人工湿地的氮转移规律及影响因素研究

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1、摘要人工湿地的氮转移规律及影响因素研究东南大学博士研究生：黄娟导师：王世和教授随着水体富营养化日趋严峻，如何提高人工湿地对含氮污染物的净化效果．已成为人工湿地污水处理技术研究的热点。人工湿地技术发展至今，其脱氨机制多基于。黑箱”理论，有待进一步研究和完善。本文考察了水力停留时间、水位、温度、湿地构型等对潜流型人工湿地脱氮效果的影响，尝试建立遗传神经网络结合正交试验分析，藉以判断各影响因素对脱氨效果的影响程度；研究了潜流型人工湿地中含氮污染物的迁移、转化过程及降解特性，通过量化分析，明确了植物吸收、微生物降解、氨氮挥发及基质吸附等对脱氩的贡献率；通过建立氦转移

2、的生态动力学模型，对潜流型人工湿地的脱氮过程进行了理论分析和试验验证；最后，针对潜流型人工湿地低温条件下脱氮效果欠佳的问题，进行了几种强化脱氮措施的研究．研究结果表明，潜流型人工湿地脱氨效果受水力条件影响显著，最佳运行水位不应低于60cm水深，最佳HRT为5～6．5d。相同运行工况下，垂直流湿地脱氮效果高于水平流湿地：三段式水平流湿地高于单段式水平流湿地．通过对潜流型人工湿地氨化、硝化、反硝化速率的比较表明，硝化反应是微生物脱氮的限速步骤。湿地中、上层的硝化速率明显高于湿地底层，是微生物脱氮的有效空问。在湿地前段，硝化速率明显低于反硝化速率；湿地中段，硝化速

3、率有所回升。高于湿地两端，而反硝化速率差异不明显；湿地后段，硝化速率再次降低而反硝化速率略有回升。在所构建的几组湿地中，垂直流湿地的平均硝化速率高于水平流湿地：有植物湿地高于空白湿地；美人蕉、芦苇湿地高于其它植物湿地。在对潜流型人工湿地硝化、反硝化作用强度的研究中发现．湿地硝化强度与脱氮效果显著相关，一定程度上反映了湿地溶解氧及微生物状态。芦苇水平流湿地中，湿地表层硝化强度明显高于深层；表层呈中间高、两端低的趋势；深层沿程递减；在植物根际．则由根面至非根区递减。各试验湿地中，垂直流湿地的硝化强度高于水平流湿地；有植物湿地高于空白湿地；芦苇湿地高于美人蕉湿地。

4、湿地反硝化强度远大于硝化强度，说明潜流湿地具有较强的反硝化潜力。本试验中，潜流型人工湿地的溶解氧空间分布与硝化强度呈相似变化规律。测定与分析表明，潜流型湿地的面积复氧率远远低于硝化需氧量，使湿地普遍处于厌氧状态，硝化反应受到抑制。而湿地植物对系统存在一定供氧作用。植物净光合速率与湿地氧浓度、NH4+-N及TN去除率显著相关。试验所测定的几种植物的根系面积释氧量约为3．36～5．889·m-2．d～，是潜流型人工湿地的主要氧源。通过对人工湿地脲酶活性的测定与分析表明，湿地脲酶活性与TN去除率显著相关；湿地中、上层脲酶活性明显高于底层．各层均沿程下降；湿地植物对

5、脲酶活性具有重要影响，有植物湿地高东南大学博上学位论文于空白湿地，芦苇湿地高于美人蕉湿地，植物根际由根面至非根区递减。对潜流型人工湿地氮转移与降解过程的研究表明，氨挥发脱氮率低于1％，且受季节影响显著，与温度、水分蒸散量显著相关；基质仅作为中介将污染物滞留在床体内；基质附着微生物的同化降解率为28～35％；植物根系附着微生物的同化降解率为19～25％，植物直接吸收率为9～13％。采用优化遗传神经网络仿真人工湿地脱氮系统正交试验，将湿地脱氮影响因素划分为四级：影响显著(水位)、影响较大(HRT、进水NH4+-N、温度)、影响相对较小(进水pH、进水COD)和基

6、本无影响(进水TP)。以潜流型人工湿地脱氮系统为模拟目标，建立了生态动力学模型，用以模拟湿地氮转移与降解过程，模型效率约为90％。该模型完整地描述了氮在湿地复杂环境下的多介质迁移转化过程，对潜流型人工湿地氮的各种存在形态和降解过程进行了更细致的量化分析。人工湿地低温域脱氮效果不理想导致该技术的应用推广受到限制。本研究通过采取保温及局部曝气等强化脱氮措施，有效解决了湿地冬季运行效率低和易结冰的问题，对于湿地技术的推广应用具有借鉴作用。关键词：人工湿地；氨：溶解氧；污水处理ⅡAbstractAswatereutrophicationbecomesmoreandm

7、oreserious，methodstoimproveNremovalefficiencyinconstruetedwetlandshasb(_7,omeoneoftheresearchfocuses．Uptothepresent,sti¨basedoff“blackbox”theory,Nremovalmechanismin“mstnlctedwetlandawaitsadvancedresearchandimprovement．Inthisthesis,theinfluencoonNrenlovalerieetinsubsurface-flowconst

8、ructedwellandofHRT,waterle