人工濕地污水處理作為一種生態(tài)處理技術(shù)，具有投資低、運(yùn)行費(fèi)用省和運(yùn)行耗能低的優(yōu)勢(shì)，已成功運(yùn)用于養(yǎng)殖廢水的處理.潛流人工濕地污水處理通常被分為水平潛流和垂直流，目前，高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中產(chǎn)生的大量廢水及其中所含的各類(lèi)污染物和殘留抗生素的處理受到越來(lái)越多的關(guān)注. 同時(shí)養(yǎng)殖過(guò)程中使用的抗生素殘留在水環(huán)境中會(huì)誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生抗藥性，并有可能對(duì)水產(chǎn)品產(chǎn)生毒害作用.　

研究表明，水平潛流和垂直流人工濕地污水處理構(gòu)造和水流方式的差別以及濕地內(nèi)水力停留時(shí)間的長(zhǎng)短，均易導(dǎo)致污水與填料接觸時(shí)間、濕地內(nèi)氧含量等的差異，從而影響到對(duì)污水中含氮污染物的去除效果.水平流擁有相對(duì)長(zhǎng)距的流程，潛在的反硝化程度高，而垂直流濕地內(nèi)部污水從表面流至底部時(shí)能夠與氧較好地混合，硝化反應(yīng)好且去除較多的有機(jī)物.

我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展產(chǎn)生了大量的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水.未經(jīng)利用的飼料及水產(chǎn)品代謝物導(dǎo)致養(yǎng)殖廢水中含有大量的含氮污染物，若不經(jīng)處理肆意排放會(huì)造成周?chē)蚋粻I(yíng)養(yǎng)化。

武漢格林環(huán)保有完善的服務(wù)體系和配套的專(zhuān)業(yè)環(huán)境工程團(tuán)隊(duì)，秉著崇高的環(huán)保責(zé)任和義務(wù)長(zhǎng)期維護(hù)提供免費(fèi)的污水處理解決方案，是湖北省工業(yè)廢水運(yùn)營(yíng)管理行業(yè)中的品牌。18年來(lái)公司設(shè)計(jì)并施工了上百個(gè)交鑰匙式的污水處理工程。

有學(xué)者在考察人工濕地污水處理對(duì)抗生素的去除效果時(shí)也發(fā)現(xiàn)，垂直流人工濕地污水處理優(yōu)于水平流人工濕地污水處理.隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)單一的水流方式不能同時(shí)提供好氧和厭氧的環(huán)境，所以構(gòu)造復(fù)合人工濕地污水處理來(lái)提供不同的氧化還原狀態(tài)以適宜硝化和反硝化的進(jìn)行，進(jìn)而改進(jìn)凈化污水的效果.

本研究分別構(gòu)建了水平潛流和下行-上行復(fù)合垂直流兩種構(gòu)型的人工濕地污水處理裝置，考察在不同工況下兩個(gè)人工濕地污水處理對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中含氮污染物的去除效果和影響因素，并通過(guò)對(duì)微生物活性、代謝能力及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成的研究闡明人工濕地污水處理構(gòu)型對(duì)含氮污染物去除的差異，并進(jìn)一步考察兩個(gè)人工濕地污水處理對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖常用抗生素的去除效果及影響因素，以期為人工濕地污水處理技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水特征污染物的去除提供借鑒.

由于硝化、反硝化作用的速率有限，隨著水力停留時(shí)間的減少，NO3--N的去除量明顯降低.不同構(gòu)型的人工濕地污水處理在高水力停留時(shí)間的工況下對(duì)NO3--N的去除效果均較好，水力停留時(shí)間為3 d及以上時(shí)，亞硝態(tài)氮去除率均大于95%.

人工濕地污水處理構(gòu)型對(duì)含氮污染物去除的影響.個(gè)人工濕地污水處理對(duì)各類(lèi)含氮污染物均有一定的去除效果，人工濕地污水處理對(duì)污染物的去除效果隨停留時(shí)間的變化呈現(xiàn)出波動(dòng).水平潛流和復(fù)合垂直流人工濕地污水處理在各階段內(nèi)對(duì)各類(lèi)含氮污染物的去除效果，從中可以發(fā)現(xiàn)人工濕地污水處理的構(gòu)型對(duì)含氮污染物的去除效果具有較為明顯的差異.

在總氮去除方面，當(dāng)水力停留時(shí)間為3 d時(shí)，兩個(gè)人工濕地污水處理的去除率均有下降，而當(dāng)水力停留時(shí)間延長(zhǎng)至3 d及更高時(shí)，兩個(gè)人工濕地污水處理對(duì)TN的去除率均顯著提升(P <0.05)，且去除率保持相對(duì)穩(wěn)定的水平.兩個(gè)人工濕地污水處理在水力停留時(shí)間為3 d時(shí)去除效果最好，去除率可分別達(dá)到53%和57%，且去除效果較為穩(wěn)定。

人工濕地污水處理進(jìn)水取自某水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)的生產(chǎn)河道，兩個(gè)裝置并聯(lián)運(yùn)行，進(jìn)水量由蠕動(dòng)泵控制，全天34 h連續(xù)運(yùn)行.在人工濕地污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行之后于3014年3月~9月進(jìn)行試驗(yàn)，初設(shè)的水力停留時(shí)間為1 d，然后通過(guò)進(jìn)水量的改變控制水力停留時(shí)間和水力負(fù)荷，根據(jù)不同的工況可將試驗(yàn)分為4個(gè)階段，各階段的運(yùn)行參數(shù)如表 3所示，每階段進(jìn)行試驗(yàn)前均設(shè)有5~7 d的過(guò)渡期以確保人工濕地污水處理穩(wěn)定運(yùn)行.

NH4+-N主要通過(guò)微生物的硝化作用去除，與人工濕地污水處理內(nèi)部的溶解氧濃度具有較大關(guān)系.當(dāng)水力停留時(shí)間維持在3 d及以上時(shí)，水平潛流人工濕地污水處理內(nèi)部的復(fù)氧條件相對(duì)不足，去除率有所降低，復(fù)合垂直流人工濕地污水處理內(nèi)部則能夠通過(guò)水流方式提高與氧的混合，較好地供氧能夠促進(jìn)微生物硝化反應(yīng)的進(jìn)行[11]，從而促進(jìn)了NH4+-N的去除.當(dāng)兩個(gè)人工濕地污水處理運(yùn)行穩(wěn)定并維持水力停留時(shí)間為4 d一段時(shí)間后，分別在水平潛流人工濕地污水處理裝置中的上層前部基質(zhì)和復(fù)合垂直流人工濕地污水處理下行流的上層基質(zhì)采樣，每組樣品均由寬度方向上多位點(diǎn)采集的基質(zhì)均勻混合而成.采樣后對(duì)基質(zhì)中微生物的代謝特性與多樣性及其中細(xì)菌的數(shù)量和結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析.

兩種人工濕地污水處理對(duì)恩諾沙星的去除效果優(yōu)于磺胺甲唑和氟甲砜霉素，水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)有助于提高磺胺甲唑的去除率.說(shuō)明通過(guò)改進(jìn)人工濕地污水處理工藝、優(yōu)化工藝參數(shù)可以促進(jìn)養(yǎng)殖廢水中含氮污染物和抗生素的去除.人工濕地污水處理對(duì)不同種類(lèi)抗生素的去除機(jī)理較為復(fù)雜，后續(xù)擬通過(guò)穩(wěn)定同位素示蹤法、抗性基因檢測(cè)等手段進(jìn)一步揭示其機(jī)制.設(shè)置水力停留時(shí)間為3.4 d的試驗(yàn)結(jié)果相似.總的來(lái)說(shuō)，復(fù)合垂直流對(duì)TN的去除率均高于水平潛流人工濕地污水處理，說(shuō)明復(fù)合垂直流人工濕地污水處理的構(gòu)型可以對(duì)TN的去除產(chǎn)生影響.

在NH4+-N去除方面，兩個(gè)潛流人工濕地污水處理對(duì)NH4+-N的去除率均高于60%，當(dāng)水力停留時(shí)間維持在3 d及以上時(shí)，復(fù)合垂直流人工濕地污水處理對(duì)NH4+-N的去除率顯著高于水平流(P <0.05)，在水力停留時(shí)間為3 d時(shí)復(fù)合垂直流人工濕地污水處理的去除率最高可達(dá)到70%.在NO3--N去除方面，兩個(gè)人工濕地污水處理的去除率差異不大.當(dāng)水力停留時(shí)間為4 d時(shí)，兩個(gè)人工濕地污水處理的去除率均在75%以上，且較為穩(wěn)定; 水力停留時(shí)間降低時(shí)，兩個(gè)人工濕地污水處理去除率均顯著降低(P <0.05)，并且在水力停留時(shí)間為3 d達(dá)到最低.

人工濕地污水處理構(gòu)型對(duì)濕地系統(tǒng)內(nèi)微生物的影響.AWCD值反映了微生物群落對(duì)不同碳源代謝的總體情況，其變化速率反映了微生物的代謝活性.水平潛流人工濕地污水處理上層前部與復(fù)合垂直流人工濕地污水處理上層基質(zhì)不同時(shí)間的AWCD值如所示.在這兩個(gè)不同構(gòu)型的人工濕地污水處理中，復(fù)合垂直流對(duì)碳源的利用程度高于水平潛流，微生物群落代謝功能的差異可能與不同構(gòu)型濕地中溶解氧濃度和污染物內(nèi)部降解規(guī)律有關(guān).

本試驗(yàn)結(jié)果中水平流人工濕地污水處理相對(duì)較差的氧環(huán)境更有利于磺胺甲唑的去除，說(shuō)明其在人工濕地污水處理中主要的去除途徑是厭氧微生物降解， 同時(shí)在人工濕地污水處理中水力停留時(shí)間延長(zhǎng)后，去除率提升，水平潛流人工濕地污水處理在水力停留時(shí)間為3 d時(shí)能夠達(dá)到50%以上的去除率，氟甲砜霉素為氯霉素類(lèi)抗生素，具有氟、氯多個(gè)鹵代基團(tuán)和苯環(huán)結(jié)構(gòu)，研究者發(fā)現(xiàn)其在太陽(yáng)光照射下不發(fā)生光解，且不易發(fā)生水解.

人工濕地污水處理構(gòu)型對(duì)抗生素去除的影響.兩個(gè)人工濕地污水處理對(duì)抗生素去除效果從中可知水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進(jìn)水中恩諾沙星、磺胺甲唑和氟甲砜霉素的平均濃度分別為75.36、97.07和556.47 ng ·L-1，其中氟甲砜霉素的濃度明顯高于其他兩種抗生素.人工濕地污水處理構(gòu)型對(duì)抗生素的去除效果相差不大，但不同抗生素的去除效果存在一定的差異：恩諾沙星的去除率明顯大于磺胺甲唑和氟甲砜霉素，氟甲砜霉素的去除效果最差.水力停留時(shí)間對(duì)恩諾沙星和氟甲砜霉素的去除無(wú)顯著影響(P >0.05)，而對(duì)磺胺甲唑的影響顯著(P <0.05)，磺胺甲唑的去除率隨著水力停留時(shí)間的增加有明顯的升高，水平潛流人工濕地污水處理的去除率從4%升到59%，復(fù)合垂直流人工濕地污水處理從3%升到55%.

抗生素在人工濕地污水處理中的去除受光解、水解、植物吸附、填料吸附和微生物降解共同作用的影響.3種抗生素由于結(jié)構(gòu)不同，其去除機(jī)制存在一定的差異.恩諾沙星為氟喹諾酮類(lèi)抗生素，具有喹諾酮類(lèi)的兩個(gè)六元環(huán)拼合的雙環(huán)結(jié)構(gòu)并引入了氟原子，易發(fā)生光解、易被吸附但不易發(fā)生水解，由于潛流人工濕地污水處理中光解的作用可以忽略，試驗(yàn)結(jié)果表明其去除又與人工濕地污水處理構(gòu)型、水力停留時(shí)間無(wú)關(guān)，說(shuō)明其在人工濕地污水處理中主要通過(guò)填料的吸附作用被去除.磺胺甲唑?yàn)榛前奉?lèi)抗生素，進(jìn)入環(huán)境后降解較慢.

本試驗(yàn)研究表明進(jìn)水中氟甲砜霉素濃度較高且性質(zhì)較為穩(wěn)定，說(shuō)明氟甲砜霉素在常規(guī)人工濕地污水處理中難以被去除，有效的去除方法有待進(jìn)一步研究.水平潛流人工濕地污水處理和下行-上行復(fù)合垂直流人工濕地污水處理可以去除水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中的各類(lèi)含氮污染物，其中復(fù)合垂直流因其水流方式可產(chǎn)生較好的溶解氧條件，基質(zhì)中上層的微生物活性和多樣性均較高，對(duì)污染物的去除效果相對(duì)較好，水力停留時(shí)間為3~4 d時(shí)對(duì)各類(lèi)污染物的去除效果可達(dá)到最優(yōu).