传统人工湿地有限的复氧能力和较差的氧环境使得氨氮的硝化过程往往成为湿地污水处理系统脱氮的限速步骤。合理提高人工湿地复氧能力和改善湿地中的氧环境对提高氨氮氧化能力进而提高湿地总氮脱除效果至关重要。潮汐流湿地床的强复氧能力可以强化氨氮氧化效率，但如何在维持潮汐流人工湿地强硝化能力的基础上优化系统反硝化能力，提高总氮去除率将成为潮汐流人工湿地技术脱氮发展的新挑战。本课题通过分析氮素污染物在潮汐运行过程中的迁移转化规律，探讨了潮汐流人工湿地脱氮机理。针对淹没排空时间比、基质氨氮吸附性能、复氧调控方式等因素，探究了潮汐流湿地床的脱氮优化机制，揭示潮汐流湿地脱氮能力与不同运行工艺之间的关系。同时基于污染物传质及微生物降解动力学的关系，初步建立了潮汐流人工湿地氨氮及总氮脱除效率预测模型。结果为有效地提高潮汐流湿地床脱氮效果拓展新思路，对进一步推动潮汐流人工湿地污水处理技术的发展具有重要的理论意义和工程应用价值。主要结论如下：（1）通过研究淹没排空时间和排空速率对潮汐流人工湿地总氮强化脱除的影响，发现淹没排空时间3 h:3 h更有利于系统硝化和反硝化反应的协同交替进行，相对较慢的排空速率有利于提高铵根离子与湿地基质的接触时间，增大基质的吸附量，也更有利于氧气在基质层间隙中的均匀分布，使湿地床的硝化能力大幅提高。（2）利用分别装有沸石、石英砂、生物陶粒、火山岩的潮汐流人工湿地，通过进出水氨氮和总氮的降解效率以及基质的比表面积、阳离子交换能力、电镜扫面及微生物菌群丰度和结构等表征指标，证明了基质类型对潮汐流人工湿地强化脱氮效率的影响机制。（3）通过分别模拟脉冲式氨氮进水浓度和有机物COD进水浓度以及监测潮汐流人工湿地污染物去除对脉冲负荷的响应，证明了人工湿地潮汐运行可以显著提高湿地系统对较高污染负荷的抗冲击能力。（4）探讨了潮汐流湿地耦合电化学强化脱氮除磷规律。结果表明耦合电化学的潮汐流人工湿地组合系统将潮汐流人工湿地强硝化能力与电化学强硝酸盐和磷酸盐脱除能力进行了优势互补，在潮汐过程中氨氮氧化去除效率维持在90%以上，电化学过程产生的氢离子作为点子供体推动了硝酸盐的异化还原过程，牺牲铁电极产生的絮凝剂不仅提高了磷酸盐的吸附沉淀，同时络合沉淀了硫酸盐异化还原过程中产生的硫化氢，不仅实现了污染物的高效去除，同时实现了污水的无味处理。 2100433B

硝化过程往往是氧环境较差的传统人工湿地处理系统总氮脱除的限速步骤，这使得合理改善湿地床氧环境对强化湿地系统总氮脱除效果至关重要。前期研究证明人工湿地在潮汐运行方式下具有较强的复氧效果和氨氮去除效率，但反硝化能力较弱进而限制了脱氮效率。本课题拟针对人工湿地污水处理系统，通过实验手段分析氮素污染物在潮汐运行过程中的迁移转化规律和微生物菌群响应，深入探讨人工湿地在潮汐运行方式下的强化总氮脱除规律。对比不同淹没排空时间比、基质氨氮吸附性能、复氧调控方式等因素下的总氮脱除效果、硝化反硝化强度以及脱氮菌群变化，完善潮汐湿地床在周期性淹没排空下的强化脱氮机理，力求在维持潮汐人工湿地强硝化能力的基础上协同强化反硝化能力，提高总氮脱除率。根据潮汐湿地脱氮能力与不同运行条件之间关系构建耦合多因素潮汐流湿地脱氮模型。研究成果将是对潮汐人工湿地污水强化处理的重要补充，对推动湿地污水处理技术发展具有重要的理论意义。

补充碳源的人工湿地反硝化脱氮机理研究的滞后性，严重限制了以脱氮为目的的人工湿地在低碳氮比污水中广泛应用。本课题在前期研究基础上，拟以泥炭为新型补充碳源的人工湿地为处理工艺，以二级出水（典型的低C/N污水）中的硝态氮为去除对象，以硝态氮同位素示踪、PCR-DGGE现代技术结合二级出水进出水、泥炭和植物相关监测指标为手段，从植物－碳源的耦合效应角度，对包括人工湿地硝态氮去除驱动机制、微生物学多样性及种类、酶活性、泥炭分解速率及植物生长状况等影响因素及变化规律进行系统研究，从而揭示泥炭为碳源的人工湿地反硝化脱氮机理。为补充碳源人工湿地机理研究提供新的思路和理论依据。工程上也有一定的应用价值。

近年来，随着污水处理率增加，二级出水中硝态氮的去除已越来越受到重视，而碳源是限制二级出水反硝化除氮重要限制因素。与此同时，泥炭在我国分布广泛，且正在分解产生大量的温室气体。本课题针对泥炭为人工湿地碳源去除二级出水中氮的可行性进行了研究。主要研究内容为：（1）泥炭和其他有机物为外加碳源去除二级出水中氮研究；（2）泥炭主要成分为外加碳源去除二级出水中氮研究；（3）泥炭及主要成分和植物耦合为外加碳源去除二级出水中氮研究。得出的主要结论如下： （1）在以松果、板栗带刺外壳、柱状泥炭和泥炭为外加碳源时，二级出水中总氮和硝态氮的去除效果依次为：松果>板栗带刺外壳>柱状泥炭>泥炭。 （2）在泥炭分离出的四种主要成分外加碳源时,以富里酸为外加碳,水体硝酸盐和氨氮去除效果最好。 （3）泥炭及四种主成分和植物耦合为外加碳源时，水体中对硝酸盐去除效果都很好，最后的值在0-0.5mg/L附近。此外，富里酸耦合植物为外加碳源时，水中氨氮也得到较好的去除（浓度为0.36mg/L）。 本课题研究成果为泥炭作为人工湿地反硝化碳源可行性及资源化提供科学依据，具有一定理论和实际价值。 2100433B

本项目针对人工湿地污水生态处理技术低温条件下脱氮效果差的发展瓶颈，系统研究了低温域潜流型人工湿地系统中植物、微生物、基质三者协同脱氮的生态过程，并采取一系列组合强化措施针对性地进行功能强化。本课题重点进行了以下工作：考察了低温条件下，不同植物、不同基质人工湿地污水处理系统在不同运行工况下的脱氮效果，对具有耐寒性能的湿地植物、基质进行初步筛选；针对人工湿地脱氮效果受温度影响显著的问题，从湿地床体溶解氧分布、基质酶活性、硝化反硝化作用强度、脱氮微生物脱氮能力、植物光合蒸腾生理生态特征等多方面探讨了温度效应的作用机制；研究了低温域人工湿地系统中脱氮微生物的数量、活性与多样性的沿程分布特征及其相关的基质酶活性、氮转化强度的沿程分布；详细探讨了低温域湿地植物氮吸收、根系分泌等生理生态特征，并尝试通过投加植物分泌物质以提升基质的脱氮能力及微生物数量；为了进一步探讨人工湿地系统中植物、微生物、基质三者在低温胁迫下的协同作用机制，课题研究了低温域不同湿地植物根际基质理化指标及氮转化强度、酶活性分布等指标；研究了低温域不同湿地植物根际脱氮微生物数量、活性及多样性，并对植物根际的脱氮菌种群结构进行了初步探索；研究了低温域湿地系统中脱氮微生物与基质理化指标、酶活性、氮转化强度等的相关关系。为了进一步解明低温域含氮物质在人工湿地系统内的输移、转化生态过程及机理，在以上系列研究的基础上，构建了人工湿地系统脱氮生态过程的概念结构，并建立用以表征的生态动力学模型，利用生态模型模拟了温度变化对湿地脱氮的影响，并量化模拟了湿地内各类含氮污染物的转移与去除过程，模拟数据与实测数据拟合良好。最后，针对人工湿地低温域脱氮的关键限制因子，针对性地采取植物收割、覆膜保温、串联运行、多点进水、局部曝气等组合强化措施，通过综合比较低温域净化效果，提出了有效改善的人工湿地运行措施及参数。通过研究，为揭示人工湿地低温域脱氮机理，有效提高低温域湿地运行效果，进一步挖掘人工湿地的净化功能与潜力，拓宽该技术的应用与发展提供了理论依据和技术保障。 2100433B