外源铁对畜禽养殖污水深度处理过程中氮去除效应的影响研究——以水平潜流人工湿地为例

The wastewater from the livestock and poultry breeding has become one of main pollution sources in water environment, which is a major threat to coordinately developing environment and economy. Horizontal subsurface flow constructed wetlands (SSF) have been attracting attention among treatment methods for advanced treatment of livestock and poultry wastewater. The nitrogen removal efficiency of the wetland systems is mainly by substrate adsorption, plant uptake, and microbial metabolism. Iron is not only an essential trace element of plant growth, but it also can change microenvironment of the wetland systems, and affect microbial activities in the wetlands, which lead to affect the nitrogen removal of SSF. In Shandong province presently, the breeding output and livestock and poultry wastewater occupy an important place in amounts of our country. And wastewater from livestock and poultry breeding would lead to aggravate agricultural nonpoint source pollution and intensify potential hidden trouble of the water environment quality and safety. Hence, this research is going to exposit the effect of the nitrogen removal efficiency and the mechanism of nitrogen migration and transformation, and the response of nitrogen removal by substrate, plant and microbe under exogenous iron. Meanwhile the distribution of iron and nitrogen in plants will be discussed under exogenous iron. Research results can provides certain academic guidance and technical support of control and management actions for the pollution of livestock and poultry breeding. At the same time, the results will be of great importance in controlling nonpoint source pollution, ensuring the harmonious development of regional water environment and human economical activity.

畜禽养殖污水已经成为水环境的重要污染源之一，严重威胁着环境与经济的协调发展。在畜禽养殖污水深度处理中，水平潜流人工湿地的作用备受关注。水平潜流人工湿地对氮素的去除作用主要通过基质吸附、植物吸收、微生物代谢等作用完成。铁元素不仅是植物生长的必需微量元素，亦能通过自身价态的改变，改变湿地系统微环境，影响微生物活动，进而影响湿地系统去除氮的能力。目前，山东省畜禽养殖和产污水量排名居全国畜禽养殖总量的前列，在规模化养殖条件下省内养殖污水必将导致农业非点源污染加剧以及区域水环境质量安全隐患加重。本项目系统研究外源铁输入对水平潜流人工湿地去除氮的环境效应和迁移转化机理的影响，揭示外源铁作用下基质、植物、微生物等对氮素去除功能的响应，并探讨铁作用下植物体内铁、氮的分布情况。研究成果将为规模化畜禽养殖污染控制和管理提供科学依据和技术支持，并对控制面源污染、保障区域水环境与人类经济活动协调发展具有重要意义。

畜禽养殖污水已经成为水环境的重要污染源之一，严重威胁着环境与经济的协调发展。在畜禽养殖污水深度处理中，水平潜流人工湿地的作用备受关注。水平潜流人工湿地对氮素的去除作用主要通过基质吸附、植物吸收、微生物代谢等作用完成。铁元素不仅是植物生长的必需微量元素，亦能通过自身价态的改变，改变湿地系统微环境，影响微生物活动，进而影响湿地系统去除氮的能力。目前，山东省畜禽养殖和产污水量排名居全国畜禽养殖总量的前列，在规模化养殖条件下省内养殖污水必将导致农业非点源污染加剧以及区域水环境质量安全隐患加重。本项目系统研究了外源铁输入对水平潜流人工湿地去除氮的环境效应和迁移转化机理的影响，揭示外源铁作用下基质、植物、微生物等对氮素去除功能的响应，并初步探讨了铁作用下植物体内铁、氮的分布情况。研究成果为规模化畜禽养殖污染控制和管理提供科学依据和技术支持，并对控制非点源污染、保障区域水环境与人类经济活动协调发展具有重要意义。主要研究结论如下：.1）高浓度的进水负荷又限制氮的去除效果，尤其是限制铵态氮的去除。水中可利用的有机质通过促进反硝化细菌的活性进而提高了TN和硝态氮的去除，其中硝态氮的去除率接近100%。揭示了畜禽养殖污水中硝态氮浓度较低的原因。.2）在芦苇生长期，添加外源铁的湿地系统中TN 的去除率均高于未添加外源铁的湿地系统，平均高出5.12-9.23%，而在成熟期，TN的去除能力与生长期相当，开花期TN的去除率平均高于对照组4.46-14.95%；整体而言对COD的去除影响不明显，其去除率均在84%以上。.3）添加Fe2+有利于人工湿地的脱氮效果，也影响了系统各层TN、NO3--N、NH4--N和COD的分层效应。未添加亚铁处理的人工湿地分层较明显，而添加亚铁处理的人工湿地分层现象不明显。.4）外源铁添加能有效延长芦苇植物的生长期，平均约延长21-30d；而且使得芦苇植物各器官积累较多的氮，而且其不同器官积累氮素的能力不同：叶>鞘>茎。