协同增效的农村废弃物基质优化人工湿地性能：提升乡村污水修复效率的关键策略

为解决农村生活污水分散性强、氮磷浓度高且处理成本高的难题，研究人员创新性地利用沸石、芦苇生物炭和牡蛎壳等本地废弃物构建复合基质人工湿地（CWs）。研究发现，沸石-芦苇生物炭组合（CW-ZR）对COD、NH4 + -N和TN的去除率分别达64.39%、61.98%和59.88%，而沸石-牡蛎壳组合（CW-ZO）对TP的去除效率最优（49.02%）。该研究为低成本、高效益的乡村污水处理提供了科学依据和技术支撑。

　　

在广袤的乡村地区，生活污水治理一直是个令人头疼的问题。与城市污水不同，农村污水不仅来源分散，水量水质波动大，还富含氮磷等营养物质。更麻烦的是，这些污水往往未经处理就直接排入附近水体或农田，在发展中国家尤为常见。这种状况不仅污染环境，还可能通过食物链危害人类健康。面对这一挑战，人工湿地（Constructed Wetlands, CWs）技术因其成本低、操作简单、生态友好等优势，逐渐成为乡村污水治理的新宠。

人工湿地的净化能力主要依赖于基质、植物和微生物的协同作用。其中，基质的选择尤为关键——它不仅要能有效吸附污染物，还要为植物和微生物提供良好的生长环境。然而，传统单一基质往往难以同时高效去除氮磷，且容易造成系统堵塞。虽然一些经过化学或物理改性的新材料表现出色，但其高昂的成本让囊中羞涩的乡村地区望而却步。那么，能否就地取材，利用农村常见的废弃物来打造高效廉价的湿地基质呢？

针对这一问题，来自河北的研究团队开展了一项创新研究。他们选取了三种在农村唾手可得的材料——沸石、牡蛎壳和芦苇生物炭，通过不同配比组合构建了四种垂直流人工湿地（VFCWs），系统考察了这些"变废为宝"的基质对污染物的去除效果。研究成果发表在《Journal of Environmental Sciences》上，为乡村污水治理提供了新思路。

研究人员主要采用了以下关键技术：构建了四种不同基质配比的垂直流人工湿地系统（沸石单独使用、沸石-芦苇生物炭2:2、沸石-牡蛎壳2:2、三者1:1:2混合）；通过长期监测评估了COD、NH₄
⁺
-N、TN和TP的去除效率；利用微生物群落分析揭示了基质类型对功能菌群的影响机制。

研究结果

不同基质配比对COD去除的影响
研究发现，添加芦苇生物炭的CW-ZR和CW-ZOR系统表现最佳，出水COD稳定在25-45 mg/L，达到国家一级A排放标准。这得益于芦苇生物炭丰富的含氧官能团和芳香结构，为微生物降解有机物提供了理想场所。

氮素去除的突破
在NH₄
⁺
-N和TN去除方面，CW-ZR系统同样拔得头筹，平均去除率分别达61.98%和59.88%。沸石的离子交换能力与生物炭的多孔特性形成完美互补，既吸附铵离子，又促进硝化反硝化过程。

磷去除的"钙"世英雄
令人惊喜的是，CW-ZO系统（沸石-牡蛎壳）以49.02%的TP去除率笑傲群雄。牡蛎壳中的碳酸钙和活性氧化钙通过阴离子交换，将磷酸根牢牢"锁"在壳中，展现出天然的除磷天赋。

微生物的"职场"偏好
深入分析发现，芦苇生物炭显著富集了降解氮和有机物的细菌，而牡蛎壳则更吸引嗜磷微生物。这种"物以类聚"的现象，完美解释了不同基质的特色净化能力。

结论与展望
该研究证实，合理配比的农村废弃物基质可通过物理吸附、化学沉淀和微生物代谢的协同作用，显著提升人工湿地的综合净化性能。特别是芦苇生物炭的加入，不仅提高了污染物去除效率，还促进了植物生长，可谓一举多得。这一发现为发展低成本、可持续的乡村污水处理技术提供了重要参考，也为实现"无废乡村"和"双碳"目标开辟了新路径。未来，通过优化基质组合和运行参数，这种"以废治废"的生态技术有望在更广范围内推广应用，让乡村的水更清、景更美。