微生物在人工濕地污水處理中的應用

微生物在人工濕地污水處理中的應用

人工濕地技術是20世紀70年代末開發(fā)的一種新型的廢水生態(tài)處理技術。其特點是投資少、效率高、抗沖、處理效果穩(wěn)定、運營成本低、維護方便、景觀生態(tài)適應性好等。目前已被用于處理各種類型的廢水,如居民生活污水、養(yǎng)殖廢水、酸性礦排水、暴雨徑流、面源污染控制以及河流、湖泊濕地恢復和重建,同時在城市市政工程建設中發(fā)揮作用。一般認為,人工濕地是通過植物-土壤-微生物的綜合作用實現(xiàn)對污染物去除的,其中微生物是對污染物進行吸收和降解的主要生物群體和承擔者,微生物在濕地基質中與其他動物和植物共生體的相互關系往往起著核心作用。在人工濕地系統(tǒng)凈化污水過程中,基質中的微生物起到十分重要的作用,一方面它們既是生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分,另一方面又是有機污染物去除的積極分解者,它們的組成以及功能的發(fā)揮將直接影響人工濕地的凈化效果。近年來對濕地微生物的研究逐漸深入,包括微生物種群時空分布,微生物酶活性,遺傳多樣性等。本文總結歸納了國內外有關人工濕地系統(tǒng)中微生物去除污染物的研究進展。1濕地微生物去除污染物的研究圍繞人工濕地基質微生物去除污染物已經展開了多方面的研究,主要包括微生物數(shù)量、種群分布、酶活性以及有機物的生物降解等幾方面。1.1不同微生物制劑對人工濕地的凈化效果黃德鋒等分析了復合垂直流人工濕地污染物的沿程降解情況。結果表明,濕地系統(tǒng)中污染物質量濃度沿程逐漸降低。當污水由下行池流入上行池時,大部分污染物已被去除,TN、TP、COD和NH+4-N在下行池的去除率分別為63.7%、66.7%、72.2%和67.9%,污染物主要在下行池通過基質微生物和植物的協(xié)同作用被去除。有機污染物通過好氧、兼氧以及厭氧微生物的作用被降解,出水ρCOD在10mg/L以下。郭如美等主要測定了泗洪潛流式人工濕地蘆葦根面及填料表面上氨化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌的數(shù)量分布情況,并初步探討了人工濕地脫氮效果。結果顯示濕地中細菌數(shù)量豐富,氮去除效果較好,其中氨氮、凱氏氮、總氮的去除率分別為55.5%、60.1%和53.6%。研究人員測定了人工濕地基質微生物,人工濕地基質好氧微生物數(shù)量下行池大于上行池;基質上層好氧微生物數(shù)量顯著大于中下層基質;基質上層區(qū)域是人工濕地污水處理系統(tǒng)最有效的凈化空間。由于人工濕地下行池基質中好氧微生物數(shù)量大于上行池,在人工濕地凈化污水的過程中,下行池的作用占主導地位。鄭仁宏等探討了表面流人工濕地脫氮過程中沿程硝化和反硝化作用的變化,以及不同C∶N對系統(tǒng)反硝化強度的影響。研究結果表明:表層土壤硝化強度高于深層土壤,對NH+4-N的去除具有較好的效果;深層土壤反硝化作用優(yōu)于表層土壤;反硝化細菌的生長需要碳源來合成細胞,5倍碳源的反硝化強度高于3倍碳源,不加碳源時最低。系統(tǒng)在進行反硝化作用時由于菌群生長需要碳源從而降低了COD,有利于TN和COD的去除;反硝化作用主要在系統(tǒng)的1/3至1/2進行,末端強于前端,符合微生物脫氮反應的基本過程。在保證碳源供給的條件下,能充分發(fā)揮系統(tǒng)反硝化脫氮作用,有利于TN的去除。林靜等研究了添加復合微生物制劑對蘆葦人工濕地系統(tǒng)去除蘇州河水污染物的影響。于2005年2月17日~10月25日測定了氨氮的變化。蘇州河河水的氨氮數(shù)值在2~9mg/L之間波動,春夏季比較高,冬季低。河水經過蘆葦濕地后氨氮有顯著的降低,從氨氮的去除率上看,氨氮平均去除率在30%~40%之間,最高可以達到70%~80%,進入秋季,出水的氨氮可以低于1mg/L。加菌劑的試驗組出水氨氮顯著低于對照組(TTEST,P<0.01)。說明菌劑的投加可以提高氨氮的去除率,強化氨氮的去除效果。季節(jié)變化對于氨氮的去除有較大的影響,春秋季節(jié)有利于氨氮的去除,究其原因可能與溫度有關。在冬季,氣溫普遍在0℃以下,即使人工濕地采取了保溫隔離措施,水溫一般仍然很低,約在0~5℃間。微生物不能得到根系的保護,所受到溫度急劇降低的沖擊更為明顯,幾乎失去處理的能力。氮去除率取決于人工濕地內的溫度,有一些學者提出實質上的硝化作用在4℃時就停止了。然而,有數(shù)據(jù)顯示:低負荷的潛流式人工濕地能在溫度2.8~4.4℃使氨氧化。在加拿大的一個垂直流式人工濕地,硝化反應能在2~5℃的溫度內進行;一個由美國田納西州山谷當局取得專利權的、可間歇交替使用的項目,經證實總氮的去除率已超過85%。Gearheart研究發(fā)現(xiàn)在一定的溫度范圍之內,在北美代表地區(qū),濕地中氮的去除率相對穩(wěn)定,Vymazal的研究發(fā)現(xiàn)氨化過程與溫度的關系最為密切。Crites研究發(fā)現(xiàn)在10℃時硝化速率比較穩(wěn)定,當溫度低于10℃時,濕地處理效率則明顯下降,Brodrick等研究發(fā)現(xiàn)反硝化速率在5℃左右非常低,大大限制了濕地脫氮作用的發(fā)揮,Herskowitz等研究發(fā)現(xiàn)在6℃左右時濕地幾乎沒有去除效果。在夏季高溫條件下,濕地的脫氮效率明顯提高,而當夏季溫度高于30℃時,高溫濕地基質酶活性產生擬制作用,影響硝化菌和反硝化菌的生物化學過程,反而影響濕地脫氮效果。劉學燕等的研究也同樣表明在水溫低于4℃的條件下氨氮的去除率仍然可以達到約50%。在濾床內有較大空氣運動的濕地,氮的去除率會比較好。但一般冬季運行的人工濕地幾乎是在封閉的系統(tǒng)內進行的,進水溫度低,甚至接近0℃,可以通過強制在床體通風來獲得能量和足夠的氧氣,對此有待進一步實驗研究。綜上所述,不同類型人工濕地系統(tǒng)中,去除污染物的效果不盡相同。濕地中微生物必須在一定溫度下才能發(fā)揮活性,所有這些能量均來源于太陽光能,而在濕地的處理時段內,隨著太陽幅射的周期性變化和年變化,濕地水體和濕地土壤的溫度也發(fā)生周期性變化,濕地的去除效果也隨之規(guī)律性波動,因而會出現(xiàn)處理效率的差異。1.2不同季節(jié)和地帶性濕地微生物群落結構人工濕地中存在大量的厭氧、好氧和兼性菌群,這些微生物存在于濕地的土壤或礫石填料的表面和植物的根系表面,通過參與營養(yǎng)物的循環(huán)和改善填料氧化還原條件,以實現(xiàn)濕地處理污水的功能。吳振斌等通過磷脂脂肪酸(PLFAs)分析,研究了復合垂直流人工濕地基質剖面的微生物群落結構及其分布特征?；|中好氧原核微生物為優(yōu)勢類群,其次為革蘭氏陽性細菌及其他厭氧細菌,真核微生物所占比例最低。統(tǒng)計結果顯示,好氧原核微生物的特征PLFAs相對含量在上行池表層最高;革蘭氏陽性細菌、SRB及其他厭氧細菌的特征PLFAs相對含量在下行池中層顯著高于其他位點,指示該區(qū)域為濕地系統(tǒng)主要的兼性厭氧功能區(qū),為控制和強化濕地凈化效果提供理論基礎。謝冰等采用單鏈構象多態(tài)性(SSCP)技術對上海夢清園蘆葦人工濕地底泥微生物群落結構進行了研究。采用SSCP技術對蘆葦濕地底泥中的微生物DNA研究表明,當凝膠濃度10%、交聯(lián)度49∶1、5%的尿素,PCR產物上樣量為4μL,電壓為150V時,可以得到重復性好的指紋圖譜。PCR-SSCP實驗結果顯示,蘆葦人工濕地中優(yōu)勢微生物主要是一些對環(huán)境適應能力強的芽孢桿菌。季節(jié)變化和進水水質變化對微生物群落結構有較大影響,濕地微生物DNA多樣性呈現(xiàn)季節(jié)性和地帶性變化。鄧歡歡等利用Biolog微平板技術研究了水平潛流人工濕地基質微生物群落結構,主成分分析(PCA)結果表明,不同部位的基質微生物群落具有不同的群落結構。功能多樣性指標分析表明,基質上層微生物群落豐度、均勻性和多樣性指標均高于下層,前部下層微生物群落的均勻性指數(shù)顯著低于其他取樣點,存在較強的優(yōu)勢種;后部下層的豐度指數(shù)則明顯低于其他采樣部位。張甲耀等研究不同植物構成的潛流型人工濕地處理系統(tǒng)的凈化能力及其異養(yǎng)細菌數(shù)量,發(fā)現(xiàn)在蘆葦濕地中有假單胞菌屬、無色桿菌屬、不動桿菌屬、黃桿菌屬、黃單胞菌草屬、短桿菌屬、節(jié)桿菌屬、芽孢桿菌屬、分枝桿菌屬、葡萄球菌屬和微球菌屬等,假單胞菌屬、無色桿菌屬和不動桿菌屬細菌是優(yōu)勢菌。在無植物系統(tǒng)中假單胞菌屬也是優(yōu)勢菌,但沒有分離到不動桿菌屬、黃桿菌屬和微球菌屬細菌。沈耀良等發(fā)現(xiàn)人工濕地內存在明顯的好氧菌和厭氧菌群體,在植物的根、莖上好氧微生物占優(yōu)勢;而在植物的根系區(qū)則既有好氧微生物的活動,也有兼性厭氧微生物的活動;在冬季,雖然濕地植物的地上部分要枯萎,但濕地中各類微生物的數(shù)量則基本上保持在較高的水平上,不過好氧微生物和兼性厭氧微生物數(shù)量的比值有所減少。人工濕地污水處理系統(tǒng)是一個高含氮環(huán)境,有大量微生物參與氮素物質的轉化。許多學者把涉及氮轉化的細菌作為研究的重點。有研究結果表明人工濕地系統(tǒng)中氨化細菌、亞硝化細菌、硝化細菌、反硝化細菌數(shù)量都處于較高水平,濕地中氮轉化細菌豐富,有植物系統(tǒng)中亞硝化菌數(shù)量高于無植物系統(tǒng)。梁威等對不同季節(jié)的蘆葦、茭白和香蒲等濕地系統(tǒng)植物根區(qū)、無植物對照微生物分布狀況以及凈化效果進行研究,結果顯示種植不同植物的濕地系統(tǒng)根區(qū)微生物數(shù)量不同,其濕地凈化效果也不同;季節(jié)變化顯示濕地系統(tǒng)秋季的細菌總數(shù)量比夏季高;但對照系統(tǒng)夏季的真菌和放線菌數(shù)量明顯高于秋季;濕地系統(tǒng)總磷的去除率夏季高于秋季。相關性分析發(fā)現(xiàn)濕地植物根區(qū)的細菌總數(shù)與污染物的去除率之間存在顯著相關性,而根區(qū)微生物數(shù)量與TP、COD和凱氏氮(KN)的去除率之間不存在顯著相關性。Ibekwe等用PCR-DGGE技術分別對16SrNA基因和氨單加氧酶基因(amoA)擴增條帶進行分析,研究處理奶場廢水的人工濕地出水中總細菌種群和氨氧化細菌種群的組成的變化。研究結果表明,總細菌種群主要由Bacillus,Clostridium,Mycoplasma,Eubacterium和Proteobacteria組成,與哺乳動物胃腸道內菌群相似。氨氧化細菌種群分析顯示,在濕地系統(tǒng)中Nitrosospira相似條帶占較高比例,且實驗期間沒有發(fā)生優(yōu)勢種群的變化,而在原水、糞便和兼性厭氧池塘中的Nitrosomonas相似條帶占較高比例。Kevin等在英國康沃爾市建立了一個用來處理重金屬礦山廢水的人工濕地,研究人員在為期30個月的時間段內富集培養(yǎng)了不同種的嗜酸細菌,結果發(fā)現(xiàn)最初出現(xiàn)的是中度嗜酸鐵氧化細菌(Halothiobacillusneapolitanus),隨后出現(xiàn)的優(yōu)勢種群是異養(yǎng)嗜酸菌,并且從濕地中篩選出了在酸礦廢水中沒有出現(xiàn)的細菌。Vacca等研究人工濕地中細菌的去除過程時用PCR-SSCP(single-strandconformationpolymorphism,單鏈構象多態(tài)性)來分析細菌多樣性,結果表明出水中微生物多樣性要顯著低于進水中微生物多樣性;與土壤相比,根區(qū)條帶的增加表明植物能夠刺激特殊的微生物種群的出現(xiàn);沙和膨脹粘土根區(qū)指紋的不同說明基質類型的不同將導致微生物種群的不同,上述研究結果表明濕地系統(tǒng)的微生物種群受到過濾過程、過濾介質和植物的影響。Tam研究廢水對紅樹林土壤微生物種群和酶活性的影響時,發(fā)現(xiàn)試驗土壤中的需氧和兼性異養(yǎng)細菌以及硝化與反硝化細菌總數(shù)要顯著高于對照土壤,這些表明廢水中的有機物和營養(yǎng)物質能夠刺激細菌的大量增加,而重金屬的存在并沒有產生副作用,研究者認為可能是由于重金屬的抑制作用被營養(yǎng)物的刺激作用所掩蓋,從實驗結果來看,相比較重金屬污染,廢水中的有機物和營養(yǎng)物質對微生物活性有顯著的影響。眾多研究都表明,不同人工濕地中的微生物種群和數(shù)量均不同,主要原因是由濕地廢水來源和類型的不同,種植植物的不同,基質材料和運行管理方式的不同等因素導致的。所以可以針對不同的應用對象,選擇不同類型的人工濕地來調控微生物的種群數(shù)量,提高凈化效果。1.3不同基質中微生物活性的研究人工濕地中酶的活性是微生物功能的一種體現(xiàn),其活性高低直接影響著污水的凈化效果,并且是人工濕地運行效果好壞的一個指標。國內外的科研工作者圍繞人工濕地中酶,開展了不少研究。徐德福等研究了不同基質的酶活性,發(fā)現(xiàn)不同基質的脲酶和磷酸酶活性存在差異。砂子/土壤/泥炭混合物與土壤的脲酶活性都顯著高于砂子和土壤/砂子的混合物(P<0.05)。砂子/土壤/泥炭混合物的脲酶活性是砂子的2.4倍,砂子/土壤混合物和砂子中脲酶活性差異不大。砂子/土壤/泥炭混合物的磷酸酶活性顯著高于砂子(P<0.05),而砂子的磷酸酶活性最低,砂子/土壤/泥炭混合物的磷酸酶活性是砂子的17.14倍?；|脲酶和磷酸酶活性均為:砂子/土壤/泥炭混合物>土壤>土壤/砂子混合物>砂子。崔玉波等針對寒冷地區(qū)季節(jié)性運行的人工濕地,研究了兩級逆向垂直潛流人工濕地中微生物INT-脫氫酶活性(DHA)的變化。系統(tǒng)中0.15m深度較0.22m深度的微生物DHA高,可能的原因是由于根系活動和受大氣復氧的影響。DHA受溫度變化影響明顯。系統(tǒng)啟動初期,微生物DHA隨氣溫升高而升高;系統(tǒng)運行后期,DHA隨氣溫降低相應下降。同時,DHA受營養(yǎng)物水平影響,高營養(yǎng)對應著高活性。人工濕地中的微生物脫氫酶活性存在明顯的空間和時間變化特征。李智等測定了人工濕地酶活性,人工濕地基質中酶活性下行池大于上行池;基質上層磷酸酶、脲酶和蛋白酶的活性顯著大于中下層基質;不同時間的基質酶活性不同。由于人工濕地下行池基質中酶活性大于上行池,在人工濕地凈化污水的過程中,下行池的作用占主導地位。宋鐵紅等認為濕地中的微生物活性對環(huán)境溫度的變化有一個適應過程,也存在一個適應的溫度范圍?？梢哉f,在適宜的溫度范圍內,微生物的活性是可以恢復的;但超過這個范圍,用INT所檢測的活性就很低,或者根本檢測不出活性,具體的溫度范圍尚需要進一步研究。周巧紅等對復合垂直流人工濕地基質中6種酶的酶活性和5種細菌生理類群數(shù)量進行了測定,從基質酶的角度闡明人工濕地的凈化機理,并豐富了生理、生化等方面信息。吳振斌等研究了復合垂直流人工濕地基質中的磷酸酶和脲酶活性及與污水凈化效果的關系,為利用酶活性強度作為評價凈化效果和挑選合適濕地植物的指標提供了理論依據(jù)。成水平等對香蒲系統(tǒng)人工濕地中涉及碳、氮、磷元素的纖維素酶、蛋白酶和磷酸酶活性以及空間分布進行了初步調查。還有學者對不同濕地中的氧化還原酶開展了研究工作,例如梁永超等對水稻土壤中的鐵還原酶進行了研究;張甲耀等對潛流型人工濕地中的乙醇酸氧化酶、硝酸還原酶以及超氧化物歧化酶進行了研究。Shackle等研究不同的碳源供給對人工濕地中酶活性的影響時在人工濕地中添加10mg/L和100mg/L的纖維素和葡萄糖,結果表明在54d內磷酸酶活性差別不顯著,硫酸酯酶活性比對照顯著的降低,分別是對照的53%(葡萄糖)和79%(纖維素),當投加纖維素10mg/L和100mg/L,β-葡萄糖苷酶分別增加127%和161%。張建等對冬季潛流人工濕地內污染物去除效果和微生物生物系統(tǒng)的功能特性進行了研究,考察了系統(tǒng)內土壤脲酶和脫氫酶活性的變化規(guī)律。脫氫酶和脲酶的活性常被用來作為土壤中微生物活性的評價指標。脫氫酶能促進有機物質的脫氫作用,它起著氫的中間傳遞體的作用。土壤脫氫酶活性的測定,主要是根據(jù)Lenhard所擬定的方法進行。脲酶能酶促尿素的水解生成氨和二氧化碳。脲酶在土壤中一般在pH6.5~7.0的范圍內活性最大。土壤中脲酶活性通常采用1g土樣在37℃培養(yǎng)24h釋放出氨氮的mg數(shù)來表示。對冬季運行條件下人工濕地系統(tǒng)中的土壤微生物活性進行了分析,由于系統(tǒng)溫度上升(比無地膜覆蓋高出2~6℃),微生物活性得到提高,脲酶的活性提高到覆蓋地膜前的1.5倍,脫氫酶的活性提高了近27倍。由此可見,覆蓋地膜后,由于系統(tǒng)溫度的上升,微生物活性得到顯著提高,這是覆蓋地膜后系統(tǒng)對污染物去除效果提高的一個重要原因。綜上所述,人工濕地中各種酶活性會受到空間、污染負荷、污染物類型等等的影響,所以可以通過改變人工濕地的條件來調控胞外酶使其達到最佳的處理污水的狀態(tài)。為增強系統(tǒng)的去除污染物功能,在人工濕地系統(tǒng)中投加酶制劑,可以增加系統(tǒng)的微生物量以及酶活性,加快濕地系統(tǒng)中污染物的轉化。1.4生物多樣性變化人工濕地系統(tǒng)的微生物在去除特殊的有機污染物時發(fā)揮了重要的作用,已有學者針對多種特殊有機污染物展開了研究。Machate等對基質是火山熔巖的垂直流人工濕地進行研究,發(fā)現(xiàn)菲降解細菌數(shù)量在污水經過的第一池中最高,同時各池中總細菌數(shù)量基本恒定,基質中的細菌數(shù)是水體中的1000倍,添加菲的池子中的菲降解細菌數(shù)量是106個/g,而沒有添加菲的池子中的菲降解細菌數(shù)量是102個/g。Chong等用人工濕地處理含乙二醇的機場廢水,發(fā)現(xiàn)潛流人工濕地和表面流人工濕地對乙二醇的去除率分別為78%和54%,監(jiān)測乙二醇投加前后土壤微生物種群數(shù)量的變化時發(fā)現(xiàn)細菌、真菌和放線菌非常豐富,實驗室的進一步研究表明細菌、真菌能夠最大限度地耐受乙二醇,并且一些菌株能夠降解利用乙二醇。Giraud等用從濕地基質中篩選的40株真菌(24個屬)降解多環(huán)芳烴蒽和熒蒽,發(fā)現(xiàn)33株菌能夠降解熒蒽,有2株能降解蒽,說明可以通過富集真菌來提高人工濕地處理污水的能力。許多學者都研究了人工濕地對除草劑阿特拉津(atrazine)的去除。Runes等用人工濕地處理阿特拉津,用MPN法測定細菌數(shù)量時發(fā)現(xiàn)有部分微生物能夠礦化阿特拉津的乙烷基側鏈。Anderson等調查美國俄亥俄州的兩個濕地對阿特拉津的礦化作用,一個濕地的源水來自是農業(yè)集水區(qū),另外一個的源水是曾經用阿特拉津處理過的玉米地。用14C標記阿特拉津,結果表明一個月的時間內有70%~80%的阿特拉津得到礦化,實驗數(shù)據(jù)表明第一個濕地基質微生物種群能夠礦化阿特拉津,它的活性水平依賴于濕地進水的阿特拉津的濃度,而第二個濕地卻沒有發(fā)現(xiàn)降解活性,可能是由于源水中較低的阿特拉津濃度所致。Weaver等用人工濕地中的土壤研究阿特拉津和伏草隆的降解,試驗土壤從密西西比河三角洲的人工濕地距表層3cm處采集,土壤分別投加84μg/kg和86μg/kg的14C標記的阿特拉津和伏草隆(fluometuron),2組實驗均做水飽和(88%的濕度)和淹水處理,在32d的實驗時間內,伏草隆在水飽和狀態(tài)和淹水狀態(tài)下半衰期分別為25~27d和175d,而阿特拉津無論在飽和水狀態(tài)還是在淹水狀態(tài),半衰期大約為23d,結果表明濕地土壤能夠較好地處理阿特拉津這種除草劑。綜上所述,人工濕地系統(tǒng)的微生物在去除特殊的有機污染物時發(fā)揮了核心作用。一些特殊有機污染物,如菲、乙二醇、阿特拉津和伏草隆等都能夠得到很好的去除。這為全面降解水中各種污染物質提供了可能性。1.5人工濕地的硝化與反硝化特性人工濕地對污染物的凈化主要通過植物、填料和微生物之間的物理、化學和生物作用實現(xiàn),而微生物群體是維持濕地生態(tài)系統(tǒng)和實現(xiàn)生態(tài)凈化功能重要組成部分,大量的有機物和氮素均通過微生物作用去除。鄧歡歡等采用Biolog方法研究了2套處理農村富營養(yǎng)化水體的垂直流人工濕地中微生物群落的代謝特性。垂直流人工濕地下層基質微生物群落碳源代謝能力要高于上層基質微生物群落,同一深度上風車草濕地微生物碳源代謝能力要高于香蒲濕地。對胺類、糖類、聚合物、氨基酸和羧酸類碳源,微生物群落的利用程度較高,最后的光密度值較高(平均>1.4),而對酚類的利用程度較低(平均<0.8)。不同植物和不同深度的基質微生物群落具有不同的群落結構和代謝特性?；|下層微生物群落與上層微生物群落相比,豐度指數(shù)區(qū)別較小,而多樣性和均勻度指數(shù)底層要高于上層,風車草濕地微生物群落要高于香蒲濕地。Kang等提出酶能將有機物水解形成無機營養(yǎng),且對濕地中污染物質的轉化具有重要作用。Hammer認為濕地基質、濕地植物以及微生物的相互作用是人工濕地的主要去除機理,濕地中有機磷的分解、氮的硝化與反硝化以及有機物的去除都與微生物的活性密不可分。付融冰等利用混菌法和稀釋法,測定了不同植物以及無植物潛流水平濕地基質中微生物的數(shù)量。結果表明:不同植物濕地基質中微生物的數(shù)量差異不顯著,有植物和無植物濕地的差別不明顯;濕地基質中不同空間位置的微生物數(shù)量各不相同,一般上層多于下層;在濕地運行條件相對穩(wěn)定的情況下,濕地基質中會逐漸形成數(shù)量和活性比較穩(wěn)定的生物群落。分析了人工濕地基質中微生物數(shù)量與污水凈化效果的關系。結果表明:微生物數(shù)量與BOD5及TN的去除有顯著的相關性,說明微生物的作用是去除它們的重要途徑;基質微生物數(shù)量與TP的去除率相關性不明顯。測定了濕地基質硝化速率,其硝化能力與亞硝化細菌的數(shù)量呈顯著相關。夏宏生等認為隨著人工濕地深度的增加,人工濕地對有機物降解的效果逐步下降,最上層處理能力最強;細菌總數(shù)與有機物的降解沒有明顯的相關關系。人工濕地對TN、氨氮具有良好的降解效果,且以微生物降解起主要作用;細菌總數(shù)與總氮降解轉化有明顯的相關關系;氨化細菌是水中有機氮的主要降解微生物,硝化細菌則是氨氮降解的微生物。其中氨化細菌是除氮的優(yōu)勢菌群,隨著人工濕地的運行,其數(shù)量逐漸增加;隨著人工濕地的連續(xù)運行硝化細菌的數(shù)量有所下降。有研究者認為,硝化和反硝化作用是人工濕地脫氮的主要途徑。但是人工濕地脫氮效果往往受到氣候、植物種類、負荷以及立地條件等因素的影響。文獻報道中的濕地脫氮效率差別也較大,這給濕地脫氮設計帶來很大的不確定性,主要原因是濕地系統(tǒng)脫氮是一個多因素綜合控制過程,關鍵影響因素難以量化和控制,從而使得濕地出水氮濃度難以控制。王曉娟等通過對表面流和潛流人工濕地中不同填料層的微生物硝化和反硝化強度進行對比研究,探討了人工濕地脫氮過程中硝化反硝化作用的變化,從微生物角度分析了人工濕地脫氮效果的差別。人工濕地系統(tǒng)可以同時進行硝化和反硝化作用。表面流濕地硝化強度高于潛流濕地,2個系統(tǒng)