人工濕地的氮轉(zhuǎn)移規(guī)律及影響因素研究.pdf

1、隨著水體富營養(yǎng)化日趨嚴(yán)峻，如何提高人工濕地對含氮污染物的凈化效果，已成為人工濕地污水處理技術(shù)研究的熱點。人工濕地技術(shù)發(fā)展至今，其脫氮機(jī)制多基于“黑箱”理論，有待進(jìn)一步研究和完善。 本文考察了水力停留時間、水位、溫度、濕地構(gòu)型等對潛流型人工濕地脫氮效果的影響，嘗試建立遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合正交試驗分析，藉以判斷各影響因素對脫氮效果的影響程度；研究了潛流型人工濕地中含氮污染物的遷移、轉(zhuǎn)化過程及降解特性，通過量化分析，明確了植物吸收、微生

2、物降解、氨氮揮發(fā)及基質(zhì)吸附等對脫氮的貢獻(xiàn)率；通過建立氮轉(zhuǎn)移的生態(tài)動力學(xué)模型，對潛流型人工濕地的脫氮過程進(jìn)行了理論分析和試驗驗證；最后，針對潛流型人工濕地低溫條件下脫氮效果欠佳的問題，進(jìn)行了幾種強(qiáng)化脫氮措施的研究。 研究結(jié)果表明，潛流型人工濕地脫氮效果受水力條件影響顯著，最佳運行水位不應(yīng)低于60cm水深，最佳HRT為5～6.5d。相同運行工況下，垂直流濕地脫氮效果高于水平流濕地；三段式水平流濕地高于單段式水平流濕地。

3、通過對潛流型人工濕地氨化、硝化、反硝化速率的比較表明，硝化反應(yīng)是微生物脫氮的限速步驟。濕地中、上層的硝化速率明顯高于濕地底層，是微生物脫氮的有效空間。在濕地前段，硝化速率明顯低于反硝化速率；濕地中段，硝化速率有所回升，高于濕地兩端，而反硝化速率差異不明顯；濕地后段，硝化速率再次降低而反硝化速率略有回升。在所構(gòu)建的幾組濕地中，垂直流濕地的平均硝化速率高于水平流濕地：有植物濕地高于空白濕地；美人蕉、蘆葦濕地高于其它植物濕地。 在對

4、潛流型人工濕地硝化、反硝化作用強(qiáng)度的研究中發(fā)現(xiàn)，濕地硝化強(qiáng)度與脫氮效果顯著相關(guān)，一定程度上反映了濕地溶解氧及微生物狀態(tài)。蘆葦水平流濕地中，濕地表層硝化強(qiáng)度明顯高于深層：表層呈中間高、兩端低的趨勢；深層沿程遞減；在植物根際，則由根面至非根區(qū)遞減。各試驗濕地中，垂直流濕地的硝化強(qiáng)度高于水平流濕地；有植物濕地高于空白濕地；蘆葦濕地高于美人蕉濕地。濕地反硝化強(qiáng)度遠(yuǎn)大于硝化強(qiáng)度，說明潛流濕地具有較強(qiáng)的反硝化潛力。 本試驗中，潛流型人工濕

5、地的溶解氧空間分布與硝化強(qiáng)度呈相似變化規(guī)律。測定與分析表明，潛流型濕地的面積復(fù)氧率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硝化需氧量，使?jié)竦仄毡樘幱趨捬鯛顟B(tài)，硝化反應(yīng)受到抑制。而濕地植物對系統(tǒng)存在一定供氧作用。植物凈光合速率與濕地氧濃度、NH<,4><'+>-N及TN去除率顯著相關(guān)。試驗所測定的幾種植物的根系面積釋氧量約為3.36～5.88g·m,'-2>·d<'-1>，是潛流型人工濕地的主要氧源。 通過對人工濕地脲酶活性的測定與分析表明，濕地脲酶活性與TN

6、去除率顯著相關(guān)；濕地中、上層脲酶活性明顯高于底層，各層均沿程下降；濕地植物對脲酶活性具有重要影響，有植物濕地高于空白濕地，蘆葦濕地高于美人蕉濕地，植物根際由根面至非根區(qū)遞減。對潛流型人工濕地氮轉(zhuǎn)移與降解過程的研究表明，氨揮發(fā)脫氮率低于1％，且受季節(jié)影響顯著，與溫度、水分蒸散量顯著相關(guān)；基質(zhì)僅作為中介將污染物滯留在床體內(nèi)；基質(zhì)附著微生物的同化降解率為28～35％；植物根系附著微生物的同化降解率為19～25％，植物直接吸收率為9～13％。

7、 采用優(yōu)化遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真人工濕地脫氮系統(tǒng)正交試驗，將濕地脫氮影響因素劃分為四級：影響顯著(水位)、影響較大(HRT、進(jìn)水NH<,4><'+>-N、溫度)、影響相對較小(進(jìn)水pH、進(jìn)水COD)和基本無影響(進(jìn)水TP)。 以潛流型人工濕地脫氮系統(tǒng)為模擬目標(biāo)，建立了生態(tài)動力學(xué)模型，用以模擬濕地氮轉(zhuǎn)移與降解過程，模型效率約為90％。該模型完整地描述了氮在濕地復(fù)雜環(huán)境下的多介質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過程，對潛流型人工濕地氮的各種存在形態(tài)和降