外源铁补给对潜流人工湿地脱氮效率影响的模拟研究

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1、第13卷第3期湿地科学Vol.13No.32015年6月WETLANDSCIENCEJune2015DOI:10.13248/j.cnki.wetlandsci.2015.03.013外源铁补给对潜流人工湿地脱氮效率影响的模拟研究12*22333潘晓峰，祝惠，阎百兴，周卿伟，苏少华，王兴杰，李鹏锋(1.深圳市环境监测中心站，广东深圳518049；2.中国科学院湿地生态与环境重点实验室，中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林长春130102；3.永春县环境监测站，福建泉州362600)摘要：通过模拟

2、实验，研究不同浓度外源铁补给对种植芦苇(Phragmitesaustralis)的潜流人工湿地氮元素去除能力的影响，并初步探讨了其作用机理。结果表明，铁补给有利于促进人工湿地对水体中总氮和硝态氮的去除效率，且高浓度铁(50mg/L)的促进作用比低浓度铁(25mg/L)更强；但由于二价铁氧化过程中与铵态氮的硝化作用竞争吸氧，使铁补给仅仅促进了上层人工湿地对水体中铵态氮的净化作用，不利于下层人工湿地对铵态氮的净化。外源铁进入人工湿地系统后，其浓度迅速下降，且上层人工湿地水体中的二价铁浓度低于下层人工湿地

3、，而上层人工湿地水体中的可溶性总铁和三价铁浓度高于下层人工湿地。随着水力停留时间的增加，人工湿地水体的pH总体上先升高后降低，而氧化还原电位则先降低后升高；对pH而言，加铁处理的人工湿地水体的pH总体上低于对照组，且下层人工湿地水体的pH低于上层，对照组则相反；对于氧化还原电位，加铁处理的人工湿地水体的氧化还原电位高于对照组，且下层氧化还原电位高于上层，对照组则相反。外源铁补给可以在一定程度上促进人工湿地对总氮和硝态氮以及上层人工湿地对铵态氮的去除效率，同时，外源铁自身的浓度和形态以及系统水体的pH

4、和氧化还原电位也将发生显著变化。关键词：外源铁；人工湿地；脱氮；pH；氧化还原电位；分层效应中图分类号：X524文献标识码：A文章编号：1672-5948(2015)03-350-06人工湿地净化系统是根据自然湿地能净化污可通过优化人工湿地结构和运行参数等措施提高水的原理，由人工建造的、模拟自然湿地结构与功人工湿地对氮素的净化效率。此外，通过人工曝能的复合体，利用系统中基质、水生植物、微生物气充氧、微生物强化等措施也可在一定程度上提[9~11]的物理、化学、生物三重协同作用，通过过滤、吸高人工湿地脱

5、氮效率。然而，现有研究多集中附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实在人工湿地本身的结构设计、运行参数、辅助设施[1,2]现对污水的高效净化。人工湿地因其运行费用等方面，而在微观层面上，关于元素之间生物地球低、处理效果稳定、出水水质好等优点，在国内外化学过程对人工湿地氮元素去除效率的影响研究已被广泛应用于生活污水、工业废水、农业以及畜还不够深入。牧业等各类污水的处理，特别是在含氮废水的处有研究发现，在自然生态系统中，铁和氮元素[3~5]理方面，人工湿地可发挥显著的优势。之间存在强烈的相互作用关系

6、，被称之为“铁氮耦[12]2+3+人工湿地的脱氮途径包括硝化-反硝化、氨挥合”理论。铁氮耦合过程的本质是Fe与Fe相发、吸附和植物吸收等，其中微生物作用下的硝互转化过程与硝化、反硝化过程的耦合。研究发化-反硝化被认为是人工湿地中最主要的脱氮途现，地下水中低含量的铁对硝化作用有一定的促[6,7][13]径。人工湿地脱氮效率受多种因素影响，如人进作用；在高浓度氨氮废水中，铁对硝化作用也[14]工湿地结构、基质和植物种类、进水浓度、水力负起到了一定的促进作用。因此，理论上，对人工[8]荷、水力停留时间、p

7、H、温度、溶解氧等。因此，湿地系统补充适量的铁，可能会加快系统硝化和收稿日期：2014-11-03；修订日期：2014-12-20基金项目：国家自然科学基金项目(41101470和41471406)资助。作者简介：潘晓峰(1981-)，男，黑龙江省大庆人，博士研究生，主要研究方向为水环境污染治理。E-mail:13632707950@163.com*通讯作者：祝惠，副研究员。E-mail:zhuhui@neigae.ac.cn3期潘晓峰等：外源铁补给对潜流人工湿地脱氮效率影响的模拟研究351反硝化作

8、用的速率，进而提高其对氮元素的净化物群落达到稳定状态。2012年8月，待芦苇生长效率。本研究拟开展外源铁补给对潜流人工湿地旺盛、人工湿地微生物群落稳定后，开始正式实脱氮效率的影响研究，并初步揭示其作用机理，研验。实验以池塘水为原水，以NH4NO3(分析纯)配究结果可以为提高人工湿地对氮元素的去除能力制总氮质量浓度为20mg/L的人工湿地进水水体，提供理论依据。同时，向各装置进水水体中添加FeSO4(分析纯)，2+使进水的Fe质量浓度分别为0mg/L、25mg/L和1材