提高塔式复合人工湿地处理农村生活污水的脱氮效率
每周检测现场每部分和每个环形处理单元的水温，pH，DO，TSS，COD，TN，TP和NH3-N要坚决的按照标准方法来检测控制（APHA, 1998）。
野茭白（Z. aquatica)）和蔺草（S. trigueter）在零六年十月和零七年五月分别被收割（砍掉植株所有水面上可见部分）。收割的植物在被蒸馏水洗过后在太阳下经过24小时的日照后投入105 ?C下灼烧24小时。植物在干燥后的称重作为基本分析。被干燥和研磨过的植物碎末作为总氮（TKN）测量的准备，分析方法按照标准方法（APHA, 1998）。
3.2.2 硝化及反硝化的测量
在湿地结构第三部分的前端沉淀物上层的五厘米处存在潜在的硝化反应。使用的试验介质中每公升包含：0.14g K2HPO4； 0.027 g KH2PO4； 0.59 g (NH4)2SO4；1.20 g NaHCO3；0.3 g CaCl2·2H2O；0.2 g MgSO4； 0.00625 g FeSO4；0.00625 g EDTA；1.06 gNaClO3；pH是7.5。氯化钠被用于抑制硝酸盐及亚硝酸盐的氧化。50mL沉淀污泥需要加入100mL试验介质25 ?C在震荡器150 rpm转速下培养。这种经处理过的样本在被培养2，6，20和24小时后被收集。亚硝酸盐的浓度用光度计测量。由亚硝酸盐产量和培养时间数计算出的线性回归，评估出的角系数可以计算出潜在硝化反应的量。结果以在样品中的体积损耗规范化的计算出来，最后以干重（DW）及明确的每小时每克干物质产生nmol亚硝酸盐表示。
潜在亚硝化反应速率（PDR）被用乙炔抑制设备进行测量。 沉淀物样本在第三部分的后部的四个地点采集（两个分散采集，两个呈柱状采集直径3.5 cm），并且要立即用铝箔密封以防游离氧进入沉淀物样本。这四个样本分别投入四个容积为1500mL的锥形瓶中，加入添加营养元素的营养液进行培养（15 mg/L NO3-N，72 mg/L Ca，10 mg/L Mg，27 mg/L Na，39mg/L K和2.5 mg/L PO4-P）。烧瓶顶部用氮气吹洗半个小时。烧瓶被置于旋转振荡器中60 rpm转速震荡。样本在黑暗处20 ?C培养八小时。每个小时使用注射器进行气体取样。顶部样本用气象色谱仪分析N2O的浓度（日本金岛公司气象色谱仪GC-14B），气象色谱仪带有一个电子捕获探测器操作温度340 ?C。潜在亚硝化的反应速率以mg N2O-N/m2沉淀物每小时表示。 2.2.3 微生物数量的分析
人工湿地沉淀物中的硝化和反硝化微生物使用以下培养基用最大可能数量法计算（Carter and Gregorich, 2006）。计算硝化细菌的培养基配方如下：13.5 g Na2HPO4；
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材料与方法
0.7 g KH2PO4； 0.1g MgSO4·7H2O； 0.5 g NaHCO3； 2.5 g (NH4)2SO4；14.4mg FeCl3·6H2O； 18.4mg CaCl2·7H2O； 1 L 蒸馏水；pH＝8.0。计算反硝化细菌的培养基配方如下：1.0 g KNO3； 0.1gNa2HPO4;；2.0 g Na2S2O7； 0.1g NaHCO3;；0.1 g MgCl2； 1 L 蒸馏水；pH 7.0。
用一根内径为4.7cm的玻璃管采集测量硝化和反硝化细菌的数量应远离泥水分界面（0–2 cm）及过深的深度（5–8 cm）。附着在岩石及水生植物体上的细菌剥离下来之后，然后用混合器将其溶于冷水驱散混合。经十个无菌的蒸馏水样稀释的沉淀物样本被转移到96格的包含各自培养基的微量滴定板上在28 ?C下硝化细菌培养21 d反硝化细菌培养5 d。为了确定沉淀物的干重，10 g的沉淀物在105 ?C下被隔夜烘干直至产生衡重样本。在人工湿地结构运行期间，硝化和反硝化细菌的数量要每两月进行一次计算。 3.2.4 统计分析
所有带有方差测验的统计分析都使用统计分析软件SPSS进行分析（Statistic Package for Social Science）。当p < 0.05时误差被认为是有效的。有效的误差用邓肯测试法进行评估。皮尔森相关分析适用于评估潜在反硝化效率和水力负荷之间有效的的线性相关，以及反硝化和水力负荷之间的关系。
4 结果
第二部分第三部分的出水中物理化学指标的变化在表1中给出，水的pH没有太大的变化。由于人工湿地结构第二部分的瀑布式溢流的被动充氧的原因，出水的溶解氧含量（DO）相对较大。在第二部分入水的溶解氧平均值为：1.28±0.52 mg/L，出水中的平均值为：2.98±0.38mg/L。已观测到的对总悬浮物TSS的脱除率为84.60±9.6%。氮的脱除率是较高值的，脱除NH3-N和TN平均值为：83.11±10.2%，82.85±8.5%。在第二部分NH3-N和TN的脱除率分别为：72%和29%。在第二部分的硝化作用将很大部分的氮转化成了NO3-N，54%的由第三部分的反硝化作用和其他作用转移脱除。磷的脱除率观测到在64.15±7.9%。在第二时间段对于第一时间段各类超标污染物的脱除效率更高，因为第一时间短的水力负荷较低。但在两种不同的水力负荷下各类污染物的脱除效率是相似的（p < 0.02）。
图2显示了的研究调查期间12个月的入水和出水中CODcr，NH3-N，TN和TP脱除效率。在研究期间的时间段一和时间段二中，调研中的十二个月NH3-N和TN被有效
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脱除。脱氮效率在开始10周和最后10周是最高，由于温度较高的原因。人工湿地结构在冬季也显出了对于氮、磷和有机物的较高的脱除效率。另外由于硝化和反硝化作用而导致的氮素流失的量在夏季大于（p < 0.003）在冬季。当湿地中的pH值超过极大值7.7，氨的挥发可以被忽略，这个pH值下没有足够量的氨气的生成。在两种水力负荷下（16 cm/d和 32 cm/d）的脱除效率在统计上没有显著差异。
图2.实验期间THCW进水出水中的COD，NH3-N，TN和TP含量与脱除效率
图2中同样显示在湿地运行期间磷的脱除效率在最高的水力负荷下或是在冬季没有十分显著的波动。在冬季和夏季的运行中，出水的总磷TP浓度没有显著的差异。
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结果
如图3所示，潜在硝化速率和潜在反硝化效率在最初的四个月里的随着时间增长。在水力负荷上升（16 cm/d到32 cm/d）之后的一个月，在2006年的十月到十二月之间潜在硝化速率下降，潜在反硝化速率在2006年的十月到2007年的二月之间下降。实验结束时潜在硝化反应速率没有明显上升，反硝化反应速率上升了一点。潜在硝化反应和潜在反硝化反应用硝化细菌和反硝化细菌的最有可能数目来分别计算，显出两条正相关关系很好的曲线（p < 0.05）。
表2 在THCW中硝化及反硝化细菌数量
由表2看出，在湿地结构沉淀物中的硝化细菌和反硝化细菌最可能数目大约在每克104–105数量级之间。对比硝化细菌及反硝化细菌的估算定量，湿地结构中相应的潜在硝化反应和潜在反硝化反应（图3）显示出更多数量的硝化细菌和反硝化细菌，更高的潜在硝化活动。
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为了测定植物收获后在脱氮方面的效果，在06年十月和07年五月收获的植物烘干后测量其凯氏氮（TKN）的含量,显示出在蔺草（S. trigueter）中积累的氮的含量远大于野茭白（Z. aquatica）中的积累，在蔺草（S. trigueter）和野茭白（Z. aquatica）的烘干样中平均固氮的量是6.8±0.3/kg和4.7±0.2/kg，总氮的平均吸收率分别是17.18 kg/(ha·d)和12.63 kg/(ha·d)。
5 讨论
硝化反应是不能从水中脱氮。但是伴随着反硝化反应却是许多人工湿地结构的主要脱除机理。硝化反应发生在氧气处于一个可以使严格好氧硝化细菌生长的足够高的浓度氧气含量下。硝化反应存在于所有的人工湿地结构中，但这一反应的大小又由溶解氧的量决定。因为NH3-N在许多废水中是占优势的种类，硝化反应通常在各类湿地系统中是一个限制环节。反硝化作用被认为是大多数人工湿地结构中主要的脱氮机理。无论如何，通常在废水中硝酸盐的浓度是非常低的，因此反硝化反应必须伴随硝化反应而进行。硝化反应和反硝化反应对于氧的不同需求成为了许多要求到高脱氮效率的人工湿地的障碍。
人们普遍认为当溶解氧浓度（DO）达到1.5mg/L以上时硝化反应可以发生。研究中湿地结构的出水溶解氧浓度（DO）平均值为2.22±0.13 mg/L，这个可能是由于人工湿地结构中部的塔式结构的瀑布式溢流造成的，这个溶解氧浓度是对硝化作用有利的；这个推论与沉淀物中的更多的硝化细菌的数目相一致（表2）。高的溶解氧浓度与充足由入水的支路直接注入人工湿地第二部分的有机物，减少了异养生物和硝化细菌之间对营养的争夺。因此更多的缓慢生长的硝化细菌转移到了沉淀物的表面和植物根部。
表3 THCW及其他湿地结构的脱氮效率
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