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近十年以来,我国水环境改善与生态恢复成效斐然,全国地表水环境恶化的趋势明显缓解,但水污染治理的任务仍很艰巨。城镇污水厂尾水中氮污染物含量高,成为改善地表水环境质量面临的突出问题。人工湿地具有良好的生态效应,能够促进水质深度处理和水生态恢复,若将其与污水厂实现功能上的结合,在市政污水处理技术的基础上,构建处理厂-人工湿地新的污水处理技术体系,即环境工程+生态工程技术体系,将会进一步推动地表水环境保护与水生态可持续发展。人工湿地深度处理污水厂尾水,目前主要存在占地面积大、低温运行效率低、脱氮效果及稳定性需要提高等问题。因此,识别人工湿地氮转化功能基因优势富集的影响因子,优化关键工艺参数,调控脱氮效能,这是人工湿地在城镇污水厂尾水深度处理中的实践需求,也是理论研究的热点。本研究通过构建水平潜流人工湿地试验装置,模拟城镇污水厂尾水,考察水力负荷、C/N值、气水比、温度4个因素对其脱氮效率的影响,采用高通量测序、分子生态网络分析方法与QPCR技术解析微生物群落结构及氮转化微生物功能基因的变化,较为深入的揭示其氮转化的微生态特征。将模拟试验的研究结果,应用于水平潜流人工湿地工程尾水深度处理工程,并对处理效果进行连续监测。本研究得到的主要结论如下:（1）对不同水力负荷下污染物去除效率及微生物特征的研究发现:水平潜流人工湿地微生物以变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidetes）等为主要类群,以明串珠菌属（Trichococcus）、地杆菌属（Geobacter）等为优势菌属。分子生态网络分析表明,0.6 m3/（m2·d）时物种间的相互作用更多,群落结构更稳定。总细菌16S rRNA、古细菌16S rRNA以及硝化功能基因（AOA、AOB、nxrA）、反硝化功能基因（narG、nirK、nirS、nosZ）的丰度均在水力负荷0.6 m3/（m2·d）时达到峰值,NH4+-N与TN去除率最高。硝化过程受水力负荷影响很大,0.50.6m3/（m2·d）时NH4+-N出水浓度小于2.0mg/L,去除率大于75%,达到地表V类水标准。0.7m3/（m2·d）时NH4+-N出水浓度大幅升高。因此,当处理目标为地表V类水标准时,水力负荷宜选择0.50.6 m3/（m2·d）,如对水质有更高要求或可用土地面积较大时,应选择0.4 m3/（m2·d）及以下水力负荷。（2）对不同C/N值条件下污染物去除效率及其微生物特征的研究发现:C/N值对微生物群落的物种组成影响不大,主要影响优势菌群的相对丰度。分子生态网络分析表明,C/N值为6时物种间的相互作用更多,群落结构更稳定。C/N值为84的范围内,各氮转化功能基因的丰度均随着C/N值的降低而先增加后减小,C/N值为67时达到峰值,NH4+-N出水浓度小于2.0mg/L,去除率大于78%,达到地表V类水标准。C/N值小于6时AOA、nxrA基因丰度大幅下降,narG、nirK、nirS、nosZ基因丰度也开始降低,出水NH4+-N浓度升高,NO3--N、NO2--N出现不同程度累积,TN去除率随之下降。因此,当水平潜流人工湿地需要投加碳源以期达到地表V类水标准时,宜选择调控制进水C/N值为67,使硝化反硝化能力均衡,实现系统经济高效运行。（3）间歇曝气明显改变微生物群落结构,显著提高氮转化微生物功能基因的丰度与污染物净化效率。变形菌门、放线菌门（Actinobacteria）成为绝对优势菌门,厚壁菌门相对丰度显著下降,硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、酸杆菌门（Acidobacteria）等出现富集。硝化螺菌属（Nitrospira）、中村菌属（Nakamurella）等成为优势菌属。分子生态网络分析表明,适当曝气可以加强物种间的相互作用,提高网络结构复杂程度。气水比值26时,硝化反硝化功能基因同时富集增长,出水达到地表IV类水标准。气水比值为6时出水NH4+-N浓度为0.84mg/L,去除率最高（89.73%）,相比未曝气系统提升8.98%。气水比值810时narG、nirK、nirS、nosZ基因丰度降低,反硝化过程受限,NO3--N累积量增加,TN去除率随之下降。因此,水平潜流人工湿地间歇曝气强化供氧时,宜在26范围内合理确定最佳气水比值,提高净化效率的同时节省运行能耗。（4）对不同温度条件下污染物去除效率及微生物特征的研究发现:248℃范围内,温度变化对优势菌群的相对丰度影响很大。分子生态网络分析表明,低温使微生物间的相互作用减少,网络结构复杂程度降低。2016℃范围内,温度对硝化反硝化过程的影响不显著。16℃时硝化过程可以顺利进行,NH4+-N去除率为80.13%,出水浓度为1.66mg/L,达到地表水V类水标准;128℃低温范围内总细菌16S rRNA、古细菌16S rRNA以及AOA、nxrA基因的丰度显著降低,但narG、nirK、nirS、nosZ基因的丰度变化不明显,硝化过程明显受到抑制,NH4+-N去除率显著下降。因此,尾水温度低于12℃时,应考虑保温增温或强化措施,以维系或提高水平潜流人工湿地效能。（5）建立以水平潜流人工湿地为核心的“悬浮人工湿地+水平潜流人工湿地+表面流人工湿地”工程,应用于长春市东南污水处理厂尾水的深度处理,经过为期一年的连续运行和监测表明,69月系统成熟稳定运行期间COD、NH4+-N、TN、TP、SS的去除率分别为74.79%、80.90%、71.12%、78.39%、91.90%,出水达到地表V类水标准。悬浮人工湿地对SS的去除率最高（80.24%）,可有效预防潜流湿地堵塞;水平潜流人工湿地对系统去除NH4+-N、TN、TP的贡献率分别为79.20%、64.64%、81.71%;表面流人工湿地可以进一步去除TN,对系统去除TN的贡献率达到23.00%。该工程建设成本为920元/吨水,运行费用仅为0.15元/吨水,水质改善明显,生态修复效果显著,可为城镇污水厂尾水深度处理以及城市河流水生态修复提供技术参考。