潜流一表流复合人工湿地处理超低TN含量废水

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　　人工湿地是20世纪70年代兴起的一种新型处理污水方式，它利用湿地中基质、水生植物、微生物之间的相互作用，净化生活及工业污水，具有较强的脱氮除磷能力和显著的生态环境效益，能够实现废水资源化处理。国内外进行了大量有关人工湿地基质粒径和植物对废水去除效率的研究和应用。人工湿地不仅可以进行废水处理，同时湿地中的植物和基质会为微生物提供附着位点，有利于微生物的生长。

　　研究表明，不同的基质粒径和植物会影响微生物的群落。在人工湿地运行中，种植植物的脱氮效果显著优于无植物对照组，加种植物后湿地脱氮效率提高了17%?65%。LU等研究了种植不同植物与无植物对照组相比，微生物丰富度和生物多样性增加，而且相关的反硝化菌属(假单胞菌、不动杆菌、根瘤菌和芽抱杆菌)丰度增加，增强了脱氮效果。DU等发现植物的种植增加了垂直流人工湿地功能微生物的丰度，并推测假单胞菌属可能是微生物除磷吸附的主要菌属。但是，大量的研究釆用的进水TN的质量浓度为25?40mg/L的低含量污水；而进水TN的质量浓度在7.94-11.21mg/L的研究较少，且对于基质和植物种植对微生物群落的影响以及与处理效果之间关系研究较少。

　　为了系统地研究复合人工湿地对超低含量污水的净化效果及其与微生物群落的关系，研究采用构建4组潜流-表面流复合人工湿地进行实验以及高通量测序的方法，考察不同基质粒径与植物组合的复合人工湿地对超低含量污水的脱氮除磷性能以及潜流湿地微生物群落的变化，以及潜流湿地脱氮除磷性能与微生物群落的关系。

　　一、实验部分

　　1.1 复合人工湿地的构建

　　如图1所示，复合人工湿地由潜流人工湿地和表面流人工湿地组成，潜流湿地反应器尺寸为1.2mx0.4mx1.1m，表面流湿地尺寸为1.5mx0.4mx1.2m，湿地小试装置均由PVC板材构建而成。实验反应器位于重庆大学校内，实验进水采用生活污水稀释过后的超低含量污水，通入人工湿地中进行净化。

　　复合人工湿地共设置4组，分为A1、A2、B1、B2，基质为砾石，厚度均为30cm。基质上部均为30?200mm的碎石表层，厚度15cm。下部为20?40mm的碎石承托层，厚度30cm。潜流湿地与表流湿地的具体配置如表1所示





　　4组复合湿地的表面流湿地底部由厚度0.2m粒径为30?400mm的碎石承托层和0.3m的土壤组成。在4组表面流人工湿地中，均投加沉水植物、浮水植物，黒藻、金鱼藻、苦草、大萍和粉绿狐尾藻。复合人工湿地植物的种植密度为50株/m%每组复合人工湿地实验进水体积流量为120m3/d，整体水力负荷为0.12m7(m2?d)，总HRT为3d。

　　1.2 实验方法

　　复合人工湿地于2018年4月初搭建完毕并开始运行，进水方式为连续进水。实验选取5—11月的数据进行分析。进水TN、NH3-N、TP的质量浓度平均分别为(8.59±0.79)、(8.18±0.82)、(0.58±0.10)mg/L。

　　1.3 分析方法

　　TN含量测定采用碱性过硫酸钾消解分光光度法测定，TP含量测定采用过硫酸钾-铝酸镀分光光度法测定，NH3-N含量测定采用纳氏试剂分光光度法测定，DO含量采用HACH(hqlld)仪器测定。

　　使用通用细菌引物16SrRNA的5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3'禾U5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'(V3-V4区)对提取的DNA进行PCR扩增。将所有序列读数聚类到操作分类单位(OTU)(相似性阈值为97%)。高通量测序服务由上海某生物平台提供。

　　1.4 统计方法

　　用单因素方差分析(One-wayANOVA)进行差异性分析，检验数据间的差异性。所有统计分析均采用SPSS23.0版软件进行，并在P<0.05水平时被认为是显著的。

　　二、结果与讨论

　　2.1 污水的净化效果

　　复合人工湿地NH3-N，TN和TP去除率如表2所示。



　　由表2可知，NH3-N、TN、TP总去除率最高的均为Al组。潜流湿地的脱氮除磷主要发生在潜流湿地内部，表面流湿地脱氮除磷较少，因此将4组潜流湿地的脱氮除磷差异作为主要分析对象。脱氮效果最好的为A1组，与其他组有显著差异。

　　2.2 潜流湿地的净化效果

　　2.2.1 NH3-N的去除

　　图2为潜流人工湿地中进出水的NH3-N含量变化。



　　由图2可知，进水NH3-N的质量浓度平均为