低碳治水新路径：中国海洋大学人工湿地项目赋能青岛水资源高效利用

青岛，一座常年面临缺水压力的沿海城市。南水北调、引黄济青、海水淡化等工程，共同构筑起城市的供水保障网；而中水回用的普及，更让水资源循环利用成为常态。在“双碳”战略的大背景下，如何破解污水处理厂提标改造的高能耗、高成本难题，实现水质净化与减碳减排的双赢？中国海洋大学这支由环境科学与工程学院博士生导师、副教授杨祥宇带领的年轻的科研团队，正以人工湿地水污染控制系统为核心，探索出一条低碳治水的新路径，近日记者对其进行了采访。

项目缘起：破解治水高成本困境

污水处理厂提标改造，是提升出水水质的关键举措，但这背后意味着高昂的投入。想要将尾水处理至高标准，就必须增加药耗、能耗，杨祥宇副教授介绍，仅曝气环节供微生物氧化分解有机物的能耗，就占到水厂总能耗的一半以上。

“前端简化处理，后端生态净化”，这是项目团队给出的解决方案。其核心逻辑是，污水处理厂无需投入巨额成本将尾水直接处理至地表水Ⅳ类标准，只需达到一级A或一级B排放标准，再将尾水排入人工湿地，依托人工生态系统完成深度净化。杨祥宇副教授告诉记者，这种模式，既降低了污水处理厂的运行成本，又能实现“减污降碳”的双重目标。

杨祥宇副教授介绍，其实人工湿地并非完全新生事物，公园中人为建设的景观植物区、河道岸边的功能性塘体等，都属于人工湿地的范畴。但该团队研究的人工湿地，更侧重于与污水处理的协同联动，聚焦传统污染物、新污染物和致病微生物的深度去除，以及温室气体排放的有效削减，因此，其对高标准的水污染控制意义重大。

技术核心：三位一体的生态净化体系

在中国海洋大学环境科学与工程学院水污染控制与环境安全技术实验室，记者见到了杨祥宇副教授及其团队的研究成果。这里空间狭小，但却绿意葱葱，不少貌似认识却又不能精准喊出名字来的植物在冬日暖阳的映射下，更显生机勃勃。杨祥宇副教授介绍，这是芦苇、风车草、香蒲……记者恍然大悟，正是这些植物有着吸收污染物和净化水质的作用。不过实验室里的芦苇等植物跟我们在浅滩岸边见到的不同，它们都长在特殊设计的人工湿地小型反应器中，裸露在湿地反应器表面的是粗粒的陶粒或火山石，与此同时，湿地反应器一侧每隔一段距离就有个可以拧开的阀门，杨祥宇研究团队的一位博士生介绍，不同高度的阀门用于定期打开取样以便检测内部颗粒的挂膜和微生物生长情况，而这层集聚了微生物的膜本身也有吸附和降解污染物、并净化水质的功能……

采访中记者逐渐明白，人工湿地的净化密码，藏在“填料-微生物-植物”三位一体的协同作用中。湿地底部填充着不同粒径的石子、陶粒和团队自主研发的新型填料；填料表面会形成生物膜，它们是人工湿地净水的“主力军”，当尾水流经时，污染物会被微生物吸附、降解。湿地里种植的风车草、芦苇、香蒲、鸢尾等水生植物，是生态系统的“后勤部队”。它们一方面能向湿地泌氧、分泌有机物，促进微生物活性提升，另一方面通过根系吸收去除水中污染物。待植物生长到一定阶段后进行收割，富集在植物体内的污染物也会随之被移出系统，实现湿地的更新重置。

值得一提的是，这套系统无需额外的药剂投入，仅依靠太阳能驱动植物生长，就能维持运转，是典型的低碳净化模式。在实验室中，团队采用序批式操作模式，让水体在湿地中停留三天，再进行排水检测，这种方式操作便捷，效果也得到行业认可。而不同深度的填料，还会形成好氧-厌氧的梯度环境，适配不同类型污染物的分解需求。

落户海大：锚定滨海城市治水需求

原来，这是杨祥宇副教授一直以来潜心深耕的研究领域。2018年，他在重庆大学攻读博士，课题正是“尾水型人工湿地对新污染物削减机制研究”；后赴荷兰代尔夫特理工大学从事博士后研究，持续深化相关技术。2023年8月，他入职中国海洋大学，将研究重心转向滨海缺水城市的水污染控制与水资源再生回用。

“立足青岛的地域特点，我们将研究方向拓展至海湾陆源污染阻控及水资源安全回用”，杨祥宇副教授说，对于缺水的滨海城市青岛来说，水资源循环利用与海湾生态保护，是两大核心需求。而人工湿地技术，恰好能同时满足这两点，既可以实现尾水的深度净化与回用，缓解城市缺水压力；又能应用于滨海湿地修复，助力“美丽海湾”建设。

团队运行：15 人攻坚团队的科研活力

这支深耕人工湿地技术的团队，共有15名成员，是为数不多将人工湿地作为核心研究方向的团队。参与项目的研究生介绍，团队里有人已深耕多年，也有像他这样加入一年多的新生力量。经过多年研究，团队已取得多项阶段性成果。在传统污染物去除方面，通过填料创新、微生物种间互营调控与植物协同作用，能将尾水中15mg/L左右的硝酸盐氮去除95%以上；在新污染物处理上，人工湿地对微塑料、抗生素、全氟化合物等物质的截留率可达90%以上，目前研究重点已转向截留后污染物的湿地系统无害化处理，以及尾水致病微生物削减技术开发。

同时，团队研发的新型填料，能有效促进微生物活性提升，不仅强化了污染物去除效果，还能将氧化亚氮（N2O）的排放量降低30%以上（N2O是强温室气体，其温室效应是二氧化碳的267倍），这项突破对实现“双碳”目标意义重大。

目前，相关技术已进入专利申请阶段，多项研究成果也已发表学术论文。团队的研究实力，也获得了国家级项目的有力支撑——已获批国家级博士后海外引才计划项目与国家自然科学基金面上项目。

未来展望：从实验室走向应用场

让人工湿地技术从实验室走向实际应用场，是杨祥宇副教授与其团队的目标和方向。目前，他们正积极与校外环保企业洽谈合作，合作方对人工湿地的温室气体减排技术表现出浓厚兴趣。

杨祥宇副教授表示，从应用场景来看，人工湿地的灵活性极强，小到一个小区的生活污水、雨水处理，大到城市污水处理厂的尾水净化，都是人工湿地项目未来大展拳脚的地方。未来，团队将持续优化技术，力争以更小的占地面积、更低的能耗，实现更高的净化效率。

立足青岛的城市需求与沿海区位，该团队还计划将人工湿地技术拓展应用于红树林建设、滨海湿地修复等领域。他们的长远目标，是让人工湿地净水技术成为城市节水治水、保护海湾生态的核心支撑技术，为“美丽中国”建设贡献海大智慧与力量。

半岛全媒体记者 郝春梅