人工湿地脱氮途径及其影响因素分析[j]

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1、张政等：人工湿地脱氮途径及其影响因素分析5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

2、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张政等：人工湿地脱氮途径及其影响因素分析5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

3、，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

4、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。

5、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.1Nitrogenremovalmodelofconstructedwetland2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[11-12]。张政等：人工湿地脱氮途径及其影响因素分析5但是，当人工湿地中填充的是石灰石等介质时，湿地系统中的pH会很高，

6、此时通过挥发损失的氨氮需要考虑。近年来，关于植物叶片氨挥发引起了人们的注意，有些研究者发现了农作物叶片的氨挥发现象[13-14]，并认为是植物生长后期氮素积累降低的原因之一。目前，关于人工湿地植物氨挥发所起的作用尚不清楚。2.2沉淀及介质吸附污水中的氮可以以各种形式沉淀在湿地介质上，介质起到了拦截过滤作用。同时，也可以被植物和微生物吸收。介质可以直接吸附或离子交换固定氮。目前，人工湿地介质选择倾向多样化，从以往单一的土壤、砾石等变为其它各类岩石、矿渣、烧渣等。一般认为，湿地介质吸收的铵态氮最终也通过其它途径转化掉，因此介质对氮的吸附是短期的。但是Brix[10]认为用土壤作为潜流湿地的介质是

7、非常重要的，它不仅可以作为植物的生长介质，为微生物提供了大量的附着界面，而且可以直接通过物理化学作用净化污水。因为土壤如粘土、有机土有较大的阳离子交换能力，对氮磷的去除有重要贡献，甚至可以提高硝化作用[15-16]。Brix还发现土壤介质对氨氮的吸附是湿地去除氨氮的主要机理。NH4+被带电土壤粒子吸附，延长了离子滞留时间。Gale等[17]认为矿质土壤比有机土壤能更快的去除氮。粗沙、砾石一般不具有很大的阳离子