摘要
构建湿地是加世纪７０年代兴起的污水处理生态工程技术，其具有基建投资低、运行费用少、维护管理简单等优点，继而迅速推广到世界各地。本文针对一种新型构建湿地——复合垂直流构建湿地（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｖｅｒｔｉｃａｌｆｌｏｗｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄ，ＩＶＣＷ）（由中科院水生所和德国科隆大学、奥地利维也纳农业大学共同提出）的除氮效果和机制问题。以小试系统和中试系统为基础，主要内容如下：
１．分析了ＩＶＣＷ各部分在除氮方面的贡献。构建湿地除氮主要由基质、湿地植物和微生物共同完成的，研究表明：微生物的硝化一反硝化作用占有重要地位；基质脱氮不明显；依靠植物吸收每年带走的总氨量美人蕉和菖蒲分别为１５０．９３ｋｇＮ／ｈｍ２和６６１．８８ｋｇＮ／ｈｍ２，菖蒲优于美人蕉。其中美人蕉对氮的吸收：幼龄＞中龄＞高龄、叶＞根＞茎。
２．通过向天然湖水中分别添加硝酸钾、碳酸铵和尿素配制成含不同态氮的人工污水，研究了复合垂直流人工湿地对不同含氮污水的处理效率。结果表明，
①增加硝酸钾量，随着进水硝态氮浓度的增大，ＴＮ、硝态氮的去除率先增大
后减小，亚硝态氮去除奉减小：②增加碳酸铵量，ＴＮ、氨氮去除率先增大后减小，硝态氮、亚硝态氮
去除率减小；③增加尿素量，ＴＮ的去除率先增大后减小，无机氮的去除率呈下降趋势。同时分析了不同形态氮在湿地系统中的转化机制以及系统进出水理化参数的变化。
３．研究了复合垂直流人工湿地（Ｉｖｃｗ）内部水流方向上各态氮和其它理化参数的变化。结果表明：复合垂直流人工湿地中，硝态氮、亚硝态氮、溶解氧和ｐＨ沿水流方向逐渐减小。硝态氮、亚硝态氮分别减小５６．９６％和６３．４３％；
总氮去除率为４３．６３％，可使劣Ｖ类水的总氮指标降至Ⅲ类；氮的去除主要发生在下行池，上行池因溶解氧低、有机碳不足和系统向水中释放氮的原因，脱氮效果不明显。本实验的结果表明提高ＩＶＣＷ的脱氮效率关键在于改善上行池的充氧能力，以提高湿地系统的硝化能力去除氨氮。如曝气、分段进水或对污水进行预处理使氨氮转化为硝态氮，以增强系统的反硝化脱氮效率。
此外还通过改善湿地中植物和基质的状况，来增加上行池有机碳的浓度以补充反硝化所需能量。
４．对比不同小试工艺除氮的效果进行了研究。结果表明：下行流湿地＋氧化塘对ＮＨｓ—Ｎ的去除效果最好，但氧化塘后置时塘中的藻类容易增加出水的ＴＳＳ：人工湿地中硝化作用的发生有利于ＮＨ３一Ｎ的去除，但同时也会增加出水中的Ｎ０３－浓度。利用上行流湿地可以提高对Ｎ０３－的去除率，增强湿地系统对氮的去除能力。
汪涵流鼻血关键词：复合垂直流人工湿地，基质，植物吸收，总氮，氨氮，氮变化，组合工艺
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｓａｎｅｗｋｉｎｄｓｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｏｒｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｗａｔｅｒ
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１．ＴｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓｏｆｅａｃｈｐａｒｔｏｆＩＶＣＷｉｎｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｅｒｅｔｈｅｍａｉｎｒｅｍｏｖａｌｗａｙｓｏｆｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎ；Ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｆｌａｎｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｃａｎｂｅｉｇｎｏｒｅｄ；ＴｈｅａｍｏｕｎｔｓｏｆＴＮｔｈａｔｃａｎｂｅｒｅｍｏｖａｌｂｙｈａｒｖｅｓｔｉｎｇＣａｎｎａｇｅｎｅｒａｌｉｓａｎｄＡｃｏｒｕｓｔａｒｔａｒｉｎｏｗｉｉｗｅｒｅａｂｏｕｔ１５０．９３ｋｇＮ／ｈｍ２－ｙｒａｎｄ６６１．８８ｋｇＮ／ｈｍ“ｙｒ，ＡｃｏｒｕｓｔａｒｔａｒｉｎｏｗｉｉｗａｓｂｅｔｔｅｒＣａｎｎａｇｅｎｅｒａｌｉｓ．ＡｎｄｆｏｒｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌｏｆＣａｎｎａｇｅｎｅｒａｌｉｓ：ｉｎｆａｎｃｙｐｌａｎｔｗａｓｂｅｓｔｗｈｉｌｅｏｌｄｐｌａｎｔｗａｓｌｏｗｅｓｔ．ｋ“ｏｆＣａｎｎａｇｅｎｅｒａｌｉｓｗａｓｂｅｓｔｗｈｉｌｅｓｔｅｍｗａｓ１０ｗｅｓｔ．
２．Ｂｙａｄｄｉｎｇｐｏｔａｓｓｉｕｍｎｉｔｒａｔｅ，ａｍｍｏｎｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ，ａｎｄｕｒｅａｓｅｐａｒａｔｅｌｙｔｏｔｈｅｎａｔｕｒａｌｌａｋｅｗａｔｅｒ，ｄｉ船ｒｅｎｔａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓｅｗａｇｃｓｗｅｒｅｇｏｔ．田１ｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｍｃｉｅｎｃｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｉｔｒｏｇｅｎｓｅｗａｇｅｂｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｖｅ
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３．Ｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｙｓ—ｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｃｈａｎｇｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｙｅｒｓｉｎＩＶＣＷｔｒｅａｔｉｎｇｓｅｗａｇｃｓｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｎｉｔｒａｔｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｎｉｔｒｉｔｅｎｉｔｒｏｇｅｎｗｅｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ５６．９６％ａｎｄ６３，４３％ａｌｏｎｇｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｙｗｅｒｅｄｅｏｘｉｄｉｚｅｄｔｏＮ２０ａｎｄＮ２ｂｙｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ＤｉｓｓｏｌｖｅｄｏｘｙｇｅｎｗｅｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄａｌｏｎｇｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｏｘＹｇｅｎｃｏｎｓｕｍｅｄｏｆｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄ１ｉｆｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｄｐＨｗｅｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｅｃａｕｓｅａｃｉｄｒｅｌｅａｓｅｏｆｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄａｎｄｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｌａｋｅｗａｔｅｒａｎｄｅｍｕｅｎｔｗａｔｅｒｗａｓ２．１２０ｍｇ／Ｌａｎｄ１，１９５ｍｇ／Ｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＩＶＣＷｗａｓａｗｅｌｌｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．１１１ｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｃｈｉｅｖｅｄ４３，６３％ａｎｄｔｈｅｉｎｄｅｘｏｆｔｏｔａＩｎｉｔｒｏｇｅｎｉｎｗｅｔｌａｎｄｗａｓｌｅｔｄｏｗｎｆｒｏｍｂｅｙｏｎｄＶｔｏＩＩＩｏｆｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａＩｑｕａｌｉｔｙｌｅｖｅｌｏｆｓｕｒｆａｃｅｗａｔｃｒｉｎＣｈｉｎａ．Ｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌｗａｓｍａｉｎｌｖ石榴莫怀戚
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武汉大学硕士学位论文第一章人工湿地污水处理系统
１．１背景
随着近现代工业的飞速发展、人口的不断猛增，世界各国和地区都出现了不同程度水资源短缺的问题。在一些发展中国家，由于污染使水质恶化致使水资源短缺现象更加严重。废水的处理再利用是一个重要的水资源保护战略，尤其是在水资源缺乏的地区。通过节约、废水的循环再利用来减少水资源的开发是一个切实可行的办法。发展中国家，如墨西哥、埃及、苏丹、利比亚、印度和我国已经有废水被用来灌溉作物和维持渔业的报道。虽然废水中的营养成分在肥料价值上具有经济利益，但是未经处理或半处理的废水很容易传染很多疾病１１】ｏ在发展中国家，因用未经处理的废水灌溉作物或食用稳定塘里的鱼而导致水传播疾病的现象已有报道１２Ｊ。据统计，全世界每年超过五百万人（大都是儿童）因饮用污染的水导致疾病死亡【３】。所以在污水被重新利用或排放到环境中以前，足够的处理是必要的。
因为传统的“钢筋混凝土”污水处理设旖具有少于２５－３０年的服务周期，在一些发达营家大多数处
理系统已经需要维修或者彻底更换，如何贮入资金来满足更换的需要已经迫在眉睫ｆ钔。而在发展中国家仍然有大约２０亿人没有足够的卫生设施服务，亚洲一些被污染的河流细菌数量是发达国家的１０倍【５】。高的基础结构投资，不断的更换和维护费用超出了一些发展中国家的金融支出。因此，在
发展中国家和发达国家都需要一种高效、低成本、长期的废水处理技术。１．１．１自然系统污水处理
传统的污承处理是由物理、化学和生物过程完成的，这些过程是自然成分支持（如微生物），但却是在一系列复杂的、能量聚集的机械设施中完成。因此传统的处理系统①需要消耗不可再生的化石燃料资源，②消耗不可再生资源或这些技术的副产品（如淤泥）而导致环境退化。因此，研究者试图寻一些只是由自然单元构成，低成本高效的处理方式来替代传统的处理系统。用植物净化污水目前己经得到研究者和公众的认可，继而发展了许多利用植物吸收和降解的自然系统。这些系统主要包括３类：
·水（池塘或咸水湖）系统
●陆地应用系统
●湿地系统
水自然系统将污水保留在池塘或者咸水濒中充足的时问，水中的污染物和病原菌因为自然的生物降解而去除。漂浮植物如藻类、浮萍和水风信子常常被用来支持这种生物过程。此类水自然系统包括氧化糖、兼性塘和污水稳定塘。
陆地自然处理系统利用未饱和的土壤层提供直接的滤过，或者通过固定植物根系协助植物吸收和过滤污水。此类系统包括低速渗滤系统、快速渗滤系统和地表径流系统【４】。
对已有的湿地系统监测发现湿地具有许多净化污水的潜力，在某些区域湿地
武汉大学硬士学位论文
处理污水已有ｌＯＯ多年的历史。湿地处理系统包括自然和人工湿地两种污水处理系统。
陈浩民电视剧
１．１．２自然湿地系统
湿地是分布在陆地与水体之间过渡带的综合自然体（图１．１）。《国际湿地公约》对湿地定义为：“湿地系指，不问其为天然或人工、长久或暂时性流水的沼泽地、泥炭地或承域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半成水者，包括低潮时不超过６米水深的海域．”可见湿地是一种复杂的自然综合体，不同学科研究者从不同的匿韵和角度出发，对漫地的解释不同。在生态学上，湿地是由水、永久性或阅歇性缝于东饱和状态下的基质以及水生植物和其他水生生物所组成的，是一类具有较高生产力
和较大活性、处于水陆交接榍的复杂生态系统［６－８］。
自然湿地的类型主要有：苔藓泥炭沼泽（ｂｏｇｓ）、草本泥炭沼泽（ｆｃｎｓ）、灌丛沼泽（ｓｗａｍ∞）、草率沼泽（ｍａｒｓｈｅｓ）、浅水开放水体（ｓｈａｌｌｏｗｏｐｅｎｗａｔｅｒ）和人工递地嘲。’
高水位低水位ｌ泳域ＣＡｑｕａｔｌｃ）｝湿地（ｗｒｅｔ】ａｌＩｄｓ）｝陆地（ｈｆｒｅｓｔｒｉａｌ）：：：
嘲１．１瀑地区域地形
湿地具有地表过湿、有积水；土壤潜育化以及长有喜湿植物等基本特征，属于脆弱型生态系统，生态平衡极易受到破坏，且遭受破坏后难以恢复。混地系统生产力极高，每１ｍ２湿地平均每年生产９ｇ蛋白质，是陆地生态系统的３．５倍【６１。
作为一种其有多功馥舱独特生态系统，湿地在维持河，ｌＩ径流平衡、补充地下水、调节气候、、蓄洪酶灾、净化水质等方面起着重要作愚。此外湿地中还蕴藏着丰富的生物瓷源，是生物多样性的摇篮及物种基因库，还有各种各样的矿产资源。因此湿地不仅能为人类摄供食品原料、医药、能源、水资源以及工业原料等，而且在维护生态平衡、降解环境污染等方面具有重要的应用价值和科学价值，被誉为“地球之肾”［１０ｑｚｌ。
湿地功能和效益可以概括为【１３Ｊ：
（１）提供水源：湿地常常作为居民生活用水、工业生产用水和农业灌溉用水的水源。溪流、河流、池塘、湖泊中都有可以直接利用的水。其它湿地，如泥炭沼泽森林可以成为浅水水井的水源。
（２）补充地下水：我们平时所用的水有很多是从地下开采出来的，而湿地可以为地下蓄水层补充水源。从湿地到蓄水层的水可以成为地下水系统的一部分，又可以为周羼地区的工农生产提供水源。如果湿地受到破坏或消失，就无法为地下蓄水层供水，地下水资源就会减少。
（３）调节流量，控制洪水：湿地是一个巨大的蓄水库，可以在暴雨和河流涨水期储存过量的降水，均匀地把径流放出，减弱危害下游的洪水，因此保护湿地就是保护天然储水系统。
２
>户籍登记日期