人工湿地脱氮途径及其影响因素分析-生态环境学报.DOCVIP

PAGE 1390 生态环境 第15卷第6期（2006年11月） 张政等：人工湿地脱氮途径及其影响因素分析 PAGE 1389 生态环境 2006, 15(6): 1385-1390 Ecology and Environment E-mail: editor@ 基金项目：国家高技术研究发展（“863”）计划专项(2003AA601020) 作者简介：张 政（1966－），男，博士，研究方向为水环境政策、管理及模拟。 *通讯作者，E-mail: HYPERLINK mailto:rongermmfu@163.com rongermmfu@163.com 收稿日期：200 人工湿地脱氮途径及其影响因素分析 张 政，付融冰*，顾国维，杨海真 同济大学环境科学与工程学院//污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092 摘要：简述了人工湿地脱氮模型。各种形态的氮在人工湿地系统中可以通过氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用等过程被去除。讨论了各脱氮途径对人工湿地脱氮的贡献，在大多数人工湿地的pH条件下，湿地地面氨挥发可以忽略，湿地植物叶片氨挥发量尚不清楚。湿地介质的直接吸附是短期的。植物在湿地脱氮过程中起了重要作用，但一般认为植物直接吸收和存储只占湿地脱氮的一小部分，一般低于30%。微生物的硝化/反硝化作用，是人工湿地脱氮的最主要的形式。讨论了影响人工湿地硝化作用的主要因素：溶解氧，pH和温度。大多数人工湿地的pH适合硝化作用，溶解氧和温度对湿地硝化作用的影响最大。温度不仅影响微生物的硝化作用，而且可以间接地影响植物的生长从而影响人工湿地的脱氮性能。 关键词：人工湿地；脱氮；植物吸收；硝化/反硝化作用；溶解氧；pH；温度 中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）06-1385-06 人工湿地是一种利用基质、微生物及植物的相互作用去除污染物的生态系统，具有投资少，耗能低，维护方便，环境经济效益好等特点[1-3]。根据相关研究，人工湿地能够很好地去除BOD、TSS和大肠杆菌等[4-6]，然而，大部分湿地不能很好地去除氮[7-9]。Brix研究的大部分湿地氮的去除率大多低于30%[10]。Reed和Brow报道美国大部分正在运行的人工湿地氨氮去除率都有限[8]。人工湿地不能很好地解决出水氨氮浓度高的问题，当温度降低时情况更糟。 近年来，人工湿地污水处理技术在我国得到了广泛的应用，对于人工湿地的脱氮机理的研究也倍受重视。由于人工湿地脱氮涉及因素多，过程复杂，很多因素的作用难以定量化，研究者的报道也不一，因此，人工湿地的脱氮机理研究比较困难。本文综述了当前国际上的主要的相关研究，讨论了人工湿地的脱氮途径及各途径对湿地脱氮的贡献，分析了影响湿地硝化作用的主要影响因素。 1 人工湿地脱氮模型 如图1所示，污水在流出人工湿地时，各种形态的氮会被出水部分带走，其余的在湿地系统中发生各种物理、化学和生物过程。有机氮在开始时可以通过介质和植物根系的过滤和沉淀去除，随后进行无机化过程，在氨化细菌的作用下转化为氨氮，连同进水中的氨氮被硝酸细菌转化成NO2-和NO3-，在反硝化过程中被转化为N2和N2O排出系统。湿地介质可以沉淀吸附部分氮，微生物生长也需要一定的氮。湿地植物对氨氮和硝态氮有吸收，主要是吸收硝态氮，构成植物组织的组成部分。在植物枯萎死亡的过程中，植物组织中的部分氮又以氨的形式逐渐释放到大气中或以其他形式迁移到系统中。通过收割植物可以将氮部分移出系统。 图1 人工湿地脱氮模型 Fig. 1 Nitrogen removal model of constructed wetland 2 人工湿地脱氮途径 进入湿地系统中的氮可以通过湿地排水、氨的挥发、植物吸收、微生物硝化/反硝化作用以及介质沉淀吸附等过程得到去除。 2.1 氨的挥发 湿地氨挥发包括湿地地面氨挥发和植物叶片氨挥发2部分。湿地地面氨挥发需要在系统pH大于8.0的情况下发生，一般人工湿地的pH在7.5~8.0之间，因此，通过湿地地面挥发损失的氨氮可以忽略不计[11-