用于控制污染的人工湿地的处理技术

1..文章简介 

50多个国家使用人工湿地 (CWs) 对废水进行可持续处理。这些CWs利用自然生物地球的化学和物理过程去除有机物和营养物质，同时提供生态系统服务和娱乐等共同利益。然而，它们的性能是可变的，因为当地的天气条件，废水成分和操作都会影响污染物的去除。本文综述了CWs在全球的应用和分布，以及影响其功能的因素。根据335个场地规模的CWs数据来看，复合型CWs (在水处理期间使用两种或两种以上的CWs) 在改善水质和减轻温室气体减排方面最有效，有机物、氮和磷的去除效率分别为76%、73%和72% (基于中值)。植物种类、基质选择以及环境和水力条件都会影响污染物去除性能，而污染物去除性能的变化主要与温度、水力停留时间和污染物负荷率有关。通过人工曝气、抗寒植物选择、电子供体补充和基质堵塞修复等策略，可以强化人工湿地的污染物去除效果以及增强长期性能。工程师和科学家必须共同设计和管理CWs，在控制污染的同时最大限度地发挥其协同效益。

2.内容简图

 

3. 人工湿地全球开发与应用领域

最早有记录的CWs 于1903年在英国建造，一直运行到1992年 (图1a)。到20世纪80年代和90年代，CWs技术广泛发展，北美表面流CWs，欧洲和澳大利亚潜流CWs主要用于传统的二、三级生活污水的处理。在此期间，大多数CWs工作都是基于规模化湿地系统的结果，并发布了各种关于废水处理CWs的设计和操作的各种官方指南或手册，例如在美国，德国，丹麦，澳大利亚。此外，国际水协会在2000年发布了一份关于CWs的性能、设计和运行的科学和技术报告，进一步促进了污水处理专业人员对该技术的接受程度。CWs在21世纪变得越来越普遍。引入高强度复合型CWs是为了解决去除各种废水中污染物的需求，CWs面积也变得越来越大 (超过1000平方米)。根据2001年至2021年全球文献综合，目前有335个场地规模的CWs用于改善水质。这些系统分布在50多个国家，主要分布在欧洲(38.8%)和亚洲 (32.8%)，其次是北美洲 (14.0%) 和非洲 (8.1%)。它们旨在接收和净化来自各种受污染的水或废水，包括城市废水、农业废水、工业废水、垃圾渗滤液、二级废水、受污染的地下水、受污染的河水和雨水径流。

4.人工湿地的种类

 

CWs从技术角度来看，它们可以分为三种基本类型:表面流人工湿地(FWSCWs)、潜流人工湿地 (SSFCWs) 和漂浮人工湿地 (FCWs)。这些分类的不同之处在于主要的大型植物 (挺水的、潜水的、自由漂浮的和浮叶的) 的选择和通过系统的水流路径。综合本文的介绍，报道中的CWs 中49.5% 是SSFCWs , 26.3%是FWSCWs , 4.2%是FCWs。另外20.0%为复合型人工湿地 (HCWs)。与天然湿地一样，FWSCWs也有开阔的水域，支持各种植物生长，包括挺水的、潜水的和漂浮，以及在饱和基底上浅层流动的植物。从应用的角度来看，其适用于所有气候，主要用于净化 WWTPs的三级和二级污水、雨水和农业径流。FWSCWs比其他一些CWs更能抵抗冲击水力负荷 (脉冲水流) ，因为它们通常面积更大，因此具有更大的存储容量来承受流量波动。它们还可以应对不断变化的水位，因此水力失效的可能性较小。SSFCWs可分为水平流人工湿地 (HFCWs) 和垂直流人工湿地 (VFCWs)。CWs也被称为芦苇床系统，其中，废水通过种植了挺水植物的床表面下的多孔介质缓慢地从入口流向出口。HFCWs通常保持水饱和状态，但可在根和根茎周围产生有氧区，将氧气释放到下层土壤中。VFCWs既可以是上行流动系统，也可以是下行流动系统。在上流式系统中，废水从床底进入，然后向上渗透，并在表面附近或表面收集。在下流式系统中，废水通过床顶的基质进入并从底部排出，垂直流过系统。与HFCWs不同，VFCWs不是饱和系统，因为水是间歇性提供的。HFCWs通常用于城市污水的二级处理，而VFCWs主要用于处理小型社区的现场污水、工业废水和雨水径流。与水平流系统相比，VFCWs占用的土地较少，但维护和操作的工作量较大。这两种系统中的一个主要问题是基质堵塞从而影响整体处理性能。第三种主要类型是FCWs，通常包括漂浮垫，以支持大型挺水植物的水培生长，使植物根系与废水直接接触，而不受水流变化的影响。大型挺水植物如Phragmites australis, Typha latifolia, Glyceria maxima, Alternanthera  philoxeroides 和Iris pseudacorus等，常用于FCWs形成浮垫；除了水处理外，这些大型植物还具有美学价值。FCWs主要用于河流、湖泊和池塘的原位水质改善。需要定期采集植物生物量，这可能会增加操作和维护成本。然而，与其他类型的CWs不同，FCWs的性能不受水位变化的影响。

为了达到更高的处理效率，各种类型的CWs相互组合或与常规处理系统组合成HCWs。这种设置利用了不同系统的特定优势，大多数HCWs结合了VFCWs和HFCWs系统 (VF - HF HCWs)，它们越来越多地用于强化脱氮和处理更复杂的废水。但是，HCWs的初始投资较高，运营成本高，维护程序复杂。

5.污染物去除

物理、化学和生物机制协同作用，去除CWs中的污染物。湿地植物是必不可少的组成部分，因为它们从根部释放氧气和渗出物，并为微生物附着提供载体。而且，各种大型植物可以直接利用氮、磷等养分，这在不同的物种、地点和季节中会有所不同。基质也很重要，因为它是植物生长的介质和生物膜附着的载体，参与营养物质 (特别是磷) 和其他污染物的各种去除过程 (如过滤、吸附和生物降解)。湿地动物在科学上大多被忽视，它们可以通过吸附和生物积累直接去除污染物，或者促进植物和微生物的生长，提高进水中污染物的吸收和降解，从而提高处理效率。

虽然CWs的净化性能归因于多种去除机制，但微生物过程可以去除大多数污染物，自21世纪初以来，CWs的研究和实施越来越多地集中在去除有机物和营养物质上，这是大多数废水中的主要污染物。有机物和氮的转化与降解主要是由微生物进行的，其中一些附着在基质表面和植物根部，形成生物膜，在那里污染物被转化和降解。其他微生物群落分散在水中，在某些情况下形成絮凝体，特别是有机物是通过好氧降解去除的情况，好氧降解通过好氧化异养条件进行，厌氧降解包括发酵和产出甲烷。微生物对氮的转化主要通过氨化、硝化、反硝化、异化硝酸还原、生物质同化甚至厌氧氨氧化 (Anammox) 来完成。

化学需氧量 (COD)、氨氮 (NH₄⁺-N)、总氮 (TN) 和总磷 (TP) 是污水管理和处理系统中环境监管机构控制的主要分析参数，也是水质评价的关键参数。总体而言，HCWs的去除效果最好 (特别用于除氮) 。SSFCWs的去除效果优于FWSCWs和FCWs。具体来说，COD去除率各不相同，HCWs的去除率为75.7%，其次是SSFCWs (67.0%)、FCWs (56.7%) 和FWSCWs (49.6%)。NH₄⁺-N和总磷的去除率也有相似的顺序，其中HCWs的去除率最高 (分别为72.1%和71.8%)。HCWs对TN的去除效率也最高 (63.4%)，但FWSCWs (41.2%) 的平均效率高于FCWs (23.4%)。各种系统的优点可以结合起来，在HCWs中相互补充。例如，在最常用的VF - HF HCWs中，废水间歇性地进入VF系统，为硝化提供适宜的好氧条件。然后，富含硝酸盐的水进入HF系统，其中主要的缺氧环境有利于完全反硝化 (从而以氮气形式去除氮) 。然而，在HCWs中，COD、NH₄⁺-N、TN和TP的去除率中值低于SSFCWs，这可能是由于进水特性和负荷速率变化较大。

CWs可用于去除有机物或营养物质以外的污染物 (包括重金属和新出现的污染物)。然而，需要进行更详细的研究，以确定对每种污染物最合适的处理系统。

6.影响污染物去除的因素

CWs废水中污染物的去除过程受到内外环境条件、设计、运行参数及维护程序的显著影响。特别是微生物介导的过程受到水力条件、废水性质、营养物的质量和可用性、基质材料和存在的植物种类的影响。微生物群落对环境条件也高度敏感，可以受到温度、溶解氧和pH的影响。因此，为了有效去除污染物，必须考虑常见的设计和运行参数，如气候条件、植物选择、基质选择、废水类型、水力加载速率、水力滞留时间、水深和投料方式。

影响水质处理的一个主要因素是湿地植物的选择，因为植物对氮和磷的去除有很大贡献，分别占15-80%和24-80%，全球已有150多种湿地植物被用于CWs，但新兴植物，如reed 、cattails 和bulrushes是最常用的。不同物种间的去除率存在差异，主要受CWs类型、废水负荷、植物组合、气候和植物管理等因素的影响。在CWs植物设计中，植物选择必须基于不同物种间效率 (包括生理、形态或生化因素) 的严格比较评估。

 

 

现场观测结果表明，气温与NH4⁺-N去除率呈极显著正相关(n = 157, R²= 0.069, p < 0.01); TN去除率 (n = 151, R² = 0.089, p < 0.01) 和TP去除率 (n = 155, R²= 0.028、0.01 < p < 0.05)(图4b)。这些相关性表明，气温对CWs的生物脱氮过程 (如硝化-反硝化) 有重要影响。硝化和反硝化在20-25°C时最有效，在低于15°C时可能下降，在低于5°C时几乎停止。低温还会使水的粘度增加，导致氧气扩散速率降低，并影响基质的吸附能力，因为磷的吸附过程是吸热反应。

COD加载率与COD去除率 (n = 174, R²= 0.89, p < 0.01) , NH₄⁺- N加载速率和去除率 (n = 181, R²= 0.79, p < 0.01) , TN加载速率和TN去除率 (n = 154,  R²= 0.74, p < 0.01) , TP加载速率和TP去除率 (n = 168, R²= 0.79, p < 0.01) 之间也存在一系列显著的线性正相关关系 (图4b)。污染物负荷与去除率之间的相关性是合乎逻辑的，因为较高的水力负荷率可以提供更多的可用污染物，从而使CWs中基质的吸附和沉淀更高。此外，微生物的生长和代谢及其相关的生物转化可以在更大的水力负荷速率下加强，因为有更多的可获得资源。最后，高有机和营养负荷可以提高水生植物的生产力，增加微生物群落的总多样性和网络复杂性，这可能有助于更紧密的微生物合作和功能。然而，过高的污染物负荷率会导致停留时间缩短，这可能导致有机物的积累和有效空隙空间的减少，从而降低去除效率。

总的来说，这些关系表明未来规模化CWs的设计和应用必须考虑气候和水力对污染物去除的影响。

7.温室气体排放

 

CWs的主要目标通常是最大限度地从废水中去除有机和氮，但这一过程可能导致大量GHG释放，增加CWs的碳足迹 (图3)。二氧化碳 (CO₂) 的排放主要来自植物、动物和微生物的呼吸，而甲烷 (CH₄) 主要由产甲烷作用产生。氧化亚氮 (N₂O) 可在硝化、随后的反硝化和硝酸盐氨化过程中产生。这些GHG可以是气态或溶解相，通过扩散或沸腾，通过水柱或通过植物的通气组织主动运输，从CWs排放到大气中。

HCWs的全球变暖潜能值表明，它们可以最大限度地减少直接GHG排放，同时减少废水污染。在整个生命周期中，与传统废水处理系统相比，CWs每去除单位COD只排放约50%的CO₂当量，并且是气候中性的，甚至可以是碳汇。尽管先前的研究结果表明CWs是气候中性的，但了解其GHG排放的驱动因素仍然很重要，这些驱动因素可能是环境 (空气温度、水深、溶解氧、太阳辐射) 或操作 (进水废水质量、进水负荷、投料方式和CWs使用年限)。

事实上，更高的流入负荷和更多的可用营养物质会提高植物生产力和微生物活动，这反过来又会促进与GHG产生和排放有关的过程。例如，较高的C/N比率将促进反硝化，但低C/N比率有利于不完全反硝化的微生物物种，从而大大增加N₂O排放。

植物的选择和管理也是调节CWs中GHG排放的重要因素。植物的存在、物候学、多样性和密度通过影响根区有机质和氧气有效性、改变微生物的多样性和丰度来影响GHG排放。这些植物增加了GHG的连续排放，但也隔离了碳——种植的湿地吸收的碳是其释放的2-15倍。湿地无脊椎动物 (如蚯蚓) 已被证明会增加GHG的产生。总的来说，一个CW的使用年限、运行和环境设置决定了它是净碳源还是碳汇，突出了设计和管理的重要性。

8.强化处理性能

 

①增加氧气供应和输送

较差的氧传递速率往往限制了处理效率，特别是在SSFCWs中。添加压缩空气的人工曝气提供了气泡，增加了CWs中的氧气传递速率，并提高了污染物的去除率。例如，该策略降低了90%的生化需氧量 (BOD)，CWs去除了垃圾渗滤液中高达60%的COD和超过90%的NH₄⁺- N，即使在寒冷条件下。该策略的早期中试和规模化应用主要是在连续 (一天24小时) 通气的SSFCWs中。间歇曝气是另一种曝气策略，它创造了交替的好氧和缺氧环境，同时促进硝化和反硝化以去除TN，同时也降低了总能源成本。该方法在中试规模的SSFCWs处理生活废水中，COD (97%，29.3 g m^?2d^?1) 、NH₄⁺-N (95%，3.5 g m^?2d^?1) 和TN (80%，3.3 g m^?2d^?1) 的去除率优于传统的CWs处理系统。此外，最佳间歇曝气使场地规模的SSFCW的CH₄排放量减少了60%，规模化的SSFCWs的N₂O排放量减少了38%，利用生物废水处理系统产生的废气对CWs进行曝气，促进了污染物的去除和微生物的丰富性和多样性，同时净化了废气。潮汐操作是解决氧转移限制的另一种有效方法，在潮汐操作下，废水有节奏地填满并排入CW，作为被动泵，通过干湿周期的反复循环将新鲜空气吸入基质。潮汐流CWs的高氧传递速率 (350 g m^?2d^?1) 可以充分满足OC和NH₄⁺-N氧化的需氧量，并有助于高TN去除率 (70%) ，特别是在处理高有机物含量的废水时。此外，潮汐流CWs使用的能量 (21kW h d^?1) 约为人工曝气CWs的一半。 然而，大多数关于间歇曝气或潮汐流CWs的研究都是在短期可控稳态条件下 (少于一年) 进行的。需要更多的试点和全面应用，以进一步证明它们的强化性能和对堵塞和植物健康的潜在负面影响。

②结合电子供体基质

CWs中的碳和/或电子供体的可用性可能不足以维持污染物的去除，例如通过微生物反硝化 (图5b)，特别是在净化低C/N废水时 (如二级流出物和硝酸盐污染的农业径流)，已经测试了各种替代基质(包括离子交换基质、吸附基质和电子供体基质) 以提高污染物去除性能。许多来自自然废物的低成本有机基质(包括麦秸、牡蛎壳、堆肥、有机木地膜、麦秸、稻壳、核桃壳和甘蔗渣) 越来越多地用于CWs的小试和中试规模研究。有了这些基质，异养反硝化作用明显改善。由于生物炭具有高吸附能力、电子交换能力和导电性等诸多优点，其他污染物 (如营养物、重金属、新出现的污染物) 在加入生物炭后可在CWs中得到有效衰减。此外，通过在硝酸盐和有机物之间有效转移电子，与不添加生物炭的系统相比，在CWs中添加生物炭可以减少27%的N₂O排放。然而，在生物炭广泛应用于CWs之前，有必要延长生物炭的寿命并展示额外的经济效益。来自天然矿石和工业或矿山废物 (如煤矸石、铁矿石和锰矿) 的其他无机基质也被广泛应用于增加养分的去除。添加这些富含Fe、Mn、Al、Ca和S的基质，可以同时增加磷沉淀和自养反硝化作用，包括硫自养反硝化、锰自养反硝化和铁基自养反硝化。这一策略可以提升有机物和营养物质的去除性能，并通过将最大功率密度提高53%来提高生产力。然而，这些基质大多数只在短期的小试规模下进行了测试，尚未在规模化湿地系统中应用，根据实验条件的不同，结果可能会有很大的不同。此外，这些基质存在潜在的问题，例如它们的寿命和更换，二次污染和可能的堵塞，必须在促进它们的广泛使用之前进行更详细的研究。此外，相对于单一基质的应用，基质的组合可以增强污染控制和环境恢复能力。因此，必须根据成本、当地可用性、可持续性和性能来仔细选择和优化CWs中的基质。

③提高低温性能

寒冷的气候条件会严重影响水力学和 (生物) 地球化学过程，并且一直是CWs不可靠的一个重要因素。植物的生理和养分吸收直接受温度和太阳辐射的控制，低温会抑制大多数污染降解微生物的生长和活性，导致净化效率低。此外，在寒冷的季节，CWs中经常出现冻结层，导致植物休眠或死亡，氧气供应不足，基质吸附位点的反应性降低，管道损坏。因此，CWs在寒冷气候下的作业被认为是有问题的，尤其是在使用FWSCWs时。在设计的CWs中，较高的水力停留时间或更大更深的床体可以部分补偿温度效应。选择耐寒植物、接种耐寒微生物和添加保温材料等其他强化策略也得到了探索。大型植物可以减少热量损失，增强氧合，保护水面不结冰，因此选择当地抗寒植物是一种经济和生态上的冷适应明智选择。Phragmites、Typha和Scirpus等潜水植物因其木质素含量高且适应性强，可用于寒冷季节地区的CWs。减少低温负面影响的另一个有前景的解决方案是在CWs中种植多种植物，因为这种生物多样性有望转化为对季节变化的情况产生更高适应性。生物强化是在寒冷条件下加速污染物降解的另一种可行方法。在该方法中，通过接种嗜冷微生物来增强微生物活性，或者引入耐寒底栖生物来促进生物扰动作用的活性。然而，在采用外来物种或微生物时，必须考虑潜在的生态风险。其他操作策略，如人工保温、人工曝气和污水再循环，已在寒冷条件下进行了试验。添加诸如植物覆盖物之类的绝缘材料可能会支持全年稳定的处理性能，这种方法已被温带和寒冷气候地区的国家采用。覆盖物作为CWs的组成部分，为了有效作用于CWs，其应具有高纤维含量以及不被二次污染，且必须均匀。污水再循环也已应用于中试和规模化CWs，以保持在寒冷气候下增加的水力动力和升高的水温。例如，在寒冷天气 (约17℃) 下，与没有再循环的CWs (19%) 相比，出水再循环比例为100%的混合CWs将TN去除率提高至66% 。人工曝气还通过增加氧气供应和提高微生物活性来加强寒冷气候下的污染物去除。然而，这些策略将增加CWs作业的总资本投资和运营成本。综上所述，在CWs中可以采用多种方法来有效地提高污染物的去除性能。需要结合不同的强化方法，以适应不同现场环境下的各种污染物。

9. 可持续发展的维护和管理

①基质堵塞的风险及预防

与CWs相关的主要操作问题是基质堵塞，特别是在SSFCWs中。当堵塞发生时，水会溢出到基质表面，这是由于基质导电性差和孔隙率低。堵塞会导致水力导电性降低，甚至会导致诸如死区或短路 (地下流体集中在CWs床底部) 等问题，从而降低水力性能，严重缩短CWs的使用寿命 (从几十年到几年)，并影响长期处理性能。堵塞是由生物膜在基质和根茎上的生长、化学沉淀物的沉积以及固体和植物碎屑的积累引起的。这些问题可能是由高水力负荷、连续作业和缺乏运维管理造成的，并可能受到基质孔隙度、水力条件、有机负荷、水深、生物膜形成、植物根系和人工曝气等因素的影响 (图5d)。然而，进水对堵塞的影响最大，因为高有机物和悬浮物负荷缩短了系统的寿命。为了防止堵塞，可能有必要通过预处理来减少或限制施加的负荷，特别是对于含有大型或复杂有机物的废水。使用厌氧或好氧预处理工艺和沉淀池(单独或组合) 可以是一个有效的解决方案。

虽然预处理是一个很好的选择，但基质的选择也很重要，因为基质的物理特性会影响SSFCWs中的物理堵塞。一般来说，基质的孔隙率越大，发生堵塞的可能性就越小。因此，基质孔隙率是选择基质的关键参考，而粒径分布对基质发生堵塞后的恢复至关重要。基质组成也影响CWs中的化学堵塞:具有高金属含量 (Ca, Fe和Al) 和导电性的基质很容易通过沉淀和吸附形成含磷的堵塞物质。生物堵塞也是影响SSFCWs长期运行的主要限制因素，这是由于生物膜分泌大量胞外聚合物质以及生物膜粘附于基质。因此，除了提供水净化外，还应考虑选择含有粗质的基质及其适当排列，以缓解堵塞。生物活性也可以防止堵塞。蚯蚓通过摄取颗粒有机物并在消化过程中将难降解的有机物转化为易于生物降解的物质来减少和修复堵塞，从而减少有机物和悬浮物的含量。蚯蚓的活动(如钻洞) 在CWs中形成微小的孔隙，也减少了堵塞，促进了植物和微生物的生长。总的来说，这些活动使CWs的水力传导性提高了60%以上。还建议应用具有强氧化性能的化学试剂 (如过氧化氢和次氯酸钠)，通过对有机物的积极氧化来提高基质的导水性来缓解堵塞。

然而，正如其他方法所指出的那样，这些行动可能导致更高的业务成本，必须优化其数量和剂量，以获得有效的治疗。每种解决方案在防止堵塞的发生方面都有优势，但持续的监控和维护是关键。

②植被管理与循环经济

植被管理和防止过度生长是CWs作业不可或缺的一部分。大型植物的分解增加了堵塞，并可能通过将有机物和营养物质释放回CWs而造成二次污染，导致去除性能差。水分蒸散和渗透过程是影响浓度和负荷减少的关键因素，不同植被类型的蒸散和渗透过程不同，需要规划和维护。此外，茂密的植被可促进CWs的蚊虫繁殖，可能造成公共卫生问题。由于植被生长可受水文条件控制，水位控制是维持FWSCWs内植被的一种简单而有力的工具。植物收获也被提出用于提高CWs的长期性能。及时收获大型植物的地上生物量可以提高10%以上的养分去除效率，但通过收获最大限度地去除养分需要适度低的进水负荷 (N负荷< 10-100 g m^?2 yr^?1,P负荷<2 - 10 g m^?2 yr^?1)，并取决于物种和生长条件。在寒冷的季节，收获对污染物去除的贡献可能会受到限制，这表明在寒冷的气候中，为了使营养最大化，需要进行季节性的植物收获。对于气候温暖地区的CWs，一年收获几次可以去除相当一部分流入的养分负荷，并可以减少GHG排放。通过为生产可再生能源和资源(如沼气、生物燃料、生物炭和可溶性蛋白质)提供材料，收集植被和其他湿地植物来源的碳对可持续发展也很重要。例如，生物炭和活性炭可以储存能量和碳，并在CWs中循环使用以提高处理性能。然而，使CWs成为一种生产系统的方法仍在发展，目前只在小试和中试规模上应用。

10.总结和未来展望

CWs是一种具有成本效益的、基于自然的水污染控制解决方案，具有多种生态功能和社会经济效益，可作为二级和三级废水处理的可靠和可持续的替代方案。在全球范围内，已经确定了至少335个场地规模的CWs，它们是自然水域的最后保障。然而，它们在改善水质方面的可持续和成功应用在很大程度上取决于优化的设计和操作、适当的管理和维护，以及可实现的强化和改造。在这里，我们确定了应解决的几个关键问题，以帮助CWs的更广泛应用。CWs的优化设计、运行和管理仍依赖于长期监测的经验参数。这里收集的数据库提供了对CWs有效性和操作的一些见解，但仅限于已发表的科学文献中报告的水力和性能信息。为了支持CWs的应用，需要一个详细而全面的全球CWs设计、运行和维护数据库。必须包括有关当地气候条件、废水性质、水力条件、基质类型、植物种类、系统类型和年龄、详细设计参数和水质参数的信息，这些信息不仅应来自研究人员，还应来自技术公司和行政当局。国际非政府组织和非营利组织(如国际水协会) 应维持这一数据库，作为研究人员、工程师和决策者的资源。进一步的工作还需要开发和改进替代预测模型，以了解各种污染物的复杂去除过程，从而有助于优化CWs的设计和运行。扩大预测模型可能有助于管理新出现的污染物(如抗生素抗性基因和微塑料)，这些污染物对CWs构成挑战，因为现有的常见污染物的做法可能无法直接适用。同时，亦应全面评估CWs在清除新出现的污染物方面的成效。必须了解去除效率、潜在的去除机制、关键影响因素以及对湿地植物和微生物的毒理学影响 (在污染物浓度、类型和暴露途径方面)。这些知识必须转化为CWs作业，以支持其优化和可持续性。此外，随着水的回收和再利用的增加，需要对水再利用的潜在环境和生态风险进行定性和定量评估，以更好地了解对下游系统甚至人类健康的影响。例如，虽然一些微污染物，如药品和个人护理产品，可以在传统的卫生设施中有效地消除其他新出现的污染物(包括全氟烷基和多氟烷基物质以及消毒副产品) 的去除往往不足，甚至有负面影响。因此，应全面评估与新出现污染物有关的生态和健康风险，利用风险商方法和采用残疾调整生命年等可量化指标，控制和管理再生水的风险。将CWs用于水处理以外的用途是我们建议进一步研究的另一个关键领域。CWs在减少水处理的碳足迹和建立循环经济方面可以发挥重要作用。一个例子是将CWs与生物电化学系统 (如微生物燃料电池) 结合起来，同时净化废水和产生能量，这可以减少碳排放。然而，这些应用尚未在实际情况 (现场测试) 的长期研究 (超过一年，覆盖湿地植物的整个生命周期) 中进行测试，需要更多的调查才能大大提高功率输出。对CWs废水处理进行碳核算，以准确评估其碳足迹，有助于对CWs进行管理，并阐明其对废水处理实现碳中和的贡献。最后，在采用和成功运作CWs方面存在挑战，尤其是在低收入和中等收入国家。需要为设计、建造、操作和维护制定切实可行和适应性强的框架，以指导它们的应用，特别是在发展中国家。这些框架应辅以对从事CWs工作人员的设计和管理方面的适当培训。需要加强科学家、工程师和管理人员之间的知识转移和数据共享来支持这些努力。因此，未来的湿地系统实施应该从设计阶段开始，努力平衡水污染物去除的长期可持续性和经济社会效益。在此背景下，城市建筑可以而且应该通过纳入绿色屋顶和绿色墙壁等特征，融入城市生态系统发展，进一步促进实现可持续发展目标的努力。