外文翻譯--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><b>　　理工學(xué)院</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯</p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　姓 名： 王麗沙 </p><

2、;p>　　學(xué) 號(hào)： 09L0801231 </p><p>　　外文出處： Enhancement of nitrogen removal in towery</p><p>　　hybrid constructed wetland to treat domestic wastewater </p>&

3、lt;p>　　for small rural communities </p><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

4、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

5、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，經(jīng)濟(jì)作物藺草，野茭白，有裝飾性的多花植物睡蓮，香蒲被種植在濕地中。該系統(tǒng)對(duì)總懸浮物、化學(xué)需氧量、氨氮、總氮和總磷的去除率分別為89%、85%、83%、 83% 和64%。高水力負(fù)荷和低水力負(fù)荷（16 cm/d 和

6、32 cm/d）對(duì)于塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)的性能沒(méi)有顯</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p><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

7、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

8、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)，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?？凇⒒旧纤械暮０兜乃雌饋?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

9、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)

10、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)

11、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

12、/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(lài)于很多因素如：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(lài)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(lèi)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

13、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(chēng)作硝酸鹽生產(chǎn)者的的細(xì)菌群落提供電子。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, 19

14、91)。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 and 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

15、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)

16、。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

17、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)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(mén)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

18、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：</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

19、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)，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><

20、b>　　２. 材料和方法</b></p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)描述</b></p><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

21、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

22、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.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)得的池柏的幼苗以間距0.8m間隔圍繞整個(gè)

23、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，于頭年十一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。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，在中間環(huán)形區(qū)域以的36株/m2種植密度種植香蒲。 </p><p>　　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

24、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。</p><p>&

25、lt;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-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

26、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)。植物在干燥后的稱(chēng)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）。<

27、;/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 g NaHCO3；0.3 g CaCl2·2H2O；0.2 g MgSO4； 0.00625 g FeSO4；0.006

28、25 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(xiàn)性回歸，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

29、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

30、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.

31、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 MgSO4·7H2O； 0.5 g NaHCO3； 2.5 g (NH4)2SO4；14.4mg FeCl3·6H2O； 18.

32、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>　　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

33、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&g

34、t;<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(xiàn)性相關(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>

35、</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：2.98±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NH

36、3-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)間段對(duì)于第一時(shí)間段各類(lèi)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(lèi)污染物的脫除效率是相似的（

37、p < 0.02）。</p><p>　　研究調(diào)查期間入水和出水中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)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

38、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>　　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>　　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

39、增長(zhǎng)。在水力負(fù)荷上升（16 cm/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(xiàn)（p < 0.05）。

40、 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)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

41、量,顯示出在藺草中積累的氮的含量遠(yuǎn)大于野茭白中的積累，在藺草和野茭白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></p><p>　　硝化反應(yīng)是不能從水中脫氮。但是伴隨著反硝

42、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(lèi)，硝化反應(yīng)通常在各類(lèi)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

43、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

44、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>　　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)比其他的單一或是組合形式的人工濕地，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

45、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.，1995）。由于藺草和池柏等植物生長(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

46、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)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

47、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B

48、OD5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s20%）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 e

49、t 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 and 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

50、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，

51、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

52、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

53、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

54、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)。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、

55、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

56、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

57、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

58、流和濕地植物對(duì)惡臭和令人討厭的昆蟲(chóng)（蚊子，蠓類(lèi)）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</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

59、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±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

60、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。濕地種植物的含氮量顯示出本土植物藺草是最適合濕地結(jié)構(gòu)的植物，因?yàn)樗卸旧L(zhǎng)和工業(yè)可以利用的特點(diǎn)。對(duì)于環(huán)境教育項(xiàng)目，塔式復(fù)合人工濕地結(jié)構(gòu)也提供了一個(gè)額外的好處，即美學(xué)的觀賞價(jià)值。對(duì)于濕地結(jié)構(gòu)的超過(guò)兩年的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)研究，最佳化的入水分布和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)<