人工湿地植物根系铁膜形成特性及其在污水磷去除中的作用

铁膜是指覆盖在湿地植物根系表面的棕红色以铁氧化物为主要成分的胶膜，是植物与富含铁的土壤在长期淹水环境下相互作用的结果，在湿地植物中普遍存在，并具有活跃的电化学特性，对湿地中磷、砷、镉等物质的迁移转化具有重要的影响。但铁膜在人工湿地污水处理生态工程中的形成特点及功能还较少受到关注，对其展开研究将有助于深入理解人工湿地内部相互作用机制，对于优化人工湿地的设计运行、提高污水处理效率具有重要的意义。. 本项目将以小型香蒲人工湿地污水处理系统为研究对象，从以下三个方面对根系铁膜进行分析研究：（1）湿地生态工程中影响根系铁膜形成量和形态组成的主要因素；（2）铁膜在磷去除中的作用；（3）铁膜随湿地长期运行的动态变化。确定人工湿地中控制铁膜形成量及形态组成的关键因素，阐明铁膜在污水磷去除中的作用，总结铁膜在长期运行条件下的动态变化规律。

铁是地壳中的丰量元素，人工湿地所采用的自然土壤或人工颗粒材料基质通常含有铁氧化物，在污水处理过程中，远离根系的部分由于有机物的厌氧降解，可使基质颗粒中的3价铁氧化物还原为2价亚铁离子，后者在水中扩散迁移到植物根表形成铁膜。铁膜的主要成分为铁氧化物，对无机磷具有较强的吸附固定能力，本研究对人工湿地系统铁膜形成特性及其在污水磷去除中的作用进行了研究。.本研究所有系统香蒲植株，除了根尖外的成熟区域都出现或深或浅棕红色胶膜，即铁膜，范围在2-40g铁/kg根干重，铁膜量受污水有机物浓度及水力负荷、系统水力运行方式、基质铁含量与pH的影响，相同基质和植物组成，处理有机物含量较高的污水的水平潜流系统根表铁膜量显著高于有机物含量较低的系统，处理同样的污水，水平潜流系统根表铁膜量显著高于垂直流系统；此外，当人工湿地基质铁含量增加时，pH不增加或增加幅度较小，植物根表铁膜形成量会相应增加，但若含铁基质材料碱性较强时，如高炉渣、钢渣及本研究使用废铁矿粉，基质铁含量增加时导致pH大幅增加，根表铁膜形成量则不随基质铁含量增加而增加。由于污水中含有较高浓度的无机磷，阻碍了铁氧化物沉积时晶体的形成，致使人工湿地系统根表铁膜中氧化铁的主要形态为无定形态，较少结晶态。.本研究3个系列所有系统植物根表铁膜中固定了较多的磷，磷含量范围在2-20g磷/kg根干重范围，磷含量受铁膜量影响，铁膜中磷含量随铁膜量增加而增加；铁膜中磷含量比植物体和基质中的磷含量都高，铁膜中的磷铁比在200-850mg磷/g铁之间，比文献报道大多数含铁吸附剂的最大磷铁比都高，这使得铁膜成为人工湿地系统内重要的磷截留部位，在一些形成量较高的人工湿地系统内，铁膜截留的总磷接近或高于植物体吸收的磷。.铁膜的形成使得人工湿地系统非根际区域基质磷含量降低，根际区域基质磷含量升高，进而导致湿地基质床体磷分布量的差异。.通过对本研究所有系统植物体磷含量和根铁膜量及铁膜磷含量相关性分析，发现无论是植物体地上部分还是地下部分植物体磷含量均与根表铁膜没有明显的相关关系。