择大小不同的石英砂，在进水口与出水口设置大颗粒石英砂，在中间层设置小颗粒石英砂。
微生物脱盐燃料电池中的电极材料选择碳毡材料，长×宽×厚=11 cm×15cm×4cm。使用前，用丙酮溶液浸泡处理。经过离子水清洗后，进行干燥处理，才能在实验中使用³。同时，对阴阳离子交换膜进行水化膨胀处理。
2人工湿地处理含盐污水效果分析方法
利用多参数水质分析仪装置对实验样品的pH值、电导率以及氧化还原电位等参数进行检测分析，依据标准方法对TN、COD、TP、氨氮、硝氮以及亚硝氮等进行检测分析。
利用电压采集仪对电压数据进行收集整理，并与计算机系统连接，构建持续自动化再现检测系统，将数据精度控制在0.01 V级别4]。利用稳态放电方法控制人工湿地外电路的电阻参数，变化范围在10~1000Ω区间。基于电流与电压的变化关系得到功率密度曲线与极化曲线图，最终确定电池内阻参数。
3人工湿地处理污染物效果分析
3.1 pH值变化分析
在不同实验条件下，人工湿地出水pH值并不相同。水力停留时间(HRT)越长，系统中阴极区的参数变化越明显，如图2所示。
对图2中数据进行分析可知，4个复合型人工湿地在碳氮质量浓度比为0、2和5的条件下，均会出现阴极附近pH值明显下降。究其原因，在于反应时间增加，会减少系统中的碳源，进而对反硝化造成一定干扰。在碳氮质量浓度比为7和10的条件下，阴极附近的pH值大幅度上升，进一步证明了上述原因的可靠性5。同时，反硝化菌在pH值为7.5左右时，具有最高活性，反应速度最快。通过对比分析可知，在低碳氮质量浓度比条件下，反硝化过程会受到一定程度的干扰影响。
3.2湿地剖面氧化还原电势分析
复合型人工湿地系统内具有比较明显的氧化还原电势差，且在不同条件下的参数结果并不相同。分析数据可知，在碳氮质量浓度比为0和2的条件下，氧化还原电势差相对较小，可能原因是碳源供应不足，复合型人工湿地系统内的微生物脱盐燃料电池功能受到负面影响。增加复合型人工湿地系统内的碳源供应量，会存在一个还原区和氧化区，具有比较明显的电势差。
3.3 TN去除效果分析
在w(NaCl)=0的条件下，复合型人工湿地系统中的TN去除率会随着碳氮质量浓度比值的增加而增加。通过对比分析数据可知，复合型人工湿地与传统人工湿地相比，在相对较短的水力停留时间(HRT)内，去污效果更加显著。在HRT=2h的条件下，两种人工湿地系统的TN去除率情况如图3所示。
由图3可知，在HRT=2h的条件下，与传统人工湿地系统相比，本文提出的复合性人工湿地系统的TN去除率更高，即对TN的去除效果更为显著。
随着盐度的增加，复合型人工湿地系统中的TN去除率始终高于传统人工湿地系统数值，并一直维持在90%以上。由此可见，复合型人工湿地系统在TN去除方面具有良好的表现。
3.4 TP去除效果分析
在w(NaCl)=0的条件下，复合型人工湿地系统在HRT=4h时的TP去除率如图4所示。
由图4可知，与传统的人工湿地系统相比，复合型人工湿地系统的TP去除率更高。主要原因可能是复合型人工湿地系统中存在电流，对湿地植物生长具有一定的促进效果，从而提升了对磷的吸附效果。
随着盐度不断增加，即w(NaCl)为0.5%、1%和2%的条件下，复合型人工湿地系统在HRT=3h后，会表现出较高的TP去除率。与同等条件下传统人工湿地系统的TP去除率相比，复合型人工湿地系统均表现出显著优势。
4人工湿地处理装置的产电与脱盐效果分析
人工湿地处理装置中的中间室表现出明显的脱盐效率变化，在w(NaC1)为0和w(NaC1)为0.5%条件下，脱盐率始终维持在30%以下，主要原因可能是人工湿地系统内的阴阳离子进行定向移动，随着时间的推移，盐离子浓度逐渐下降，后续变化幅度也随之下降。在w(NaCl)为1%和2%条件下，脱盐率会随着碳氮质量浓度比的提升而出现增长变化。但是，水力停留时间增加会降低脱盐率。
复合型人工湿地工艺的脱盐率并不高，究其原因，一是实验期间设计的系统规模相对不大，部分水分会被植物吸收或蒸发流失，对应的脱盐率也会出现一定的下降6]。二是微生物脱盐燃料电池在工艺中具有较大的内阻，电场力的作用效果相对低下，难以高效脱盐。但是，上述原因还需要进一步进行实验分析。
5人工湿地处理微生物的效果分析
基于Ilumina Miseq系统对复合型人工湿地系统中的基质材料与电极材料中的微生物菌群的特征进行分析。通过随机采样收集样本，包括出水口区域石英砂颗粒、植物根部石英砂和挂膜后碳毡电极。对样本进行必要处理后，进行PCR扩增，由此了解复合型人工湿地系统中功能活性细菌的具体分布情况。基于结果分析可知，系统中正、负极碳毡材料中的微生物占比最大的菌门为变形菌门，其次为放线菌门与厚壁菌门。其中，变形菌门在不同浓度下均表现出正极碳毡材料含量大于负极碳毡材料含量的状态，体现了复合型人工湿地系统的负极产电菌的效果更加显著。此外，复合型人工湿地系统与传统人工湿地系统相比，微生物总体丰度下降速度更快，缺少关键的厌氧氧化菌与好氧反硝化菌。
6结语
本次研究对一种基于微生物脱盐燃料电池的复合型人工湿地系统的含盐污水去除效果进行分析，并以传统人工湿地系统作为对照进行效果对比。通过实验可知，复合型人工湿地在含盐污水处理方面具有良好的效果，碳氮质量浓度比为0、2和5条件与碳氮比为7和10条件相比，系统的污水处理效果相对较差。但是，会随着含盐量的提升而缩减。因此，通过提高碳氮质量浓度比，可提高人工湿地含盐污水的处理效果。
参考文献
[1]王洋，王立伟，佘治涛，等.大型人工湿地绿藻的产生及控制研究[J].价值工程，2024,43(24):110-112.
[2]李照，宁康辉，郭宁，等.污水中四环素类抗性基因的深度处理研究进展[J].现代化工，2024(10):55-59.
[3]翟野青，扈幸伟，王瀚哲.人工湿地对污水处理厂尾水水质净化提升的应用研究[J].水利水电工程设计，2024,43(3):25-29.
[4]林锦美，向朝兴，段金明，等.高效脱氮除磷复合人工湿地污水处理实验研究[J].水处理技术，2024(10):124-129.
[5]王鑫壹，付保荣，祝惠，等.外源微生物强化人工湿地污染物去除研究进展[J].中国给水排水，2023,39(8):33-40.
[6]廖明晶，范敬龙，匡代洪，等.种植多枝柽柳的模拟人工湿地对模拟污水中氮、磷、铅和镉的去除率研究[J].湿地科学，2021,19(6):715-725.
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