碳氧调控下垂直流人工湿地净化功能优化及微生物响应研究

以垂直流人工湿地为研究对象，从溶解氧和碳源等限制因子着手，研究碳氧分布与污染物去除的关系，探讨碳氧调控对系统净化效果的影响及微生物的响应。研究不同季节、水力条件等条件下人工湿地氧化还原功能区的分布特征，解析湿地内缺氧、缺碳区域及对系统净化功能的影响机制；研究各功能区内污染物的去除过程及所需环境条件，开展碳氧"靶位调控"，构建高效低能耗的人工湿地强化系统；探讨碳氧调控下微生物群落结构及酶活性的响应，揭示人工湿地调控去污的净化机理，为人工湿地净化功能优化奠定科学基础，为垂直流人工湿地的大规模工程应用提供科学参考。

本课题以垂直流人工湿地为研究对象，针对碳氧关键因子对系统净化效能的影响，将化学、生物工艺理论应用到生态工艺上，探讨碳氧分布与微生物种群及酶活性的动态关系，揭示湿地氧化还原功能区的分布特征；开展碳氧“靶位调控”，强化系统净化效能；探讨碳氧调控下微生物群落结构及酶活性的响应，揭示净化机理，为人工湿地净化功能优化奠定科学基础，为垂直流人工湿地的大规模工程应用提供科学考。.一、研究了垂直流人工湿地中溶解氧的时空分布特征以及湿地沿程碳和各类污染物的形态及浓度变化。发现冬季时，IVCW下行池中下层及整个上行池中的DO处于1 mg•L-1以下，限制了有机物好氧分解与硝化反应。Eh日变化夏季时受植物光合作用影响，沿水流方向IVCW系统内依次形成了好氧Ⅰ区-缺氧、厌氧区-好氧Ⅱ区三个氧化还原功能区；冬季时受到大气自然复氧的影响，仅形成了好氧区-缺氧、厌氧区两个氧化还原功能区。.二、研究了不同形态碳源调控对垂直流人工湿地系统脱氮效果的影响。筛选出羧甲基纤维素和葡萄糖作为实验液态碳源；千屈菜作为固体碳源。处理低C/N污水时，液态碳源最佳碳源补充位置是IVCW下行流湿地底层。加入1g葡萄糖后硝态氮去除率比对照组提高了11.6%。对千屈菜氨处理后促进水解释放速率效果最为显著，碳源添加位置为湿地下层时TN去除率最高。千屈菜材料在本系统中的最适宜添加量为5g。.三、研究了强化曝气等氧调控措施对系统的净化效果的影响。曝气IVCW中氧状态改善明显，四季都表现为O-A-O氧环境特征，有机物降解和硝化能力显著增强，尤其是冬、春季时BOD5、NH4+-N去除率分别提高了13.2%、15.1%。.四、研究了碳氧联合调控下人工湿地净化效果的协同与拮抗作用。研究发现，曝气促进了TSS、COD、TN、NH4+-N、TP的去除；碳源投加提高了TN、NO3--N的去除。碳氧联合调控下人工湿地对TN、NO3--N的去除表现出协同作用，对COD、NH4+-N的去除表现出独立作用，而对TSS、TP的去除表现出一定拮抗作用。碳氧联合调控措施适于“低碳高氮”污水处理。.五、研究了碳氧联合调控下微生物响应。发现碳氧联合调控下人工湿地基质微生物脱氢酶、脲酶的活性显著增强。磷酸酶与TSS、TP的去除呈正相关，脲酶与TN、NH4+-N、NO3--N的去除率呈正相关，脱氢酶与TSS、NH4+-N、COD的去除率呈正相关。