李飛翔，岳 琛，張超月，張瑞瑞，楊麗陽，穆景利，黃亞玲①

(1.福州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，福建 福州 350108；2.閩江學(xué)院海洋研究院，福建 福州 350108；3.福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350002)

我國是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，2019年水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國水產(chǎn)品產(chǎn)量的78%[1]。水產(chǎn)養(yǎng)殖對于我國食物蛋白質(zhì)的穩(wěn)定提供具有不可替代的貢獻(xiàn)，但隨著養(yǎng)殖規(guī)模增加，養(yǎng)殖廢水排放造成的環(huán)境污染問題日益突顯。殘余餌料和養(yǎng)殖排泄物等排放會增加水體中氮磷等污染物含量，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，從而影響生態(tài)環(huán)境，制約社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。近年來，我國大力發(fā)展綠色水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，養(yǎng)殖廢水污染控制受到社會各界高度重視。因此，探尋低能耗、低運(yùn)行成本、操作簡單、生態(tài)安全且適用范圍廣的養(yǎng)殖廢水處理技術(shù)具有十分重要的生態(tài)和生產(chǎn)意義。

人工濕地作為一種廢水處理技術(shù)，具有成本低、操作簡單、不會形成二次污染等特點(diǎn)[2]。人工濕地對污染物的去除能力主要是通過植物吸收、基質(zhì)截留和微生物降解，即一系列物理化學(xué)和生物的共同作用完成[3]。有研究[4-5]表明蘆葦對養(yǎng)殖尾水中總氮和總磷有較好的去除效果。人工濕地系統(tǒng)中基質(zhì)主要通過吸附作用去除污染物，且不同基質(zhì)的吸附效果也有差異[6]。程麗芬等[7]探究不同基質(zhì)(活性炭與爐渣、陶粒和火山巖)凈化養(yǎng)殖尾水的效果，結(jié)果表明這3種基質(zhì)對總磷均有很好的凈化作用。此外，不同水流方式的人工濕地對污染物的凈化效能也存在一定差異。高春芳等[8]通過構(gòu)建表面流人工濕地、潛流人工濕地和地下滲濾3級組合生態(tài)處理工藝對比了不同水流方式去除率的差異，結(jié)果表明垂直潛流人工濕地對污染物的去除率高于水平潛流。

近年來，人工濕地處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)污水、生活污水和養(yǎng)殖廢水等。由于人工濕地對污染物的凈化效能受到水流方式、水力停留時間(HRT)、基質(zhì)種類、植物種類和氣候等多方面因素的影響，不同研究得到的去除效率不盡相同。此外，大部分研究針對單一變量，無法系統(tǒng)辨識各因素對人工濕地凈化效能的影響程度[9-10]。因此，該研究綜合考慮水力停留時間、水流方式、植物、生物質(zhì)炭、季節(jié)和環(huán)境因子(電導(dǎo)率、pH和溶解氧)等因素，系統(tǒng)探討不同因素對人工濕地處理養(yǎng)殖尾水中氮、磷去除效率的影響，以期篩選出去除效率最優(yōu)的組合條件，為人工濕地系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 人工濕地系統(tǒng)參數(shù)

人工濕地采用課題組已構(gòu)建的12套人工濕地小試系統(tǒng)。人工濕地系統(tǒng)共設(shè)置無植物組、植物組和生物質(zhì)炭組(植物加生物質(zhì)炭)3種類型以及表面流、水平潛流、下行垂直潛流和上行垂直潛流4種流態(tài)。濕地單元材質(zhì)為玻璃鋼，其中，表面流和水平潛流的反應(yīng)器為長方體(長80 cm，寬60 cm，高80 cm)，垂直潛流的反應(yīng)器為圓柱體(直徑為80 cm)，水位統(tǒng)一控制為60 cm，側(cè)面設(shè)置3個采樣口，統(tǒng)一從最底部采樣口采樣。

人工濕地基質(zhì)為粒徑9～16 mm小沸石、粒徑16～33 mm大沸石、粒徑6～9 mm麥飯石、粒徑3～5 cm礫石和生物質(zhì)炭(500 ℃裂解溫度條件下制備的玉米秸稈)。表面流人工濕地系統(tǒng)基質(zhì)鋪設(shè)從下到上分別為5 cm厚礫石、30 cm厚小沸石，水平潛流和下行垂直潛流人工濕地系統(tǒng)基質(zhì)鋪設(shè)從下到上分別為5 cm厚礫石、20 cm厚大沸石、30 cm厚小沸石和10 cm厚麥飯石，上行垂直潛流人工濕地系統(tǒng)基質(zhì)鋪設(shè)從下到上分別為5 cm厚礫石、25 cm厚小沸石、25 cm厚大沸石和10 cm厚麥飯石。此外，在各系統(tǒng)出水管和進(jìn)水管均鋪設(shè)有一定量的礫石，防止進(jìn)、出水管堵塞。

人工濕地系統(tǒng)水力停留時間主要參照HJ 2005—2010《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計，為了探究不同水力停留時間對污染物去除效率的影響，主要考察水力停留時間為1、2和3 d時的污染物去除效率。

人工濕地系統(tǒng)植被選擇多年生且生命力頑強(qiáng)耐干旱，可以在淡水和海水中生存的草本鹽生植物——海馬齒，以保證其修復(fù)季節(jié)的連續(xù)性[11-12]。選取的海馬齒均為生長良好的植株，高度在15～20 cm之間，葉片數(shù)和葉片大小基本一致，種植密度為40株·m-2。

1.2 試驗(yàn)方案

所用廢水來源于福建省淡水養(yǎng)殖良種繁育科研中試基地產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢水，試驗(yàn)周期為2020年9月—2021年9月，試驗(yàn)步驟包括：系統(tǒng)清洗階段，采用24 h連續(xù)進(jìn)水，水力負(fù)荷為10 L·h-1，該階段運(yùn)行時間為1個月，進(jìn)水為清水，以去除基質(zhì)表面雜質(zhì)；系統(tǒng)掛膜階段，采取連續(xù)進(jìn)水方式對濕地單元內(nèi)基質(zhì)進(jìn)行微生物掛膜，進(jìn)水為養(yǎng)殖尾水，該階段運(yùn)行時間為1個月；實(shí)驗(yàn)階段，采用間歇式進(jìn)水，即進(jìn)水—排水—空置—進(jìn)水的方式，進(jìn)水時間為10 min，出水時間為15 min，空置時間為6 h，進(jìn)水周期為4 d，進(jìn)水系統(tǒng)運(yùn)行1個月后，對其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測定，待系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定后開始采樣。樣品采集后裝于1 000 mL聚乙烯瓶中，在現(xiàn)場采用WTW便攜式多參數(shù)水質(zhì)測定儀(WTW Multi3630，德國)測定水溫、pH、溶解氧和電導(dǎo)率后，用4 ℃采樣箱貯存樣品并立即運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室。主要監(jiān)測指標(biāo)為總氮、氨氮和總磷濃度，所有指標(biāo)分析嚴(yán)格按照文獻(xiàn)[13]執(zhí)行。采用2021年1月—2021年9月監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用one-way ANOVA單因素方差分析研究不同組別水質(zhì)指標(biāo)和去除率總體分布的差異顯著性，當(dāng)P<0.05時表示呈顯著差異；采用Spearman相關(guān)分析識別總氮、氨氮和總磷去除率與環(huán)境因子(溶解氧、pH、電導(dǎo)率)之間的關(guān)系；采用Excel 2019、SPSS 26和Origin 28軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工濕地系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)狀況

人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水水溫、pH、溶解氧和電導(dǎo)率平均值分別為(20.5±8.4) ℃、6.75±0.26、(7.87±2.16) mg·L-1、(75.5±19.8) μS·cm-1。在3種水力停留時間條件下，出水平均水溫略低于進(jìn)水，電導(dǎo)率和pH隨著水力停留時間增加而逐漸增大，溶解氧濃度變化規(guī)律則相反。進(jìn)水總氮、總磷和氨氮平均濃度分別為(3.49±1.56)、(1.41.±0.81)、(0.54±0.19) mg·L-1(表1)。

表1 不同水力停留時間(HRT)人工濕地系統(tǒng)進(jìn)、出水水質(zhì)Table 1 Quality of influent and effluent water of the constructed wetland system with different hydraulic retention time (HRT)

2.2 不同人工濕地氮、磷凈化效率比較

2.2.1不同水力停留時間污染物去除效率

在設(shè)計的1～3 d水力停留時間范圍內(nèi)，人工濕地系統(tǒng)對總氮、氨氮和總磷的去除率隨著水力停留時間增加而提高，HRT為3 d時去除效率最高，平均去除率分別為(64.2±21.7)%、(83.2±10.0)%和(52.5±30.3)%。對總氮、總磷和氨氮去除率來說，HRT為2 d與1 d相比、HRT為3 d與2 d相比和HRT為3 d與1 d相比均顯著提高(P<0.05)。

2.2.2植物對污染物去除效率的影響

基于HRT為3 d時無植物組和植物組水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析不同流態(tài)條件下種植海馬齒對污染物去除的影響(圖1)。如圖1所示，植物組4種流態(tài)處理總氮和總磷去除率均高于無植物組，植物組表面流、水平潛流、下行垂直潛流和上行垂直潛流處理總氮平均去除率比無植物組分別提高4.9、7.7、7.3和2.1百分點(diǎn)，總磷平均去除率分別提高0.5、1.8、1.5和1.3百分點(diǎn)，植物組水平潛流、下行垂直潛流和上行垂直潛流處理氨氮平均去除率比無植物組分別提高3.9、2.5和8.0百分點(diǎn)。相對于無植物組，植物組各流態(tài)對總氮、總磷和氨氮去除率的提高由高到低依次為水平潛流、下行垂直潛流和水平潛流。植物組上行垂直潛流處理污染物去除率最高，對總氮、氨氮和總磷的最高去除率分別為70.3%、80.2%和63.2%。

2.2.3生物質(zhì)炭對污染物去除效率的影響

基于HRT為3 d時4種流態(tài)生物質(zhì)炭組和植物組出水總氮、氨氮和總磷濃度數(shù)據(jù)，探討生物質(zhì)炭對污染物去除效率的影響(圖1)。如圖1所示，生物質(zhì)炭組總氮去除率顯著高于植物組(P<0.05)，生物質(zhì)炭組表面流、水平潛流、下行垂直潛流和上行垂直潛流處理總氮平均去除率分別為(59.4±24.4)%、(63.2±24.0)%、(76.6±21.7)%和(80.7±21.8)%。同樣，生物質(zhì)炭組4種流態(tài)處理氨氮去除效果也比植物組好，表面流、水平潛流、下行垂直潛流和上行垂直潛流處理氨氮平均去除率分別為(78.9±9.8)%、(83.9±9.4)%、(86.0±8.9)%和(88.6±9.0)%。其中，生物質(zhì)炭組表面流、下行垂直潛流和上行垂直潛流處理氨氮去除率顯著高于植物組(P<0.05)。而植物組4種流態(tài)處理總磷去除率均顯著高于生物質(zhì)炭組(P<0.05)。

2.2.4不同水流方式人工濕地系統(tǒng)對氮磷去除效率的影響

基于生物質(zhì)炭組4種流態(tài)處理出水總氮和氨氮濃度以及植物組出水總磷濃度數(shù)據(jù)，分析不同流態(tài)對氮磷去除效率的影響(圖2)。如圖2所示，在生物質(zhì)炭組中，各流態(tài)處理總氮去除率從高到低為上行垂直潛流>下行垂直潛流>水平潛流>表面流，其中，上行垂直潛流處理總氮去除率顯著高于下行垂直潛流、水平潛流和表面流(P<0.05)，下行垂直潛流處理總氮去除率顯著高于水平潛流和表面流(P<0.05)，水平潛流處理總氮去除率顯著高于表面流(P<0.05)。在生物質(zhì)炭組中，各流態(tài)處理氨氮去除率從高到低也為上行垂直潛流>下行垂直潛流>水平潛流>表面流，其中，上行潛流處理氨氮去除率顯著高于下行垂直潛流、水平潛流和表面流(P<0.05)，下行垂直潛流和水平潛流處理氨氮去除率顯著高于表面流(P<0.05)。在植物組中，各流態(tài)處理總磷去除率表現(xiàn)為上行垂直潛流>水平潛流>下行垂直潛流>表面流，其中，上行垂直潛流處理總磷去除率顯著高于下行垂直潛流、水平潛流和表面流(P<0.05)，下行垂直潛流和水平潛流處理總磷去除率顯著高于表面流(P<0.05)，水平潛流處理總磷去除率顯著高于下行垂直潛流(P<0.05)?？傮w而言，上行垂直潛流處理對總磷、總氮和氨氮的去除效果最佳。

A、B和C分別為無植物組、植物組和生物質(zhì)炭組，1、2、3和4分別為表面流、水平潛流、下行垂直潛流和上行垂直潛流。同一幅圖中，同一組直方柱上方英文小寫字母不同表示不同人工濕地間出水某污染物濃度差異顯著(P<0.05)。圖1 不同人工濕地系統(tǒng)中污染物出水濃度Fig.1 Effluent concentration of pollutants in different constructed wetland systems

同一組直方柱上方英文小寫字母不同表示不同人工濕地間出水某污染物濃度差異顯著(P<0.05)。圖2 不同流態(tài)處理污染物去除率Fig.2 Removal rate of pollutants in different flow regimes

2.2.5不同季節(jié)人工濕地系統(tǒng)氮磷去除效率

基于HRT為3 d時冬、春、夏季3種濕地類型4種流態(tài)處理總氮、總磷和氨氮濃度，探討污染物去除率的季節(jié)變化規(guī)律。其中，冬、春、夏季進(jìn)水水溫分別(10.5±1.5)、(21.7±0.7)和(29.3±1.1) ℃，出水水溫分別(10.2±1.0)、(21.6±0.8)和(28.3±1.6) ℃。如圖3所示，3個季節(jié)總氮和總磷去除率由高到低均為夏季>春季>冬季，其中，夏季和春季總氮和總磷去除率顯著高于冬季(P<0.05)。3個季節(jié)氨氮去除率由高到低為春季>夏季>冬季，其中，夏季和春季去除率顯著高于冬季(P<0.05)，春季去除率高于夏季，但差異不顯著。

2.3 環(huán)境因子對人工濕地氮磷凈化效能的影響

環(huán)境因子與總磷、總氮和氨氮去除效率的Spearman相關(guān)系數(shù)見表2。如表2所示，當(dāng)基于HRT為1～3 d時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，電導(dǎo)率與總氮、總磷去除率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，pH與總氮、氨氮和總磷去除率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。當(dāng)基于HRT為3 d時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，出水溶解氧含量與總氮和總磷去除率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與氨氮去除率呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；水溫與總氮、總磷和氨氮去除率呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

箱圖上下橫線分別表示最大值和最小值，方框表示50%變異區(qū)間，方框中橫線表示對應(yīng)指標(biāo)平均值。圖3 不同季節(jié)污染物去除率Fig.3 Removal rate of pollutants in different seasons

表2 人工濕地系統(tǒng)氮磷去除率和溶解氧、pH、電導(dǎo)率的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of nitrogen and phosphorus removal rate with dissolved oxygen, pH and conductivity in constructed wetland systems

HRT為水力停留時間。**表示在0.01水平上顯著相關(guān)(P<0.01)，*表示在0.05水平上顯著相關(guān)(P<0.05)。

3 討論

通過設(shè)置不同水力停留時間(HRT為1～3 d)，探討不同水力停留時間人工濕地系統(tǒng)對總氮、氨氮和總磷凈化效能的影響。結(jié)果表明，總氮、氨氮和總磷去除率均隨著水力停留時間增加而提高。水力停留時間越長，污染物與系統(tǒng)中植物、基質(zhì)和微生物接觸時間越長，使得植物和基質(zhì)對污染物的吸附更充分，微生物對污染物的分解更加徹底，從而提高了氮、磷去除率[14]。

植物組總氮、氨氮和總磷去除率要高于無植物組，說明植物在人工濕地系統(tǒng)中對污染物的去除發(fā)揮一定作用。已有研究[15-17]表明，植物對污水中氮、磷的去除量分別占濕地系統(tǒng)去除總量的15%～80%和24%～80%。海馬齒是一種多年生且生命力頑強(qiáng)的鹽生植物，可以保證季節(jié)連續(xù)性。楊芳等[18]采用海馬齒進(jìn)行生態(tài)浮床原位修復(fù)研究，發(fā)現(xiàn)海馬齒生態(tài)浮床能夠在一定程度上改善修復(fù)區(qū)海水水質(zhì)，減輕網(wǎng)箱養(yǎng)殖水體的營養(yǎng)負(fù)荷，對氮、磷去除率分別為11.7%和19.9%。應(yīng)銳等[19]通過研究不同水生植物對養(yǎng)殖尾水的凈化效果發(fā)現(xiàn)海馬齒根莖不僅能吸收營養(yǎng)鹽，還能增強(qiáng)系統(tǒng)硝化、反硝化作用，促進(jìn)水中氮、磷等物質(zhì)的去除。筆者研究發(fā)現(xiàn)植物對污染物去除雖有一定促進(jìn)作用，但整體上提升效率無顯著差異。這可能是因?yàn)楣P者研究中植物種植在濕地基質(zhì)中根系還不夠發(fā)達(dá)，對污染物的吸收能力有限造成的。

生物質(zhì)炭是一種綠色含碳生物材料，將其用作人工濕地基質(zhì)不僅可以吸附污染物，還可以補(bǔ)充植物所需碳源，促進(jìn)植物生長，進(jìn)而提升其對氮磷等營養(yǎng)鹽的吸收[19]。筆者研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭組中4種流態(tài)處理總氮、氨氮去除率均顯著高于植物組。DENG等[20]通過總結(jié)由不同原料制備的生物質(zhì)炭對尾水氮磷去除的影響，發(fā)現(xiàn)原料為竹子、硬木和樹枝的生物質(zhì)炭對氮磷的去除有明顯促進(jìn)作用。筆者采用原料為玉米秸稈的生物質(zhì)炭對總氮和氨氮的去除有顯著促進(jìn)作用，這可能是因?yàn)樯镔|(zhì)炭不僅對污染物有一定吸附作用，還可以通過改變微生物群落結(jié)構(gòu)來提高氮去除率[21]。但是，生物質(zhì)炭組磷出現(xiàn)顯著析出現(xiàn)象。為了進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)所使用的生物質(zhì)炭是否含磷，通過配制濃度為1 mg·L-1磷溶液并添加等量生物質(zhì)炭，分別在1、2和3 d時測定上清液磷濃度，發(fā)現(xiàn)其濃度分別為2.08、2.39和3.04 mg·L-1，均高于初始濃度，且在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)濃度隨時間增加而增加，說明試驗(yàn)使用的生物質(zhì)炭含有磷。這可能是導(dǎo)致筆者研究中生物質(zhì)炭組磷去除效果不佳的主要原因。此外，有研究[22]發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭對人工濕地除磷沒有效果，也發(fā)現(xiàn)以石頭和生物質(zhì)炭為基質(zhì)的系統(tǒng)除磷效率低于以單純石頭為基質(zhì)的系統(tǒng)，推測未經(jīng)改性的生物質(zhì)炭表面通常具有負(fù)電荷，廢水中其他負(fù)電荷化合物(如一些有機(jī)物)可以與磷酸鹽競爭生物質(zhì)炭上的交換點(diǎn)，使其除磷效果大大降低[23]。

垂直潛流和水平潛流處理總氮、氨氮和總磷去除效果較佳，其中，垂直潛流處理效果最好，而表面流處理總磷去除效果最差。這可能是由于水體中污染物通過植物吸收、物理化學(xué)作用和微生物降解3種方式被去除[24-25]。其中，基質(zhì)過濾和吸附是人工濕地凈化水質(zhì)的主要過程，而表面流基質(zhì)體積相對于其他流態(tài)更小，基質(zhì)截留和吸附的功能相對較弱。陳軍[26]以沸石為基質(zhì)研究不同流態(tài)人工濕地對污染物去除的影響，結(jié)果也表明垂直潛流的去除率要優(yōu)于表面流。此外，垂直潛流濕地布水方式有利于污水與濕地內(nèi)部填料接觸，從而提高去除率[27]。相對于表面流而言，垂直潛流人工濕地中廢水可與基質(zhì)、植物根系和內(nèi)部微生物更充分接觸，有利于污染物的吸附降解[28]。在垂直潛流中上行垂直潛流的去除率要高于下行垂直潛流，這與陳軍[26]的研究結(jié)果一致。這可能是由于上行垂直潛流的進(jìn)水端在系統(tǒng)底部，底部污泥中含有大量微生物，這種進(jìn)水方式可以使得含有營養(yǎng)物質(zhì)的廢水與系統(tǒng)底部微生物充分接觸，進(jìn)而促進(jìn)微生物繁殖，從而提高廢水中氮磷的去除[29]。也有研究[30]發(fā)現(xiàn)上行垂直潛流系統(tǒng)中反硝化菌豐度要高于下行垂直潛流，從而提高上行垂直潛流的脫氮能力。

夏季和春季總氮、總磷去除率均顯著高于冬季，且夏季顯著高于春季。Spearman相關(guān)分析也發(fā)現(xiàn)，水溫與總氮、總磷去除率均呈顯著正相關(guān)(表2)。這可能是因?yàn)橄鄬τ诙?，夏季和春季的環(huán)境(溫度、濕度等)更適合植物和微生物生長繁殖及新陳代謝，有利于人工濕地對廢水中總氮、總磷的去除[31]。此外，與冬季相比，海馬齒在春、夏季生長時間更久，根系更為發(fā)達(dá)，可能會增加其對氮磷的吸收，進(jìn)而促進(jìn)其對氮磷的去除能力。部分研究也發(fā)現(xiàn)春、夏季植物生長茂盛，增加了對磷的吸收，而冬季植物萎蔫，其對磷的吸收能力下降，且植物體內(nèi)磷元素可能被微生物分解釋放，使得系統(tǒng)總磷去除率下降[32]。已有研究[33]發(fā)現(xiàn)氨氮去除率受季節(jié)影響較大，溫度升高有利于促進(jìn)微生物硝化過程，提高氨氮去除率。筆者研究也發(fā)現(xiàn)春季和夏季氨氮去除率顯著高于冬季，這可能是因?yàn)槎静糠治⑸锟赡芴幵诙咂?，微生物對氮的轉(zhuǎn)化過程減弱，降低了濕地系統(tǒng)對氨氮的去除能力。但這不表示溫度越高越好，因?yàn)闇囟仍龈?，溶解氧飽和度會降低，因此硝化作用需在溫度與溶解氧之間取得一個平衡關(guān)系以獲得最高效率[33]，這可能是導(dǎo)致春季氨氮去除率略高于夏季的原因，但其具體的機(jī)制過程仍有待深入探討。

在試驗(yàn)周期內(nèi)，pH和電導(dǎo)率隨著水力停留時間增加而逐漸增大，這可能是隨著水力停留時間增加，尾水與堿性基質(zhì)的接觸時間越長，導(dǎo)致pH升高；隨著水力停留時間增加，基質(zhì)中溶質(zhì)會逐漸釋放進(jìn)入水中，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率升高。杜顯元等[34]研究表明隨著溶質(zhì)遷移到水中，其電導(dǎo)率也逐漸上升。于此同時，電導(dǎo)率、pH與氮磷去除率呈顯著正相關(guān)，說明在一定范圍內(nèi)，pH和電導(dǎo)率的提高有助于提高人工濕地系統(tǒng)對氮磷的去除能力。有研究[23]表明，偏堿性和偏酸性的人工濕地系統(tǒng)可以顯著增加反硝化微生物活性，進(jìn)而促進(jìn)系統(tǒng)對氮的去除效率。當(dāng)HRT為3 d時，溶解氧與氮磷濃度呈正相關(guān)關(guān)系，說明增加人工濕地系統(tǒng)內(nèi)溶解氧含量，有助于去除氮、磷等營養(yǎng)鹽。例如，王寧寧等[35]研究發(fā)現(xiàn)充足的氧氣可以促進(jìn)尾水中聚磷菌的繁殖，進(jìn)而提高尾水中磷的去除，同時有氧條件促進(jìn)了硝化作用，使得氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，從而降低氨氮濃度。李榮濤等[36]通過曝氣方式增加人工濕地系統(tǒng)中溶解氧含量，發(fā)現(xiàn)較高的溶解氧含量在一定程度上促進(jìn)了總氮去除。此外，在4種不同流態(tài)人工濕地中溶解氧含量從高到低為上行垂直潛流>下行垂直潛流>水平潛流>表面流，潛流人工濕地溶解氧含量高于表面流，且污染物去除效率也較高。其他研究[37]也發(fā)現(xiàn)垂直潛流系統(tǒng)含氧量比較高，較高的含氧量給微生物提供了良好的生存環(huán)境，提高了微生物活性，從而提高了其對污染物的去除率。

4 結(jié)論

該研究探討了植物、基質(zhì)、水力停留時間、水流方式和環(huán)境因子對人工濕地系統(tǒng)凈化養(yǎng)殖尾水中氮、磷的影響，主要結(jié)論如下：

(1)水力停留時間為1～3 d范圍內(nèi)，氮、磷去除率隨著水力停留時間增加而提高。其中，對總氮、總磷和氨氮去除率來說，HRT為2 d與1 d相比、HRT為3 d與2 d相比和HRT為3 d與1 d相比均顯著提高(P<0.05)。

(2)海馬齒對氮、磷的去除均有一定促進(jìn)作用，但作用不顯著。生物質(zhì)炭對總氮和氨氮的去除有明顯促進(jìn)作用，但存在磷析出現(xiàn)象。

(3)對于不同流態(tài)而言，垂直潛流系統(tǒng)氮、磷去除率要顯著優(yōu)于表面流，其中，上行垂直潛流的去除效果最好。

(4)對于不同季節(jié)而言，夏季總氮和總磷去除效率最高，春季氨氮去除效率最高，冬季去除效果最差。

(5)水力停留時間為1～3 d范圍內(nèi)，電導(dǎo)率、pH隨著水力停留時間增加而增加，其中，pH與總氮、總磷和氨氮去除率呈顯著正相關(guān)，電導(dǎo)率與總氮和總磷去除率呈顯著正相關(guān)。當(dāng)HRT為3 d時，4種流態(tài)中上行垂直潛流系統(tǒng)溶解氧含量要高于其他流態(tài)，溶解氧含量和水溫與總氮、總磷和氨氮去除率呈顯著正相關(guān)。