污水處理外文翻譯(含原文)--提高塔式復(fù)合人工濕地處理農(nóng)村生活污水的脫氮效率

1、<p>　　提高塔式復(fù)合人工濕地處理農(nóng)村生活污水的脫氮效率</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　努力保護(hù)水源，尤其是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的飲用水源，是中國(guó)污水處理當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題。氮元素在水體富營(yíng)養(yǎng)化和對(duì)水生物的潛在毒害方面的重要作用，目前廢水脫氮已成為首要關(guān)注的焦點(diǎn)。人工濕地作為一種小型的，處理費(fèi)用較低的方法被用于處理鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水。比起

2、活性炭在脫氮方面顯示出的廣闊前景，人工濕地系統(tǒng)由于溶解氧的缺乏而在脫氮方面存在一定的制約。為了提高脫氮效率，一種新型三階段塔式混合濕地結(jié)構(gòu)----人工濕地（thcw）應(yīng)運(yùn)而生。它的第一部分和第三部分是水平流矩形濕地結(jié)構(gòu)，第二部分分三層，呈圓形，呈紊流狀態(tài)。塔式結(jié)構(gòu)中水流由頂層進(jìn)入第二層及底層，形成瀑布溢流，因此水中溶解氧濃度增加，從而提高了硝化反應(yīng)效率，反硝化效率也由于有另外的有機(jī)物的加入而得到了改善，增加反硝化速率的另一個(gè)原因是直接通

3、過(guò)旁路進(jìn)入第二部分的廢水中帶入的足量有機(jī)物。常綠植物池柏（Taxodium ascendens），經(jīng)濟(jì)作物藺草（Schoenoplectus trigueter），野茭白（Zizania aquatica），有裝飾性的多花植物睡蓮（Nymphaea tetragona），香蒲（Typha angustifolia）被種植在</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p>

4、<p>　　人工濕地；硝化作用；反硝化作用；生活污水；脫氮；硝化細(xì)菌；反硝化細(xì)菌</p><p><b>　?。? 前言</b></p><p>　　對(duì)于提高水源水質(zhì)的廣泛需求，尤其是提高飲用水水源水質(zhì)的需求是目前廢水深度處理的技術(shù)發(fā)展指向。在中國(guó)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，生活污水是直接排入湖泊、河流、土壤、海洋等水源中。這些缺乏處理的污水排放對(duì)于很多水庫(kù)、湖泊不能達(dá)到水

5、質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是有責(zé)任的。許多位于中國(guó)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的社區(qū)缺乏足夠的生活污水處理設(shè)備。由于山區(qū)地形、人口分散、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)差等原因，廢水的收集和處理是很成問(wèn)題的。由于資源短缺，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)所采取的廢水處理技術(shù)必須低價(jià)高效，并且要便于施用，能量輸入及維護(hù)費(fèi)用較低，而且要保證出水能達(dá)標(biāo)。建造在城市中基于活性污泥床的廢水集中處理廠，對(duì)于小鄉(xiāng)鎮(zhèn)缺乏經(jīng)濟(jì)適用性，主要是由于污水收集結(jié)構(gòu)的建造費(fèi)用高。</p><p>　　在另一方面，在中國(guó)

6、，許多河流、水庫(kù)、湖泊的氮含量沒(méi)有達(dá)到國(guó)家和當(dāng)?shù)氐恼臉?biāo)準(zhǔn)。雖然許多湖泊、大部分入?？?、基本上所有的海岸的水看起來(lái)都很清潔，但是氮元素仍然在水體富營(yíng)養(yǎng)化中扮演著一個(gè)主要的角色。因此相關(guān)叫做“新農(nóng)村”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布了。這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的的生活廢水必須經(jīng)過(guò)處理才能排入水源或土壤中。</p><p>　　人工濕地已經(jīng)被科學(xué)的認(rèn)識(shí)并且建造于小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的污水處理工程。人工濕地簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，具有大的緩沖能力，產(chǎn)出

7、較少的剩余污泥的，操作和維護(hù)簡(jiǎn)捷，操作和維護(hù)費(fèi)用很低。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于SS，BOD，COD的脫除效率一般情況下是良好的，但是氮的脫除尤其是氨氮的脫除在現(xiàn)在運(yùn)行的濕地系統(tǒng)中（水平流主導(dǎo)控制的濕地）是偏低的，這主要由于人工濕地中可被硝化微生物群利用的氧氣量的缺乏導(dǎo)致的。在268號(hào)歐洲濕地中給出如下數(shù)據(jù)，一般氮的脫除在表面水平流系統(tǒng)（SSHF）是大約30–40%，這意味著大約30%的氨氮（NH3-N）和39.6%的總氮被脫除。無(wú)論如何，單一數(shù)據(jù)與

8、大部分長(zhǎng)期被監(jiān)測(cè)的表面水平流系統(tǒng)在脫除氮方面是存在極大的不同的（Vymazal, 2005）。這個(gè)問(wèn)題是由于底部不合格的滲透系數(shù)及氧合作用的不足導(dǎo)致的。要達(dá)到更高的脫除效率垂直流系統(tǒng)技術(shù)一定要比較完善。但是在以上這些人工濕地的設(shè)計(jì)中氮的脫除通常是不足的。通常被認(rèn)為硝化反應(yīng)發(fā)生在濕地系統(tǒng)中，但是需要更長(zhǎng)的水力停留時(shí)間（HRT）。</p><p>　　生物硝化反硝化反應(yīng)是人工濕地系統(tǒng)脫氮最重要的機(jī)理；其他的機(jī)理比如植

9、物吸收、吸附、氨的揮發(fā)是比較次重要的（Green, 1997）。盡管植物吸收了氮，但是僅僅一小部分被植物在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)進(jìn)行重移。在收割之后計(jì)算水生植物的吸收能力，粗略的統(tǒng)計(jì)為200–2500 kg N/每年，相比而言水下植物的吸收能力較弱為（<700 kg N/每年）(Brix, 1994)。此外，如果沒(méi)有收割濕地植物，絕大部分已經(jīng)被吸收并構(gòu)成入植物機(jī)體的氮元素會(huì)伴隨腐敗過(guò)程重新回到水中。生物硝化反硝化作用依賴于很多因素如：

10、溫度、pH、堿度、電勢(shì)和可利用的溶解氧。NH3-N的脫除大部分依賴于氧氣的供應(yīng)。連續(xù)不斷的流水的反應(yīng)床是一般是厭氧的。由于植物運(yùn)輸氧氣到其根部，并在根部生長(zhǎng)了好氧微生物，因此在靠近根部的地方NH4+由如亞硝化單細(xì)胞菌此類的硝化細(xì)菌氧化為亞硝酸鹽，發(fā)生了硝化反應(yīng)，然后由帶有相同霉的細(xì)菌氧化為硝酸鹽，如硝化桿菌。隨后在濕地的一個(gè)厭氧區(qū)域擴(kuò)散并且在有乳酸或是氫氣這樣電子源存在的情況下，硝酸鹽為一個(gè)龐大的被稱作硝酸鹽生產(chǎn)者的的細(xì)菌群落提供電子。

11、硝酸鹽最后轉(zhuǎn)化為氮?dú)忉尫湃氪髿庵?Drio et al.,1</p><p>　　無(wú)論如何，由水培養(yǎng)殖產(chǎn)生的氧氣是有限的。與水生植物多寡相關(guān)的水底氧氣的釋放量據(jù)報(bào)道是在0.5-5.2g/(m2d) 左右(Caffreya and Kempb, 1991)。在人工濕地的次級(jí)生長(zhǎng)床層（VSB）表面水的溶解氧通常是偏低的。比如，次級(jí)生長(zhǎng)床層（VSB）的微型植物系統(tǒng)的溶解氧濃度通常會(huì)小于1ppm (Steinberg a

12、nd Coonrod, 1994)。許多研究已經(jīng)顯示很多大型水生植物根部的溶解氧濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于有機(jī)物氧化分解及硝化作用的需氧量。由于人工濕地結(jié)構(gòu)在次級(jí)生長(zhǎng)床層（VSB）低濃度的溶解氧，硝化作用被認(rèn)為是脫氮的限制環(huán)節(jié)。在低溶解氧的情況下硝化反應(yīng)可以發(fā)生，但其反應(yīng)速率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于當(dāng)溶解氧大于2 mg/L時(shí)的反應(yīng)速率(Grady et al.,1980)。</p><p>　　為了提高脫氮效率，通風(fēng)應(yīng)用于提高溶解氧濃度和硝

13、化反應(yīng)效率。但當(dāng)NH3-N的脫除效率提高的同時(shí)的NO3-N脫除效率則會(huì)下降(Green, 1997)。人工濕地要促進(jìn)反硝化需具備兩個(gè)環(huán)境條件：對(duì)于反硝化反應(yīng)的一個(gè)必要條件是厭氧沉淀物（氧化還原電位小于300mv）的存在；另一個(gè)條件是碳源的提供(Vymazal, 2005)。人工濕地植被脫除的氮有87%是依靠反硝化作用，剩余13%積累在沉淀和生物體中。憑借為反硝化提供有機(jī)碳和制造缺氧環(huán)境，植物體及其殘?jiān)瓦M(jìn)水的有機(jī)物共同脫除大約50%的氮

14、元素(vanOostrom,1995; Newman et al., 2000)。反硝化1 g NO3-N成為N2，相當(dāng)于消耗BOD2.86g。并且被發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳氮（質(zhì)量比）小于2.3可以限制反硝化反應(yīng)的速率。無(wú)論如何，反硝化消耗的有機(jī)物在人工濕地結(jié)構(gòu)的前端占有了主導(dǎo)位置，同時(shí)也導(dǎo)致了其后部有機(jī)物不足及反硝化效率低下。所以，如果人工濕地結(jié)構(gòu)一部分的氧氣是足夠完成NH3-N的硝化，那么氮的硝化反硝化聯(lián)合路徑可以被改良；同時(shí)也意味著在人工濕地結(jié)

15、構(gòu)的另一部分對(duì)于反硝化是厭氧且有機(jī)物充足的。</p><p>　　小型人工濕地結(jié)構(gòu)處理鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水是一門相對(duì)較新的技術(shù)，并且其物理、化學(xué)、生物的反應(yīng)流程還沒(méi)有完全弄清。綜合表面水平流、自由水流和表面垂直流的優(yōu)缺點(diǎn)，可以合并這幾種系統(tǒng)彼此互補(bǔ)。這樣可以產(chǎn)生低COD含量的出水，這種出水經(jīng)過(guò)了完全硝化和部分反硝化，因此出水的總氮濃度會(huì)更低。</p><p><b>　　研究目的：<

16、;/b></p><p>　　1.評(píng)價(jià)新型人工濕地的性能，塔式復(fù)合人工濕地（THCW），尤其是在高水力負(fù)荷的情況下脫氮效率。這種人工濕地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)瀑布形式的水流進(jìn)行被動(dòng)充氧從而提高廢水中溶解氧濃度進(jìn)而提高硝化速率，依靠直接在濕地中間部分加入原廢水提高反硝化速率，從而促進(jìn)硝化反硝化過(guò)程。</p><p>　　2.對(duì)于在人工濕地結(jié)構(gòu)中常綠多年生木本植物和草本植物共同脫除氮的效率的評(píng)價(jià)，

17、尤其是在冬季的階段，且在濕地里植物的生長(zhǎng)量對(duì)于氮的脫除是有幫助作用的。</p><p>　　3.研究表面水平流、自由水流相結(jié)合的系統(tǒng)是否在脫除和轉(zhuǎn)化廢水中污染物方面表現(xiàn)出更好的性能，尤其是脫氮方面。</p><p><b>　?。? 材料和方法</b></p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)描述</b></p>

18、;<p>　　我們研究隊(duì)伍設(shè)計(jì)的人工濕地結(jié)構(gòu)位于中國(guó)寧波某村。它包括三個(gè)部分，容積按照四十人排量設(shè)計(jì)。氣候特點(diǎn)為年降水量1300-1400mm和累計(jì)年平均氣溫16.2℃。極高極低值分別為38.8℃和-4.2℃。較冷的時(shí)間段以十二月到二月為代表并且在這個(gè)時(shí)間段里出水比較接近于8℃（最低5℃）。第一部分和第三部分8m長(zhǎng)6m寬1.0m深。反應(yīng)床有三層構(gòu)成，最底一層由厚20 cm的洗凈的礫石(2–6 cm)構(gòu)成，中間層由65 cm

19、厚的細(xì)砂(0.5–2.0 cm)粒構(gòu)成，最上層由15 cm厚的土壤(0.1–0.2 cm)構(gòu)成。底面坡度大約1%。第三部分有三個(gè)環(huán)形的單元構(gòu)成，直徑分別為7m、5m和3m，由下向上每個(gè)0.6m深，表面積近似估算為38.5m2。由頂部向低處單元的溢流會(huì)立即產(chǎn)生的瀑布似的紊流可以增大溶解氧含量和維持含氧條件。</p><p>　　圖1 塔式復(fù)合人工濕地水流示意圖：1.進(jìn)水區(qū) 2.塔式區(qū) 3.出水區(qū) 4.濕地植物 5.

20、頂部環(huán)形區(qū)域 6.中部環(huán)形區(qū)域 7.底部環(huán)形區(qū)域 8.瀑布似溢流</p><p>　　濕地結(jié)構(gòu)的底部用高密度的聚乙烯作為襯里，環(huán)形區(qū)域則是要鋪襯5cm厚的砌磚墻，為了防止污水的滲漏及污水與地下水混合。由苗圃購(gòu)得的池柏（Taxodium ascendens）的幼苗以間距0.8m間隔圍繞整個(gè)濕地結(jié)構(gòu)底部環(huán)形種植，濕地結(jié)構(gòu)地層中部種植密度為56株/m2的藺草（Schoenoplectus trigueter），于頭年十

21、一月種植第二年五月份收割。在藺草收獲后的六至十月份，以9株/m2的種植密度種植野茭白（Zizania aquatica）。在第二部分頂部的環(huán)形部分以近似6株/m2的種植密度種植睡蓮（Nymphaea tetragona），在中間環(huán)形區(qū)域以的36株/m2種植密度種植香蒲（Typha angustifolia）。</p><p>　　表1 THCW進(jìn)水和出水的物理化學(xué)特性</p><p>　　

22、80%的原污水不斷的流入濕地結(jié)構(gòu)的第一部分。20%的污水由泵直接輸入第二部分的環(huán)形結(jié)構(gòu)最高層，溢流進(jìn)入環(huán)形結(jié)構(gòu)中間一層，之后流入最后一層。此時(shí)第二部分處理污水與第一部分處理后的污水一起流入濕地結(jié)構(gòu)的第三部分并最終由其排出。水深由一個(gè)儲(chǔ)水塔控制。在第一時(shí)段，前四個(gè)月（06年5月到8月）人工濕地結(jié)構(gòu)以的16 cm/d水力負(fù)荷運(yùn)行（水力停留時(shí)間5.4 d）。第二時(shí)段，之后八個(gè)月（06年9月到07年4月）人工濕地結(jié)構(gòu)以的比較高的32 cm/d水

23、力負(fù)荷運(yùn)行（水力停留時(shí)間2.7 d）。這些生活污水在一個(gè)腐化池里先進(jìn)行預(yù)處理（表一）。</p><p><b>　　2.2 分析方法</b></p><p>　　2.2.1 化學(xué)分析</p><p>　　需每天采集第一部分的進(jìn)水，第二部分的出水（僅在后八個(gè)月），第三部分的出水，每周混合水樣的測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果搜集分析，需檢測(cè)TSS，COD，NH3-

24、N，TN，TP。每周檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)每部分和每個(gè)環(huán)形處理單元的水溫，pH，DO，TSS，COD，TN，TP和NH3-N要堅(jiān)決的按照標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)檢測(cè)控制（APHA, 1998）。</p><p>　　野茭白（Z. aquatica)）和藺草（S. trigueter）在零六年十月和零七年五月分別被收割（砍掉植株所有水面上可見(jiàn)部分）。收割的植物在被蒸餾水洗過(guò)后在太陽(yáng)下經(jīng)過(guò)24小時(shí)的日照后投入105 ?C下灼燒24小時(shí)。植物在干

25、燥后的稱重作為基本分析。被干燥和研磨過(guò)的植物碎末作為總氮（TKN）測(cè)量的準(zhǔn)備，分析方法按照標(biāo)準(zhǔn)方法（APHA, 1998）。</p><p>　　2.2.2硝化及反硝化的測(cè)量</p><p>　　在濕地結(jié)構(gòu)第三部分的前端沉淀物上層的五厘米處存在潛在的硝化反應(yīng)。使用的試驗(yàn)介質(zhì)中每公升包含：0.14g K2HPO4； 0.027 g KH2PO4； 0.59 g (NH4)2SO4；1.20

26、g NaHCO3；0.3 g CaCl2·2H2O；0.2 g MgSO4； 0.00625 g FeSO4；0.00625 g EDTA；1.06 gNaClO3；pH是7.5。氯化鈉被用于抑制硝酸鹽及亞硝酸鹽的氧化。50mL沉淀污泥需要加入100mL試驗(yàn)介質(zhì)25 ?C在震蕩器150 rpm轉(zhuǎn)速下培養(yǎng)。這種經(jīng)處理過(guò)的樣本在被培養(yǎng)2，6，20和24小時(shí)后被收集。亞硝酸鹽的濃度用光度計(jì)測(cè)量。由亞硝酸鹽產(chǎn)量和培養(yǎng)時(shí)間數(shù)計(jì)算出的線性

27、回歸，評(píng)估出的角系數(shù)可以計(jì)算出潛在硝化反應(yīng)的量。結(jié)果以在樣品中的體積損耗規(guī)范化的計(jì)算出來(lái)，最后以干重（DW）及明確的每小時(shí)每克干物質(zhì)產(chǎn)生nmol亞硝酸鹽表示。</p><p>　　潛在亞硝化反應(yīng)速率（PDR）被用乙炔抑制設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。 沉淀物樣本在第三部分的后部的四個(gè)地點(diǎn)采集（兩個(gè)分散采集，兩個(gè)呈柱狀采集直徑3.5 cm），并且要立即用鋁箔密封以防游離氧進(jìn)入沉淀物樣本。這四個(gè)樣本分別投入四個(gè)容積為1500mL的錐

28、形瓶中，加入添加營(yíng)養(yǎng)元素的營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)（15 mg/L NO3-N，72 mg/L Ca，10 mg/L Mg，27 mg/L Na，39mg/L K和2.5 mg/L PO4-P）。燒瓶頂部用氮?dú)獯迪窗雮€(gè)小時(shí)。燒瓶被置于旋轉(zhuǎn)振蕩器中60 rpm轉(zhuǎn)速震蕩。樣本在黑暗處20 ?C培養(yǎng)八小時(shí)。每個(gè)小時(shí)使用注射器進(jìn)行氣體取樣。頂部樣本用氣象色譜儀分析N2O的濃度（日本金島公司氣象色譜儀GC-14B），氣象色譜儀帶有一個(gè)電子捕獲探測(cè)器操作溫度

29、340 ?C。潛在亞硝化的反應(yīng)速率以mg N2O-N/m2沉淀物每小時(shí)表示。</p><p>　　2.2.3 微生物數(shù)量的分析</p><p>　　人工濕地沉淀物中的硝化和反硝化微生物使用以下培養(yǎng)基用最大可能數(shù)量法計(jì)算（Carter and Gregorich, 2006）。計(jì)算硝化細(xì)菌的培養(yǎng)基配方如下：13.5 g Na2HPO4；0.7 g KH2PO4； 0.1g MgSO4

30、3;7H2O； 0.5 g NaHCO3； 2.5 g (NH4)2SO4；14.4mg FeCl3·6H2O； 18.4mg CaCl2·7H2O； 1 L 蒸餾水；pH＝8.0。計(jì)算反硝化細(xì)菌的培養(yǎng)基配方如下：1.0 g KNO3； 0.1gNa2HPO4;；2.0 g Na2S2O7； 0.1g NaHCO3;；0.1 g MgCl2； 1 L 蒸餾水；pH 7.0。</p><p>　

31、　用一根內(nèi)徑為4.7cm的玻璃管采集測(cè)量硝化和反硝化細(xì)菌的數(shù)量應(yīng)遠(yuǎn)離泥水分界面（0–2 cm）及過(guò)深的深度（5–8 cm）。附著在巖石及水生植物體上的細(xì)菌剝離下來(lái)之后，然后用混合器將其溶于冷水驅(qū)散混合。經(jīng)十個(gè)無(wú)菌的蒸餾水樣稀釋的沉淀物樣本被轉(zhuǎn)移到96格的包含各自培養(yǎng)基的微量滴定板上在28 ?C下硝化細(xì)菌培養(yǎng)21 d反硝化細(xì)菌培養(yǎng)5 d。為了確定沉淀物的干重，10 g的沉淀物在105 ?C下被隔夜烘干直至產(chǎn)生衡重樣本。在人工濕地結(jié)構(gòu)運(yùn)行期

32、間，硝化和反硝化細(xì)菌的數(shù)量要每?jī)稍逻M(jìn)行一次計(jì)算。</p><p>　　2.2.4 統(tǒng)計(jì)分析</p><p>　　所有帶有方差測(cè)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析都使用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS進(jìn)行分析（Statistic Package for Social Science）。當(dāng)p < 0.05時(shí)誤差被認(rèn)為是有效的。有效的誤差用鄧肯測(cè)試法進(jìn)行評(píng)估。皮爾森相關(guān)分析適用于評(píng)估潛在反硝化效率和水力負(fù)荷之間有效的的線性

33、相關(guān)，以及反硝化和水力負(fù)荷之間的關(guān)系。</p><p><b>　　3.結(jié)果</b></p><p>　　第二部分第三部分的出水中物理化學(xué)指標(biāo)的變化在表1中給出，水的pH沒(méi)有太大的變化。由于人工濕地結(jié)構(gòu)第二部分的瀑布式溢流的被動(dòng)充氧的原因，出水的溶解氧含量（DO）相對(duì)較大。在第二部分入水的溶解氧平均值為：1.28±0.52 mg/L，出水中的平均值為：2.9

34、8±0.38mg/L。已觀測(cè)到的對(duì)總懸浮物TSS的脫除率為84.60±9.6%。氮的脫除率是較高值的，脫除NH3-N和TN平均值為：83.11±10.2%，82.85±8.5%。在第二部分NH3-N和TN的脫除率分別為：72%和29%。在第二部分的硝化作用將很大部分的氮轉(zhuǎn)化成了NO3-N，54%的由第三部分的反硝化作用和其他作用轉(zhuǎn)移脫除。磷的脫除率觀測(cè)到在64.15±7.9%。在第二時(shí)間

35、段對(duì)于第一時(shí)間段各類超標(biāo)污染物的脫除效率更高，因?yàn)榈谝粫r(shí)間短的水力負(fù)荷較低。但在兩種不同的水力負(fù)荷下各類污染物的脫除效率是相似的（p < 0.02）。</p><p>　　圖2顯示了的研究調(diào)查期間12個(gè)月的入水和出水中CODcr，NH3-N，TN和TP脫除效率。在研究期間的時(shí)間段一和時(shí)間段二中，調(diào)研中的十二個(gè)月NH3-N和TN被有效脫除。脫氮效率在開(kāi)始10周和最后10周是最高，由于溫度較高的原因。人工濕地結(jié)

36、構(gòu)在冬季也顯出了對(duì)于氮、磷和有機(jī)物的較高的脫除效率。另外由于硝化和反硝化作用而導(dǎo)致的氮素流失的量在夏季大于（p < 0.003）在冬季。當(dāng)濕地中的pH值超過(guò)極大值7.7，氨的揮發(fā)可以被忽略，這個(gè)pH值下沒(méi)有足夠量的氨氣的生成。在兩種水力負(fù)荷下（16 cm/d和 32 cm/d）的脫除效率在統(tǒng)計(jì)上沒(méi)有顯著差異。</p><p>　　圖2.實(shí)驗(yàn)期間THCW進(jìn)水出水中的COD，NH3-N，TN和TP含量與脫除效率

37、</p><p>　　圖2中同樣顯示在濕地運(yùn)行期間磷的脫除效率在最高的水力負(fù)荷下或是在冬季沒(méi)有十分顯著的波動(dòng)。在冬季和夏季的運(yùn)行中，出水的總磷TP濃度沒(méi)有顯著的差異。</p><p>　　圖3. 實(shí)驗(yàn)期間THCW第三部分沉淀物中潛在硝化及反硝化量</p><p>　　如圖3所示，潛在硝化速率和潛在反硝化效率在最初的四個(gè)月里的隨著時(shí)間增長(zhǎng)。在水力負(fù)荷上升（16 cm/

38、d到32 cm/d）之后的一個(gè)月，在2006年的十月到十二月之間潛在硝化速率下降，潛在反硝化速率在2006年的十月到2007年的二月之間下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)潛在硝化反應(yīng)速率沒(méi)有明顯上升，反硝化反應(yīng)速率上升了一點(diǎn)。潛在硝化反應(yīng)和潛在反硝化反應(yīng)用硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的最有可能數(shù)目來(lái)分別計(jì)算，顯出兩條正相關(guān)關(guān)系很好的曲線（p < 0.05）。</p><p>　　表2 在THCW中硝化及反硝化細(xì)菌數(shù)量</p&

39、gt;<p>　　由表2看出，在濕地結(jié)構(gòu)沉淀物中的硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌最可能數(shù)目大約在每克104–105數(shù)量級(jí)之間。對(duì)比硝化細(xì)菌及反硝化細(xì)菌的估算定量，濕地結(jié)構(gòu)中相應(yīng)的潛在硝化反應(yīng)和潛在反硝化反應(yīng)（圖3）顯示出更多數(shù)量的硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌，更高的潛在硝化活動(dòng)。</p><p>　　為了測(cè)定植物收獲后在脫氮方面的效果，在06年十月和07年五月收獲的植物烘干后測(cè)量其凱氏氮（TKN）的含量,顯示出在藺草

40、（S. trigueter）中積累的氮的含量遠(yuǎn)大于野茭白（Z. aquatica）中的積累，在藺草（S. trigueter）和野茭白（Z. aquatica）的烘干樣中平均固氮的量是6.8±0.3/kg和4.7±0.2/kg，總氮的平均吸收率分別是17.18 kg/(ha·d)和12.63 kg/(ha·d)。</p><p><b>　　4.討論</b&

41、gt;</p><p>　　硝化反應(yīng)是不能從水中脫氮。但是伴隨著反硝化反應(yīng)卻是許多人工濕地結(jié)構(gòu)的主要脫除機(jī)理。硝化反應(yīng)發(fā)生在氧氣處于一個(gè)可以使嚴(yán)格好氧硝化細(xì)菌生長(zhǎng)的足夠高的濃度氧氣含量下。硝化反應(yīng)存在于所有的人工濕地結(jié)構(gòu)中，但這一反應(yīng)的大小又由溶解氧的量決定。因?yàn)镹H3-N在許多廢水中是占優(yōu)勢(shì)的種類，硝化反應(yīng)通常在各類濕地系統(tǒng)中是一個(gè)限制環(huán)節(jié)。反硝化作用被認(rèn)為是大多數(shù)人工濕地結(jié)構(gòu)中主要的脫氮機(jī)理。無(wú)論如何，通常在

42、廢水中硝酸鹽的濃度是非常低的，因此反硝化反應(yīng)必須伴隨硝化反應(yīng)而進(jìn)行。硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)對(duì)于氧的不同需求成為了許多要求到高脫氮效率的人工濕地的障礙。</p><p>　　人們普遍認(rèn)為當(dāng)溶解氧濃度（DO）達(dá)到1.5mg/L以上時(shí)硝化反應(yīng)可以發(fā)生。研究中濕地結(jié)構(gòu)的出水溶解氧濃度（DO）平均值為2.22±0.13 mg/L，這個(gè)可能是由于人工濕地結(jié)構(gòu)中部的塔式結(jié)構(gòu)的瀑布式溢流造成的，這個(gè)溶解氧濃度是對(duì)硝化作用

43、有利的；這個(gè)推論與沉淀物中的更多的硝化細(xì)菌的數(shù)目相一致（表2）。高的溶解氧濃度與充足由入水的支路直接注入人工濕地第二部分的有機(jī)物，減少了異養(yǎng)生物和硝化細(xì)菌之間對(duì)營(yíng)養(yǎng)的爭(zhēng)奪。因此更多的緩慢生長(zhǎng)的硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)移到了沉淀物的表面和植物根部。</p><p>　　表3 THCW及其他濕地結(jié)構(gòu)的脫氮效率</p><p>　　塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)氮的脫除率大約為1440 gN/m2每年。對(duì)比其他的單一或

44、是組合形式的人工濕地（表3），塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)顯示出更高的脫氮效率，對(duì)的NH3-N脫除效率更是比得上混合系統(tǒng)的效率。無(wú)論如何塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)對(duì)于總氮TN的脫除效率高于單獨(dú)結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)（Cooper, 1999；Platzer，1999；Kyambadde et al，2005），硝化和反硝化的結(jié)合可以改良濕地結(jié)構(gòu)的性能。濕地通常包括幾種可能的氮的脫除機(jī)理，但是對(duì)于長(zhǎng)期氮脫除的機(jī)理被認(rèn)為是反硝化作用（Reed et al.，19

45、95）。由于藺草（S.trigueter）和池柏（T.ascendens）等植物生長(zhǎng)影響的原因，人工濕地在冬季也顯示出較高的氮的，磷的，有機(jī)物的脫除效率。</p><p>　　相比而言，據(jù)報(bào)道以色列的一個(gè)表面自由水流系統(tǒng)（FWS）的試點(diǎn)濕地結(jié)構(gòu)使用睡蓮作為生活污水的初級(jí)處理，在22 cm/d的水力負(fù)荷下成本降低超過(guò)了60%，氮的脫除率10–20%，并伴有少量磷的脫除（Ran et al.，2004）。盡管在第二時(shí)

46、段的水力負(fù)荷增加了將近一倍，但是總磷的脫除效率是和第一時(shí)間段一樣是高的，而且這個(gè)結(jié)論與其他研究結(jié)論相吻合（Kyambadde et al.，2005; Tuncsiper, 2007）。以上支持了一個(gè)事實(shí)，即：植物對(duì)磷的的吸收能力和濕地結(jié)構(gòu)床層的沉淀吸附作用是有限的。磷的脫除主要受水溫的影響。</p><p>　　在低水力負(fù)荷下，濕地結(jié)構(gòu)對(duì)于所有過(guò)量染污的脫除效率是更高的。Sun et al.（1998）表明水平

47、流系統(tǒng)中當(dāng)水力負(fù)荷超過(guò)0.3 kg／(m2 d)時(shí)，隨著水力負(fù)荷的增加有機(jī)物脫除率減少，但這對(duì)本文研究的塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)卻沒(méi)有影響。因此與自由水表面積系統(tǒng)形成了對(duì)比。在水力負(fù)荷上升之后的，化學(xué)需氧量COD被顯示下降了同時(shí)生物需氧量BOD5卻沒(méi)有改變（Ran et al., 2004）。這表明在低水力負(fù)荷下水力效率更高，這一數(shù)據(jù)在不同的濕地結(jié)構(gòu)中同樣是成比例的。塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)COD的去除率沒(méi)有預(yù)期高，可能是因?yàn)槲鬯胨幸恢罚?/p>

48、約20%）直接注入中間部分，導(dǎo)致污水的水力停留時(shí)間不足。對(duì)于NH3-N的脫除在第二時(shí)間段一個(gè)較短的水力停留時(shí)間（2.7 d）里可以達(dá)到或是超過(guò)單獨(dú)的濕地結(jié)構(gòu)的脫除效率（Kyambadde et al., 2005；Tuncsiper et al., 2006；Tuncsiper，2007）。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于表面水平流系統(tǒng)水力停留時(shí)間為2d時(shí)可達(dá)到最高的脫除效率，表面自由流系統(tǒng)則是6d，更長(zhǎng)的水力停留時(shí)間對(duì)于氮的脫除可能沒(méi)有幫助。Reed a

49、nd Brown (</p><p>　　通常，沉淀物是濕地結(jié)構(gòu)反硝化反應(yīng)發(fā)生的主要場(chǎng)所。對(duì)于水中脫氮植物上附著的懸浮生物群落的反硝化作用對(duì)于濕地結(jié)構(gòu)中所有的反硝化作用有重大貢獻(xiàn)。塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)中潛在硝化反應(yīng)和潛在反硝化反應(yīng)比其他已報(bào)道的數(shù)字要高，可能更高的有效溶解氧對(duì)硝化細(xì)菌是有利的，更高的有機(jī)碳的量對(duì)于反硝化細(xì)菌有利，這對(duì)濕地結(jié)構(gòu)混合種植的植物也有幫助。Bachand and Horne (2000)記

50、錄到混合種植大型植物的濕地結(jié)構(gòu)比種植單一植物的濕地結(jié)構(gòu)有更高的脫氮效率。Bastviken et al. (2005)發(fā)現(xiàn)水底生長(zhǎng)的植物比水面生長(zhǎng)的植物有更高的反硝化能力。盡管塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)的大型植物都是浮于水面的而且相繼被收割，但植物水下的一部分仍然在濕地中；這給細(xì)菌提供了有機(jī)碳源和附著生長(zhǎng)場(chǎng)所。</p><p>　　酸探針DNA雜配法（DNA–DNA hybridization）顯示出大部分細(xì)菌生活在土

51、壤上層（5 cm）。反硝化探針顯示出反硝化細(xì)菌主要生活在植物的根部，如塊莖和鮮嫩的根。所以反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)范圍是遠(yuǎn)離泥水分界面的（0–2 cm），也遠(yuǎn)離更深的深度（5–8 cm）。由水力負(fù)荷的變化引起的微生物活性的改變有滯后性，這使得這個(gè)參數(shù)（反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)范圍）不存在一定誤差。由于塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)瀑布式溢流帶來(lái)的被動(dòng)充氧導(dǎo)致的更高的溶解氧濃度對(duì)更高的潛在反硝化反應(yīng)率有幫助，硝化細(xì)菌數(shù)目的增加了約兩倍，接近于在其他報(bào)道中顯示出的反

52、硝化細(xì)菌的數(shù)目（Bastviken et al., 2003; He et al., 2004）。</p><p>　　在丹麥一個(gè)峽灣的污泥中，反硝化反應(yīng)通過(guò)氮的同位素15N的數(shù)目測(cè)定，由乙炔抑制技術(shù)檢測(cè)顯示，在污泥上部一厘米處反硝化能力是最強(qiáng)的，底部則是最弱的。這和我們的研究結(jié)果是一致的，多的反硝化反應(yīng)在污泥的上部發(fā)生，這可能是由于缺乏大型植物導(dǎo)致的。我們的研究與他們的報(bào)道一致的還有，反硝化在夏季和秋季到達(dá)最大

53、活性（Joergensen, 1989）。</p><p>　　到目前為止，對(duì)于濕地結(jié)構(gòu)中的關(guān)于潛在硝化反應(yīng)的數(shù)據(jù)仍然是欠缺的。由于文獻(xiàn)的限制，分析方法的不同，對(duì)于潛在硝化反應(yīng)和潛在反硝化反應(yīng)的表示方法的不同等原因，使得比較本論文研究結(jié)果與之前相關(guān)研究結(jié)果之間的差異變得有些困難。在未來(lái)，詳細(xì)的調(diào)查結(jié)果可能會(huì)發(fā)表。</p><p>　　據(jù)估計(jì)廢水中僅有5–10%的氮元素被植物固定在植物體內(nèi)。

54、因此植物體固定的氮對(duì)于流入人工濕地的氮的含量是無(wú)關(guān)緊要的，并且濕地結(jié)構(gòu)中的大型植物的性能是沒(méi)有顯著的不同的，大部分與濕地植物處理廢水有關(guān)的功能都是物理作用。然而，濕地植物基于他們的特點(diǎn)及屬性而具有了相對(duì)的優(yōu)缺點(diǎn)，被公認(rèn)的有作為畜用飼料、工業(yè)產(chǎn)品的原材料和一定的美學(xué)觀賞價(jià)值。這些特點(diǎn)形成了選擇濕地植物標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，除此之外還有植物的外觀（Mbuligwe, 2004）。冬季濕地結(jié)構(gòu)性能的下降可以歸因于植物的衰老和死亡。因此，濕地結(jié)構(gòu)必須設(shè)法

55、在冬季也保持一定植物的生長(zhǎng)。塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)植物應(yīng)在所有農(nóng)作物及當(dāng)?shù)氐谋就林参镏羞x擇。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民可以很容易的管理濕地結(jié)構(gòu)和收獲濕地植物，避免由于植物腐爛而導(dǎo)致的氮從新流回水中的情況。盡管記錄中濕地大型植物對(duì)于氮的吸收量是相當(dāng)可觀的，很少的關(guān)注給于樹(shù)種的選擇。濕地種植了木本常綠植物和草本植物，為了確保冬季濕性能不要因?yàn)橹参锼劳龌虮皇崭疃霈F(xiàn)較大的削減。此外，為了濕地有個(gè)漂亮的外觀和呈現(xiàn)出大型植物的美學(xué)觀賞價(jià)值，有花的植物應(yīng)被選擇種植在濕

56、地結(jié)構(gòu)的上層區(qū)域，那種高的常綠植物因被種植在較低的區(qū)域。一種樹(shù)名</p><p>　　本地植物藺草對(duì)于濕地結(jié)構(gòu)的氮的脫除有很大優(yōu)勢(shì)。這種植物于頭年十一月播種第二年五月收割，它不像大部分濕地植物在冬季會(huì)開(kāi)始衰老或是死亡。藺草纖細(xì)多枝的莖，它會(huì)給硝化細(xì)菌提供一個(gè)有利的生長(zhǎng)環(huán)境。假定植物被收割后帶有全部氮消除量的10%。相對(duì)應(yīng)的，濕地結(jié)構(gòu)中50%的氮的脫除是依靠反硝化作用和其他次級(jí)反應(yīng)，確定排除濕地反硝化作用的植物的脫

57、氮作用貫穿整個(gè)研究時(shí)期。情況是這樣的，由于濕地結(jié)構(gòu)中對(duì)氮元素的轉(zhuǎn)化是非常復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的流程，而且有很多因素（溫度，pH，植物的吸收，氨的揮發(fā)）直接或間接的影響著系統(tǒng)的處理性能。</p><p>　　塔結(jié)構(gòu)的瀑布式溢流和濕地植物對(duì)惡臭和令人討厭的昆蟲(chóng)（蚊子，蠓類）繁殖的限制作用是顯而易見(jiàn)的，因此濕地結(jié)構(gòu)可以被安全的放置在它所服務(wù)的社區(qū)附近。</p><p><b>　　5.結(jié)論<

58、;/b></p><p>　　該研究顯示，塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)可以有效處理許多污染物，第一部分的處理目標(biāo)為總懸浮物TSS和生物需氧量，第二個(gè)塔式部分的處理目標(biāo)是硝化，第三部分的目標(biāo)是反硝化。使用塔式結(jié)構(gòu)的瀑布式水流而帶來(lái)被動(dòng)充氧以及由旁路直接注入第二部分的原污水，在促進(jìn)硝化和反硝化方面的顯示出了很大的促進(jìn)。對(duì)于總懸浮物TSS，化學(xué)需氧量COD，氨氮NH3-N，總氮TN，總磷TP的脫除效率分別為：88.57&

59、#177;16.3%，84.60±9.6%，83.11±10.2%，82.85±8.5%，64.15±7.9%。顯然，我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)在高的水力負(fù)荷下對(duì)于初級(jí)生活污水有一個(gè)高的脫氮能力。濕地結(jié)構(gòu)污泥里的硝化細(xì)菌的數(shù)量較高，但反硝化細(xì)菌數(shù)量對(duì)于其他報(bào)道來(lái)說(shuō)相對(duì)偏低。潛在硝化反應(yīng)和潛在反硝化反應(yīng)的數(shù)目是與硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌數(shù)目相一致的。在濕地結(jié)構(gòu)中硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)是脫氮運(yùn)行的主要機(jī)理。濕地種植物的