生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能

生态环境学报2019,28(7):1443-1449http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com基金项目：国家自然科学基金项目（31711530648）；东北农业大学“学术骨干”项目（18XG07）作者简介：陈旭（1981年生），男，硕士，主要从事污染生物修复研究。E-mail:363101858@qq.com*通信作者收稿日期：2019-01-11生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能陈旭，张璐*东北农业大学园艺园林学院，黑龙江哈尔滨150030摘要：潮汐流人工湿地是一种新型的污水处理技术，作为人工湿地的重要组成部分，基质的合理选择能够直接影响人工湿地的运行效果。以鸡粪生物炭和玉米秸秆生物炭为基质分别建立潮汐流人工湿地来处理生活污水，并以石灰石基质人工湿地作为对照，考察不同淹没/排水比（8h/4h和4h/8h）下人工湿地对生活污水中各项污染物的去除性能。研究结果表明：生物炭基质人工湿地对COD、BOD、NH4+-N、TN和PO43−-P的去除效率均高于石灰石基质人工湿地，且玉米秸秆生物炭基质人工湿地对各项污染物的去除效果最好，各项污染物去除率分别为（73.6%±2.9%，COD）、（84.8%±6.1%，BOD5）、（84.2%±3.2%，NH4+-N）、（45.3%±2.2%，TN）和（84.6%±2.8%，PO43−-P）；当淹没/排水比由8h/4h改为4h/8h时，除PO43−-P的去除率基本不变外，各组人工湿地对生活污水COD、BOD、NH4+-N和TN的去除率均有不同程度的升高，且玉米秸秆生物炭基质人工湿地对各项污染物的去除效果最好，各项污染物去除率分别为（80.5%±5.2%，COD）、（92.1%±5.1%，BOD5）、（90.3%±3.2%，NH4+-N）、（60.3%±2.2%，TN）和（84.7%±1.5%，PO43−-P）；生物炭基质人工湿地对NH4+-N的去除途径主要为物理吸附和微生物硝化作用，且微生物硝化作用占主导，对PO43−-P的去除途径主要为物理吸附和微生物好氧吸磷作用，且微生物好氧吸磷作用占主导；生物炭基质中的微生物量要高于石灰石基质，且上层基质的微生物量高于下层基质；在微生物群落中，Clostridiaceae和Nitrosomonadaceae菌群分别承担有机物和NH4+-N的主要去除，其在生物炭基质中的相对丰富度均高于石灰石基质。关键词：基质；生物炭；潮汐流人工湿地；生活污水DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2019.07.018中图分类号：X52文献标志码：A文章编号：1674-5906（2019）07-1443-07引用格式：陈旭,张璐,2019.生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能[J].生态环境学报,28(7):1443-1449.CHENXu,ZHANGLu,2019.Treatmentofdomesticwastewaterinbiochar‒packedtidalflowconstructedwetland[J].EcologyandEnvironmentalSciences,28(7):1443-1449.人工湿地是一种新型的污水处理技术，因其具有运行费用低、投资少、景观性强及人工维护少等优点已经被广泛的应用于各种污水的处理（任珺等，2018；Liuetal.，2017）。近年来，作为一种新开发的人工湿地系统，潮汐流人工湿地越来越受人们关注。其利用周期性的淹没/排水运行将空气中的氧气吸入到湿地基质中，可有效提高氧传输量及复氧能力，从而弥补植物根系放氧不足问题并提高湿地对污染物的去除效果（张亚琼等，2015），但目前有关潮汐流人工湿地在污水处理中研究远少于传统人工湿地。基质是人工湿地的重要组成部分，在污染物的去除过程中起主要作用，基质的合理选择能够直接影响人工湿地的运行效果（张毓媛等，2016；Sanchezetal.，2016）。在污水处理中，基质的选择需着重考虑对氮、磷的去除效果。例如，孔令华等（2017）曾分别以沸石和石灰石为基质建立潮汐流人工湿地处理SBR尾水，发现沸石基质人工湿地对NH4+-N和PO43−-P的去除效率均高于石灰石基质人工湿地，主要原因在于沸石的多孔性结构具有强大吸附性。目前常用的人工湿地基质包括砾石、陶粒、石灰石和沸石等。生物炭作为一种高含碳物质，不仅可由农业废弃物如秸秆、木屑、粪便等制成，还可以以城市废弃物如垃圾、污泥等作为原材料（袁敏等，2018）。生物炭具有较大的比表面积和极强的稳定性，可为微生物的生长提供巨大的空间并具有很强的吸附性能，目前主要应用于含氨氮废水处理、土壤重金属修复及改良蔬菜大棚土壤（