人工湿地具有出水水质稳定、对氮磷等营养物质去除能力强、基建和运行费用低、维护管理方便等优点，具备良好的环境生态效益，被许多国家推崇。但传统人工湿地由于本身工艺限制，存在许多不足之处，如占地面积大、水力停留时间长，处理效果受温度变化和植物生长成熟程度影响大，有潜在的疾病传播媒介等，这些缺点严重影响到湿地对污染物的去除，影响出水水质，本研究针对人工湿地各组成部分进行系统研究，分别从基质、植物、微生物方面进行了优化。

本研究开发了一种利用给水厂污泥生产人工湿地基质陶粒的工艺，以污水厂的污泥为主要原料，加以一定量的辅料、外加剂，经过脱碳和烧胀制成具有一定强度的水处理轻质陶粒，可以大量的消耗脱水污泥，不但处理成本大大低于焚烧法，而且可以避免污泥二次污染，尤其符合我国固废处理的无害化、减量化和资源化原则将有广阔的发展前景。  

烧制陶粒的生产工艺主要包括原材料的预处理、塑形、预热、干燥、预热、焙烧和冷却六个阶段，制备工艺流程图如下：  

图1 给水厂污泥制备陶粒流程图  

制备给水厂污泥的最佳工艺参数为：污泥和粘土比例为3:1；400℃预热30分钟；1050℃焙烧10分钟。在此工艺条件下所得给水厂污泥陶粒具有良好的理化性能：密度为2.25~2.35 g/cm³、表观密度为1.60~1.62 g/cm³、比表面积为4.75~4.95 m²/g、粒径大小为6~8 mm、筒压强度为4.2~4.5 Mpa、磨损率≤1.3%、孔隙率为48%~52%。  

以制得的给水厂污泥陶粒为主要基质，从常见湿地植物中筛选去污能力强，在根际对功能微生物菌群具有良好富集作用的最佳湿地植物；并利用实验室前期分离纯化的高效脱氮除磷菌强化人工湿地的脱氮除磷作用，确保生活污水经新型人工湿地系统处理后，实现出水水质达到《地表水水质标准》（GB3838-2002） III 类水质的标准。新型人工湿地组成结构示意图如下：  

图 2 新型人工湿地组成结构示意图  

此新型人工湿地中，各组分协同作用，实现了对生活污水污染物质的高效处理。在水力停留时间为7天情况下，约为每20天向人工湿地中补充投加体积比10%（V_菌液/V_污水）的功能菌液（细菌密度为3.8´10⁸ CFU/mL），可保证该人工湿地出水水质达到《地表水水质标准》（GB3838-2002） III 类水质的标准。  

本研究受到国家自然科学基金面上基金项目“给水铝盐污泥做基质的人工湿地处理农村生活污水工艺及机理”的资助，研究内容“Optimization for Preparation Conditions of Ceramsite Made of Drinking Water Treatment Sludge and Its Phosphorus Removal Ability”应邀在国际会议“International Conference on Challenges in Environmental Science & Engineering”做报告，并推荐至SCI期刊文章“Journal of Cleaner Production”；研究内容“Biofilm growing behaviour and the contaminants removal of the ceramsite made from drinking water treatment sludge”应邀在国际会议“International Conference on Challenges in Environmental Science & Engineering”做报告，并推荐至SCI期刊文章“International Biodeterioration and Biodegradation”。  

研究成果已发表在Bioresource Technology，Environmental Technology，Environmental Science & Pollution Research International等期刊杂志，如：  

u Panpan Meng, Wenrong Hu, Haiyan Pei, Qingjie Hou, Yan Ji. Effect of different plant species on nutrient removal and rhizospheric microorganisms distribution in horizontal-flow constructed wetlands. Environmental Technology, 2014, 35(5-8): 808.

u Panpan Meng, Haiyan Pei, Wenrong Hu, Yuanyuan Shao, Zheng Li. How to increase microbial degradation in constructed wetlands: influencing factors and improvement measures. Bioresource Technology, 2014, 157(4): 316-326.

u Panpan Meng, Haiyan Pei, Wenrong Hu, Yuanyuan Shao, Zheng Li. Performance evaluation of light-weight aggregates-based horizontal flow constructed wetlands for domestic wastewater treatment. Clean – Soil Air Water, 2015, 43(2): 217-222.

u Yuanyuan Shao, Haiyan Pei, Wenrong Hu, Panpan Meng, Zheng Li, Yang Chen. Bacteria immobilized on microporous polyurethane to enhance campus sewage treatment in constructed wetlands microcosmos. Fresenius Environmental Bulletin, 2016, 25(1): 337-344.

u Haiyan Pei, Yuanyuan Shao, Chanway Christopher Peter, Wenrong Hu, Panpan Meng, Zheng Li, Yang Chen, Guangxiang Ma. Bioaugmentation in a pilot-scale constructed wetland to treat domestic wastewater in summer and autumn. Environmental Science & Pollution Research International, 2016, 23(8): 7776-7785.

u Yuanyuan Shao, Haiyan Pei, Wenrong Hu, Chanway Christopher Peter, Panpan Meng, Yan Ji, Zheng Li. Bioaugmentation in lab scale constructed wetland microcosms for treating polluted river water and domestic wastewater in northern china. International Biodeterioration & Biodegradation, 2014, 95: 151-159.