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第 29 卷 第 18 期 农 业 工 程 学 报 Vol.29 No.18 210 2013 年 9 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Sep.2013 低频率运转下人工湿地对养虾水的去氮作用及其动力学 臧维玲1，刘永士1,2，戴习林1，张 煜1，杨 明3，侯文杰1,2，丁福江3（1.上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306；2.上海水产研究所，上海 200433；3.上海申漕特种水产开发公司，上海 201516）摘 要：联用虾塘设施、以低频率运转人工湿地生态系统循环处理养虾水,研究湿地去氮作用及其动力学。由表面流与水平潜流组成的复合型湿地生态系统（582.2 m2）含斜坡区、挺水植物区与蓄水池，水力负荷 1.65 m/d。养殖周期内（94 d）不换水，不用药，60 d 后 3 次循环处理规模化养虾塘水，总氨氮（total ammonia nitrogen,TAN）、总氮（total nitrogen,TN）与亚硝基氮（nitrite nitrogen，NO2-N）分别去除 37.9%、26.7%(P0.01)与 22.7%(P0.05)。湿地静止期间，挺水植物区 NO2-N、硝基氮（nitrate nitrogen，NO3-N）与 TN 分别在废水停留 6 h、18 h、24 h 时去除 17.5%、25.8%与 25.9%(P0.01)，去除速率常数为 0.0362,0.0291 与 0.009 h-1。试验期间，试验塘主要水化指标均控制在对虾生长安全范围，蓝绿藻被有效抑制，收获虾规格与产量优于对照塘(P0.01)。结果表明，复合型人工湿地生态系统联用塘内设施，以低频率运转循环处理虾塘水可有效去除 TAN 等有毒物及抑制蓝绿藻暴发，调控规模化养虾塘水质在对虾生长安全范围内，确保养殖成功。该文可为处理养殖废水人工湿地的构建和应用以及污染物去除动力学模型的建立提供参考。关键词：湿地，水质，动力学，凡纳滨对虾，低频率，去除率 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.18.025 中图分类号：X52 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2013)-18-0210-09 臧维玲，刘永士，戴习林，等.低频率运转下人工湿地对养虾水的去氮作用及其动力学J.农业工程学报，2013，29(18)：210217.Zang Weiling,Liu Yongshi,Dai Xilin,et al.Performance and dynamics of nitrogen removal in constructed wetlands at low frequency for shrimp cultureJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2013,29(18):210217.(in Chinese with English abstract)0 引 言 近年来，在中国一些地区对虾养殖已成为支柱性产业，因此如何更有效地改进虾塘水质、提高养虾产量与质量以及利于环境保护，成为当今虾类养殖的重要研究内容。人工湿地为 20 世纪 70 年代发展起来的一种污水处理技术，其采用物理、化学与生物等综合生态法处理生产与生活污水1-2。20 世纪末以来，应用人工湿地循环处理水产养殖废水的研究试验引起关注3-4。与联用多种设备循环处理集约化养殖废水相比，人工湿地则具有成本与能耗较低，易操作与维护，并利于环境保护等优点3-7。有些研究探讨了人工湿地处理养殖废水的性能与效果,如高水力负荷人工湿地循环处理养虾废水性能的研究3；人工湿地作为循环处理养虾水滤器效果 收稿日期：2013-03-18 修订日起：2013-07-23 基金项目：上海市科委创新行动计划（073919102）作者简介：臧维玲（1938），女，山东烟台，教授，主要从事渔业水环境及其调控研究。上海 上海海洋大学，201306。Email： 的研究4 以及人工湿地循环处理养殖系统的工艺设计与效果探讨7等。另有资料8-9报道了湿地处理污水中化学需氧量（chemical oxygen demand，COD），TAN,NO3-N 和总磷（total phosphorus，TP）等水质指标的动力学特性。但至今有关污染物浓度在湿地流动处理过程中的动态演变状况尚缺乏深入系统研究，在湿地静止期间，污染物浓度随时间演变规律的报道更为罕见。臧维玲等10 报道了以低频率运转人工湿地循环处理规模化养虾塘水质的效果与技术，在此基础上，试验采用与其相同养殖设施、条件与技术，进一步探讨了该湿地在运转与静止时，对规模化淡水养虾塘的去氮作用及其特点、湿地静止期间的去氮动力学等。研究结果将为处理养殖废水人工湿地的构建和应用以及污染物去除动力学模型的建立提供参考。1 材料与方法 1.1 养殖试验塘、用水与试验虾 取上海申漕特种水产开发公司室外近湿地的E7 与 E8 塘（泥底、水泥壁）分别作凡纳滨对虾 第 18 期 臧维玲等：低频率运转下人工湿地对养虾水的去氮作用及其动力学 211(Litopenaeus vannamei)养殖试验塘与对照塘，面积0.18 hm2（68.4 m 26.6 m 2.5 m）。当地河水经漂白粉精消毒用作养虾水。将购自厦门的淡化虾苗暂养驯化后，按每公顷 1.21106 尾（每平方米1.21102尾）布苗，平均体长 0.49 cm，体质量3.0 mg。1.2 养虾塘设施与管理 E7 与 E8 虾塘配有相同简易设施：4 台自制微泡曝气增氧机（0.75 kW/台），由鼓风机送入的空气以 13 mm 气泡从增氧机曝气管微孔释放水中，形成含大量气泡的乳浊状水流，多台增氧机联合作用在塘中形成环流。按 2 片/100m2悬挂具良好除氨氮与亚硝基氮等作用的人工净水网（5.25 m 0.90 m）10-11。每日 3 次投喂人工配合饲料，投饵量按常规方法12，据天气与残饵等状况及时调节。每 10 d 测定主要水化学指标和虾体长、体质量。据水质与虾状况适时开启增氧机。至养殖中后期（约 60 d 后），据 E7 塘水质与虾状况，先后 3 次以人工湿地生态系统循环处理虾塘水。E8 塘仅以塘内简易设施调控水质，即以增氧机增氧及人工净水网等去除氨氮等有害物质。养殖周期内，不换水、不用药，仅添加蒸发与渗漏损失水量。1.3 人工湿地生态系统组成 试验前一年，利用梯形低洼荒地（上底 7.3 m、下底 24.0 m，高 37.2 m，面积 582.2 m2）建成由表面流（free water surface flow,FWS）与水平潜流（subsurface flow,SF）组成的复合型人工湿地生态系统，湿地构建符合要求6,13。系统含 3 个单元区：斜坡区、挺水植物区和蓄水池，面积比 12.31.4。当年成功以该湿地循环处理生产性虾塘水，试验前又对湿地作修护。人工湿地构建与植被简况如下：斜坡区：坡度 3%,基质为黏土底上铺设 25 cm 厚碎石（粒径 0.51.0 cm，孔隙率 0.442，下同），植被喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）、红蓼（Polygonum orientale）、合萌（Aeschynomene indica Linn）等植物，平均密度大于 50 株/m2。挺水植物区：基质 14 cm 厚碎石，植被美人蕉（4 株/m2）与香蒲（40 株/m2）。蓄水池：水深 1.6 m 泥池，储存湿地已处理水,水面植被有美人蕉等,悬挂 36 张净水网，放养 36尾白鲢（Hypophthalmichthys molitrix）鱼种。1.4 人工湿地生态系统循环处理虾塘废水方法与技术 图 1 为湿地循环处理虾塘水工艺流程。由置于E7 塘底潜水泵（2.2 kW，流量 40 t/h）将塘水送入横置斜坡区上缘的具孔（d=10 mm）进水管（湿地进水口），借助重力作用由管孔流出潜入斜坡区、以表面流经挺水植物区、潜流过 90 cm 厚碎石堤进入蓄水池，再由池底水泵（2.2 kW，40 t/h）将蓄存处理水经管道（湿地出水口）送回 E7 塘。如此形成虾塘水与人工湿地生态系统间的循环处理。在虾塘进、出水管口装有管道流量计控制流量。养殖早期（约 60 d 前）虾塘水质良好，也为避免水质剧变影响幼虾生长，故于养殖中期 2 次（65、76 d）、后期（91 d）1 次分别以系统循环处理 E7塘总水量的 15%与 30%，湿地水力负荷（HLR）1.65 m/d，水力停留时间（HRT）0.42 d。注：箭头代表水流方向。Note:Arrows show water flow.图 1 人工湿地生态系统工艺流程示意图 Fig.1 Schematic diagram of the constructed wetlands ecosystem 1.5 样品采集与测定指标 试验开始与结束时分别取虾塘水样及各次循环时湿地进出口水样，测定总氨氮（TAN）、亚硝基氮（NO2-N）、硝基氮（NO3-N）(简称三态氮)、总氮（TN）、化学需氧量（CODMn）；湿地静止期间，分别在挺水植物区选取 3 个采样点，于静止 6、12、18、24、48、72、120、144 h 采取水样，测定三态氮、TN 和 CODMn；试验期间，每 10 d 于虾塘长边中点、离塘梗约 1.5 m 处，采取水面下 10 cm（水深 h1.2 m），测定三态氮、CODMn 等指标，同时取虾样测体长与体质量。1.6 水样测定方法 水样测定方法14-15：TAN：萘式比色法，NO2-N：N-1-奈基-已二胺光度法；NO3-N：锌镉还原-重氮偶氮比色法；CODMn：碱性高锰酸钾法；TN：过硫酸钾法（GB 11894-89）。污染物浓度去除百分率（简称去除率）与日均去除速率（简称去除速率）计算式：去除百分率（%）(C0-Ct)/C0100%式中，C0、Ct分别为人工湿地进、出口水污染物质量浓度，mg/L。日均去除速率g/(m2d)=(C0-Ct)Vw24/S.t 式中 C0为湿地污染物初始质量浓度，mg/L；Ct为农业工程学报 2013 年 212 经 t(h)时间污染物质量浓度 mg/L；Vw 为功能区水体积，m3；S 为相应湿地面积，m2。2 结果与分析 2.1 运转人工湿地生态系统去氮效果 养殖周期内（94 d），于 65、76 与 91 d 湿地 3次以较高 HLR（1.65 m/d）与较大流量（40 t/h）循环处理 E7 虾塘水，前 2 次与末次分别约处理全塘水量 15%与 30%。湿地 3 次进出口水各形态氮与CODMn测定平均值列于表 1。表 1 表明，废水经湿地处理后，出口水各形态氮与 CODMn浓度均下降,其中 TAN 与 TN 极显著去除 37.9%与 26.7%（P0.01），NO2-N 显著去除 22.7%（P0.05），去除效果明显好于 NO3-N 与 CODMn，后两指标仅去除 8.0%与 14.7%（P0.05）。各指标日均去除速率顺序：CODMnTN NO3-N TANNO2-N。表 1 人工湿地 3 次循环处理虾塘水的水质指标平均值 Table 1 Mean values of water quality parameters of wastewater treated by the FWS-SF wetlands of three times recirculations 水质指标 总氨氮 TAN NO2-N NO3-N 总氮 TN 化学需氧量CODMn进口水质量浓度 Influent concentration/(mgL-1)0.5910.197A 0.7940.863a 2.3590.797a 5.303.41A 19.060.61a 出口水质量浓度 Effluent concentration/(mgL-1)0.3850.080B 0.6140.787b 2.1711.415a 3.882.51B 16.272.45a 去除百分率 Mean percentage of concentration reduction/%37.9 22.7 8.0 26.7 14.7 日均去除速率 Mean removal rate/g(m2d)-1 0.3070.208 0.2270.107 0.4500.801 1.811.38 3.433.88 注：进出口水样同一指标上标 A，B 表示极显著差异（P0.01），a,b 表示显著性差异（P0.05）。Note:Values(meanS.D.)with A,B and a,b letters in the same column are statistically and significantly different at P0.01 and P0.05,respectively.2.2 静止湿地挺水植物区去氮效果 表 2 为 E7 塘水经湿地循环处理 20 h 结束后，废水静留挺水植物区 144 h 期间各形态氮与 CODMn 的去除结果。静止期间，TAN、NO2-N、NO3-N、TN及CODMn浓度以不同方式与速度随废水静留时间降低，最终分别去除 7.0%、99.5%、98.5%、57.9%、1.5%。其中 NO2-N、NO3-N 和 TN 随时间逐降，废水分别在静留 6 h 极显著去除 NO2-N 17.5%、18 h去除 NO3-N 25.8%及 24 h 去除 TN 25.9%（P0.01）。TAN 随时间呈波浪式下降，静留 12 h 极显著去除 26.7%(P0.01），但至 48 h 浓度又较初始上升 11.4%，之后又转为下降，最终降低 7.0%。静留期间，CODMn在 12.9916.39 mg/L 范围呈波浪式增减，最终略低于初始；各指标去除速率随时间呈降低趋势，其中 NO2-N、NO3-N 和 TN 去除率与去除速率均较高，变化范围分别为 0.3721.568、0.8802.600、0.8432.455 g/(m2d)。表 2 湿地静止 144 h 期间挺水植物区处理水氮浓度与 CODMn随静留时间的变化 Table 2 Concentration changes of nitrogen and CODMn with the time in the macrophytes unit during static 144 hours 静留时间/h 水质指标 0 6 12 18 24 48 72 120 144 质量浓度 Concentration/(mgL-1)0.4460.4410.3270.4840.3170.497 0.467 0.3430.415去除百分率 Mean percentage of concentration reduction/%1.1 26.7-8.5 28.9-11.4-4.7 23.1 7.0 TAN 日均去除速率 Mean removal rate/g(m2d)-1 0.0230.270-0.0580.147-0.029-0.008 0.0230.006质量浓度 Concentration/(mgL-1)1.9731.6281.4881.4831.3000.471 0.114 0.0250.010去除百分率 Mean percentage of concentration reduction/%17.5 24.6 24.8 34.1 76.1 94.2 98.7 99.5 NO2-N 日均去除速率 Mean removal rate/g(m2d)-1 1.5681.1020.7420.7650.853 0.704 0.4430.372质量浓度 Concentration/(mg.L-1)4.7194.4623.9213.5042.4310.382 0.732 0.1740.073去除百分率 Mean percentage of concentration reduction/%5.4 16.9 25.8 48.5 91.9 84.5 96.3 98.5 NO3-N 日均去除速率 Mean removal rate/g(m2d)-1 1.1681.8141.8412.6002.464 1.510 1.0330.880质量浓度 Concentration/(mg.L-1)7.68 7.14 6.87 6.24 5.69 4.24 2.89 2.10 3.23 去除百分率 Mean percentage of concentration reduction/%7.0 10.5 18.8 25.9 44.8 62.4 72.7 57.9 TN 日均去除速率 Mean removal rate/g(m2d)-1 2.4551.8412.1822.2611.955 1.814 1.2680.843质量浓度 Concentration/(mg.L-1)13.9814.6913.4813.4414.3616.39 14.05 12.9913.77去除百分率 Mean percentage of concentration reduction/%-5.1 3.6 3.9-2.7-17.2-0.5 7.1 1.5 CODMn 日均去除速率 Mean removal rate/g(m2d)-1 -3.2271.1360.818-0.432-1.369-0.027 0.2250.040 第 18 期 臧维玲等：低频率运转下人工湿地对养虾水的去氮作用及其动力学 213 2.3 静止湿地挺水植物区去氮动力学 图 24 为 E7 塘养殖 91 d 时，以湿地循环处理 20 h 结束后，在挺水植物区静止 144 h 期间，余留湿地处理水 NO2-N、NO3-N、TN 浓度(mg/L,lnCt)随静留时间（t）变化的回归曲线。图 2-4 表明，NO2-N、NO3-N、TN 质量浓度随静留时间按指数函数方式递降，符合一级反应动力学规律，因此以一级动力学方程表示16-17：Ct=C0exp(-kt)（1）式中，t 为处理水静留时间，h，C0与 Ct分别为 3种形态氮静留初始与静留 t 时间质量浓度，mg/L,k为一级反应动力学去除速率常数，h-1。图 2 湿地静止 144 h 期间挺水植物区废水亚硝基氮(NO2-N)质量浓度(mgL-1)的自然对数(lnCNO2-N)随静留时间(h)的变化 Fig.2 Static time(h)course of the natural logarithm of NO2-N concentrations(mgL-1,lnCNO2-N)in the macrophytes unit for 144 hours 图 3 湿地静止 144 h 期间挺水植物区废水硝基氮(NO3-N)质量浓度(mgL-1)的自然对数(lnCNO3-N)随静留时间(h)的变化 Fig.3 Static time(h)course of the natural logarithm of NO3-N concentrations(mgL-1,lnCNO3-N)in the macrophytes unit for 144 hours 图 4 湿地静止 144 h 期间挺水植物区废水总氮(TN)质量浓度(mgL-1)的自然对数(lnCTN)随静留时间(h)的变化 Fig.4 Static time(h)course of the natural logarithm of TN concentrations(mgL-1,lnCTN)in the macrophytes unit for 144 hours 经回归分析，得到 3 种形态氮 k 值分别为0.036、0.029、0.009 h-1，3 种形态氮一级反应动力学方程如下：NO2-N：Ct=1.973e-0.036t R2=0.9838 （2）NO3-N：Ct=4.719e-0.029t R2=0.9267 （3）TN：Ct=7.680e-0.009t R2=0.7806 （4）经显著性检验，（2）、（3）、（4）方程均在 =0.01水平极显著相关。2.4 湿地静止期间挺水植物区总氮组成随时间的演变状况 由所测得总氮（TN=有机氮+无机氮）与无机氮（TIN=TAN+NO2-N+NO3-N）之差可得有机氮（TON=TN-TIN）。图 5 为处理水静留挺水植物区 144 h 期间，TIN、TON 与 CODMn浓度随静留时间（h）的变化曲线。图 5 显示，TIN 随静留时间以较快速度下降，特别在 50 h 内，几乎呈线性急速下降，48 h 时出现剧降。TON 则以远低于前者速度波浪式上升；CODMn 相应地以较小幅度（12.9916.39 mg/L）波浪式变化，且在各时间段的升降变化类似于 TON，表明两指标具有同步变化特点，均反映了有机物随时间变化的特点。图 6 为挺水植物区静止期处理水 TIN 与 TN 浓度比值（CTIN/CTN）随静留时间变化曲线。图 6 显示，CTIN/CTN 随静留时间按指数函数方式递减，CTIN/CTN 与静留时间（t,h）存有良好相关性，相关方程为：CTIN/CTN=13.27exp(-0.034t)R2=0.7731 （5）经显著性检验，方程（5）在=0.01 水平极显著相关。农业工程学报 2013 年 214 图 5 湿地静止 144 h 期间挺水植物区废水总无机氮(TIN)、总有机氮(TON)与化学需氧量(CODMn)质量浓度(mgL-1)随静留时间（h）变化曲线 Fig.5 Static time（h）courses of concentrations of TIN,TON and CODMn(mgL-1)in the macrophytes unit for 144 hours 图 6 湿地静止 144 h 期间挺水植物区处理水中总无机氮与总氮质量浓度比值(CTIN/CTN)随静留时间的变化曲线 Fig.6 Static time（h）courses of the ratio of concentration of total organic nitrogen and total nitrogen in the macrophytes unit for 144 hours 2.5 养殖结果 E7 塘养殖 94 d，E8 对照塘养殖约 70 余天时，蓝绿藻暴发引起虾病，部分虾漂浮水面，停止摄食，为减少经济损失于 77 d 终止试验。两塘养殖结果如下：E7 和 E8 塘收获虾体长与体质量分别为：9.450.70 cm 与 9.011.88 g 和 6.850.84 cm 与3.451.36 g；平均周生长速率：每周增加 0.67 g 与0.31 g。E7 虾的生长状况显著优于 E8 塘（P0.01）。3 讨 论 3.1 运转人工湿地去氮效果与特点 Lin 等18认为，养殖废水污染强度低于生产与生活污水，养殖又需快速去除 TAN 等有毒物质，故人工湿地采用较短 HRT（0.76 d），较高 HLR（0.3 m/d），连续 80 d 循环处理养虾水，获得成功。因其三态氮浓度远低于本试验，HLR 与 HRT 分别为试验湿地的 18.2%与 1.8 倍，均优于试验，故试验湿地运转时 TAN、NO2-N 与 NO3-N 去除率均低于其相应值，但去除速率较其高。Redding 等19以高 HLR（12 m/d）湿地处理高浓度 TAN 的废水，去除率远低于试验。试验湿地处理废水结果与他人的差异，符合以往资料报道3-5,7-8,10,17,20-22：运转人工湿地对氮等污染物的去除率和去除速率与参数HLR 密切相关，HLR 在合适范围，湿地才具良好去除效果；其效果也与污染物浓度有关，水力负荷升高，污染物负荷增大，通常使去除率降低，去除速率增大，但湿地承受能力有限度7,10。试验湿地HLR 值处于循环处理养虾水可用范围（1 5701 950 mm/d）3，对虾具毒性的 TAN 与 NO2-N 及TAN 的主要来源 TN 23均可有效去除，表明试验湿地运转时具良好去氮作用。通常湿地采用连续运转方式处理废水3,9,16,18，试验湿地联用塘内设施，虽以低频率间歇运转处理虾塘水，且在养殖周期内无换水与用药，但仍可维持 E7 塘 TAN（0.4930.624 mg/L）与 NO2-N（0.1530.313 mg/L）在虾安全生长范围24-25，特别是可有效抑制蓝绿藻与病菌繁衍，确保养虾试验获得成功，此是试验湿地的特点。E8 塘内虽具相同设施，仅养殖 77 d，TAN（0.6530.763 mg/L）与 NO2-N（0.1400.221 mg/L）和 E7 塘（94 d）差异不显著，但因 70 余天时，蓝绿藻暴发，试验虾得病逐渐死去，为减少损失提前终止试验。可见，E7 塘养殖试验所以成功，正如有关研究所指出26：湿地植物香蒲对蓝绿藻具较强抑制作用和较高去除率，可有效去除氮、磷、有机物和病原微生物等。湿地对污染物的去除是吸附、沉淀、氨化、硝化与反硝化等多种作用的综合结果，其中硝化与反硝化作用是去氮的主要途径27。湿地静止时，废水中较大颗粒物及其吸附物先行沉淀，加之氨化、硝化与反硝化三大作用，各种形态氮浓度均下降（见表 2），其中 TAN、NO3-N 与 TN 在静留 624 h 达极显著去除；24 h 后至 48 h，随静留时间增加，水温由 23.6升至 27.2，处于三大作用合适温度范围28-29，作用强度进一步增强。期间，TAN 浓度在0.3170.497 mg/L 范围内波浪式增至极大值，TAN 积累是因氮的矿化速率大于硝化速率,也与硝化菌群较氨化菌群增值速度慢且难以维持较高浓度有关30。据反应物浓度增大可加快反应速度原理16，TAN 浓度增加，应加速亚硝化与硝化作用进行，增高 NO2-N、NO3-N 浓度，但在该时间段，NO2-N 与NO3-N 浓度却快速下降，分别较初始下降 76.1%与91.9%，TN 降 44.8%。48144 h，TAN 以更小范围（0.3430.467mg/L）波浪式递减，120 h 时其他第 18 期 臧维玲等：低频率运转下人工湿地对养虾水的去氮作用及其动力学 215 形态氮浓度均逐渐降低至低值。上述表明湿地发生氨化作用的同时，尚存有强硝化作用与反硝化作用，显示强势的脱氮作用31-32。因试验湿地 HRT仅 0.42 d，废水进入湿地未得以充分净化便又返回虾塘。静止期间湿地各种去氮作用则可得以较充分进行，NO2-N、NO3-N 与 TN 等去除效果远强于运转时，如静止 18 h 时，湿地对 NO3-N 去除率与去除速率分别为运转时的 3.2 倍与 4.1 倍。由此可知，应适当降低废水流量，以增大 HRT，使污染物在湿地能得以较充分净化处理。Robert9以湿地处理河水关闭进水泵后，废水约经 51 h 净化，NO3-N 浓度较峰值降低 93%。试验废水在挺水植物区静留 48 h，NO3-N 降低 91.9%，可见试验与 Robert 所用湿地去除 NO3-N 能力相近。贺锋等17也认为湿地间歇运行具良好去氮效果。故若条件允许，湿地可采用间歇式运行，既可提高污染物去除效果，又可节能，并使湿地得以养息。3.2 人工湿地去氮动力学特点 废水静留挺水植物区期间，NO2-N、NO3-N 及TN 的去除动力学特点类同诸多资料所报道3,5,9,18,29：符合一级反应动力学方程。方程中速率常数 k 可表示化学反应速率和特征16，据试验所得 NO2-N、NO3-N 及 TN 的 k 值（0.036、0.029、0.009 h-1）可知，三者去除速率顺序：NO2-NNO3-NTN。Lin 等21湿地试验得 NO2-N 与 NO3-N k 值分别为 0.138与 0.067 h-1，其 NO2-N 去除速率也快于 NO3-N。此可能因硝化菌群增值速度慢，难以维持较高浓度30以及与 NO2-N 的反硝化速率快于 NO3-N 33有关。不同湿地去除污染物速率常数 k 值的差异和湿地深度与 HLR 不同有关34。3.3 人工湿地静止期处理水氮存在形式变化特点 联合表 2 和图 25 可发现，湿地静止初始，废水 TIN 为总氮主要成分，占 TN 92.9%。048 h 期间，TIN 浓度随静留时间增加急剧下降，降至 TN的 31.8%。同时 TON 以慢于前者的速度波浪式递增至极大值，为初始 6 倍。显然，此乃是上述提及的湿地中吸附、沉降以及三大作用等的综合作用结果，特别是湿地的强脱氮作用使 TIN、TN 浓度不断下降，最终分别降低 93.0%与 57.9%，同时湿地基质释放、生物体腐烂分解等增加含氮有机物，最终TON浓度较初始增加4倍，成为TN的主要成分，但其增加量远低于三态氮与 TN 的降低总量。陈家长等35以湿地处理鱼塘水也出现类似特点,此应是湿地有效处理废水的特征。据方程式（5）估计，当废水 TIN 与 TON 浓度相等时，即 CTIN/CTN=0.5 时，处理废水约需静留湿地 52 h，此后 TN 组成转为以 TON 为主，表明含有毒物 TAN 与 NO2-N 等的 TIN 已被去除约 50%。图 5 也显示，废水静留约 40 h 后，TIN 浓度低于TON，且在 4070 h 间，TON 与 TIN 出现相交或近于相交，即两指标近乎相等。此现象主要与湿地中脱氮与增氮等作用的强度不断变化有关。可见，方程式（5）表征了湿地除 TIN 与 TN 的能力及在处理中 TN 组成的动态演变状况，可据该方程约估湿地运行的间歇时间。再次表明了试验湿地欲提高去除污染物能力，应适当减缓废水流速，以增大 HRT。4 结 论 养殖 60 d 后，复合型人工湿地以低频率运转循环处理虾塘水，总氨氮 TAN、总氮 TN 分别极显著去除 37.9%、26.7%（P0.01），NO2-N 显著去除22.7%（P0.05）；湿地停止运转时，静留挺水植物区废水 TAN、NO3-N 与 TN 于 24 h 内分别极显著去除 17.5%、25.8%与 25.9%（P0.01）；NO2-N、NO3-N 及 TN 浓度随静留时间的去除变化符合一级反应动力学方程；湿地静止期间，废水 TN 初始以 TIN 为主逐渐转为以有机氮 TON 为主。表明养殖周期内，未换水、未用药，辅以塘内简易设施，复合湿地以低频率运转循环处理虾塘水具良好去氮、节能及易管理等特点，可维持良好虾塘水质，确保养殖成功。为进一步提高湿地净化能力，可在废水进入湿地前增设沉淀池、适当降低 HLR 与增加运转频率。参 考 文 献 1 Amelia K K.The potential for 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