结果
塔式复合人工湿地结构氮的脱除率大约为1440 gN/m2每年。对比其他的单一或是组合形式的人工湿地（表3），塔式复合人工湿地结构显示出更高的脱氮效率，对的NH3-N脱除效率更是比得上混合系统的效率。无论如何塔式复合人工湿地结构对于总氮TN的脱除效率高于单独结构和复合结构（Cooper, 1999；Platzer，1999；Kyambadde et al，2005），硝化和反硝化的结合可以改良湿地结构的性能。湿地通常包括几种可能的氮的脱除机理，但是对于长期氮脱除的机理被认为是反硝化作用（Reed et al.，1995）。由于蔺草（S.trigueter）和池柏（T.ascendens）等植物生长影响的原因，人工湿地在冬季也显示出较高的氮的，磷的，有机物的脱除效率。
相比而言，据报道以色列的一个表面自由水流系统（FWS）的试点湿地结构使用睡莲作为生活污水的初级处理，在22 cm/d的水力负荷下成本降低超过了60%，氮的脱除率10–20%，并伴有少量磷的脱除（Ran et al.，2004）。尽管在第二时段的水力负荷增加了将近一倍，但是总磷的脱除效率是和第一时间段一样是高的，而且这个结论与其他研究结论相吻合（Kyambadde et al.，2005; Tuncsiper, 2007）。以上支持了一个事实，即：植物对磷的的吸收能力和湿地结构床层的沉淀吸附作用是有限的。磷的脱除主要受水温的影响。
在低水力负荷下，湿地结构对于所有过量染污的脱除效率是更高的。Sun et al.（1998）表明水平流系统中当水力负荷超过0.3 kg／(m2 d)时，随着水力负荷的增加有机物脱除率减少，但这对本文研究的塔式复合人工湿地结构却没有影响。因此与自由水表面积系统形成了对比。在水力负荷上升之后的，化学需氧量COD被显示下降了同时生物需氧量BOD5却没有改变（Ran et al., 2004）。这表明在低水力负荷下水力效率更高，这一数据在不同的湿地结构中同样是成比例的。塔式复合人工湿地结构COD的去除率没有预期高，可能是因为污水入水有一支路（约20%）直接注入中间部分，导致污水的水力停留时间不足。对于NH3-N的脱除在第二时间段一个较短的水力停留时间（2.7 d）里可以达到或是超过单独的湿地结构的脱除效率（Kyambadde et al., 2005；Tuncsiper et al., 2006；Tuncsiper，2007）。研究发现对于表面水平流系统水力停留时间为2d时可达到最高的脱除效率，表面自由流系统则是6d，更长的水力停留时间对于氮的脱除可能没有帮助。Reed and Brown (1995)指出，在氨浓度达到2mg/L的表面流湿地系统处于生长季节时，6–8d的水力停留时间是必须保证的。
通常，沉淀物是湿地结构反硝化反应发生的主要场所。对于水中脱氮植物上附着
第 11 页 （共 14 页）
提高塔式复合人工湿地处理农村生活污水的脱氮效率
的悬浮生物群落的反硝化作用对于湿地结构中所有的反硝化作用有重大贡献。塔式复合人工湿地结构中潜在硝化反应和潜在反硝化反应比其他已报道的数字要高，可能更高的有效溶解氧对硝化细菌是有利的，更高的有机碳的量对于反硝化细菌有利，这对湿地结构混合种植的植物也有帮助。Bachand and Horne (2000)记录到混合种植大型植物的湿地结构比种植单一植物的湿地结构有更高的脱氮效率。Bastviken et al. (2005)发现水底生长的植物比水面生长的植物有更高的反硝化能力。尽管塔式复合人工湿地结构的大型植物都是浮于水面的而且相继被收割，但植物水下的一部分仍然在湿地中；这给细菌提供了有机碳源和附着生长场所。
酸探针DNA杂配法（DNA–DNA hybridization）显示出大部分细菌生活在土壤上层（5 cm）。反硝化探针显示出反硝化细菌主要生活在植物的根部，如块茎和鲜嫩的根。所以反硝化细菌的生长范围是远离泥水分界面的（0–2 cm），也远离更深的深度（5–8 cm）。由水力负荷的变化引起的微生物活性的改变有滞后性，这使得这个参数（反硝化细菌的生长范围）不存在一定误差。由于塔式复合人工湿地结构瀑布式溢流带来的被动充氧导致的更高的溶解氧浓度对更高的潜在反硝化反应率有帮助，硝化细菌数目的增加了约两倍，接近于在其他报道中显示出的反硝化细菌的数目（Bastviken et al., 2003; He et al., 2004）。
在丹麦一个峡湾的污泥中，反硝化反应通过氮的同位素15N的数目测定，由乙炔抑制技术检测显示，在污泥上部一厘米处反硝化能力是最强的，底部则是最弱的。这和我们的研究结果是一致的，多的反硝化反应在污泥的上部发生，这可能是由于缺乏大型植物导致的。我们的研究与他们的报道一致的还有，反硝化在夏季和秋季到达最大活性（Joergensen, 1989）。
到目前为止，对于湿地结构中的关于潜在硝化反应的数据仍然是欠缺的。由于文献的限制，分析方法的不同，对于潜在硝化反应和潜在反硝化反应的表示方法的不同等原因，使得比较本论文研究结果与之前相关研究结果之间的差异变得有些困难。在未来，详细的调查结果可能会发表。
据估计废水中仅有5–10%的氮元素被植物固定在植物体内。因此植物体固定的氮对于流入人工湿地的氮的含量是无关紧要的，并且湿地结构中的大型植物的性能是没有显著的不同的，大部分与湿地植物处理废水有关的功能都是物理作用。然而，湿地植物基于他们的特点及属性而具有了相对的优缺点，被公认的有作为畜用饲料、工业
第 12 页 （共 14 页）
讨论
产品的原材料和一定的美学观赏价值。这些特点形成了选择湿地植物标准的基础，除此之外还有植物的外观（Mbuligwe, 2004）。冬季湿地结构性能的下降可以归因于植物的衰老和死亡。因此，湿地结构必须设法在冬季也保持一定植物的生长。塔式复合人工湿地结构植物应在所有农作物及当地的本土植物中选择。当地农民可以很容易的管理湿地结构和收获湿地植物，避免由于植物腐烂而导致的氮从新流回水中的情况。尽管记录中湿地大型植物对于氮的吸收量是相当可观的，很少的关注给于树种的选择。湿地种植了木本常绿植物和草本植物，为了确保冬季湿性能不要因为植物死亡或被收割而出现较大的削减。此外，为了湿地有个漂亮的外观和呈现出大型植物的美学观赏价值，有花的植物应被选择种植在湿地结构的上层区域，那种高的常绿植物因被种植在较低的区域。一种树名叫池柏（T. ascendens）的植物被选中，因为是本地的水生植物，可以在浸满水的湿地生长，并且在城乡建筑中常常被用到。
本地植物蔺草对于湿地结构的氮的脱除有很大优势。这种植物于头年十一月播种第二年五月收割，它不像大部分湿地植物在冬季会开始衰老或是死亡。蔺草纤细多枝的茎，它会给硝化细菌提供一个有利的生长环境。假定植物被收割后带有全部氮消除量的10%。相对应的，湿地结构中50%的氮的脱除是依靠反硝化作用和其他次级反应，确定排除湿地反硝化作用的植物的脱氮作用贯穿整个研究时期。情况是这样的，由于湿地结构中对氮元素的转化是非常复杂和动态的流程，而且有很多因素（温度，pH，植物的吸收，氨的挥发）直接或间接的影响着系统的处理性能。
塔结构的瀑布式溢流和湿地植物对恶臭和令人讨厌的昆虫（蚊子，蠓类）繁殖的限制作用是显而易见的，因此湿地结构可以被安全的放置在它所服务的社区附近。 5 结论
该研究显示，塔式复合人工湿地结构可以有效处理许多污染物，第一部分的处理目标为总悬浮物TSS和生物需氧量，第二个塔式部分的处理目标是硝化，第三部分的目标是反硝化。使用塔式结构的瀑布式水流而带来被动充氧以及由旁路直接注入第二部分的原污水，在促进硝化和反硝化方面的显示出了很大的促进。对于总悬浮物TSS，化学需氧量COD，氨氮NH3-N，总氮TN，总磷TP的脱除效率分别为：88.57±16.3%，84.60±9.6%，83.11±10.2%，82.85±8.5%，64.15±7.9%。显然，我们设计的系统在高的水力负荷下对于初级生活污水有一个高的脱氮能力。湿地结构污泥里的硝化细菌的数量较高，但反硝化细菌数量对于其他报道来说相对偏低。潜在硝化反应和潜在
第 13 页 （共 14 页）
提高塔式复合人工湿地处理农村生活污水的脱氮效率
反硝化反应的数目是与硝化细菌和反硝化细菌数目相一致的。在湿地结构中硝化反应和反硝化反应是脱氮运行的主要机理。湿地种植物的含氮量显示出本土植物蔺草是最适合湿地结构的植物，因为它有冬季生长和工业可以利用的特点。对于环境教育项目，塔式复合人工湿地结构也提供了一个额外的好处，即美学的观赏价值。对于湿地结构的超过两年的现场检测研究，最佳化的入水分布和结构设计将会在将来的研究中逐一进行。
第 14 页 14 页）
（共