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随着社会经济和城镇化建设的高速发展,环境恶化趋势日益严峻,中国很多地区城市内河的黑臭现象普遍,严重制约着城市生态文明的建设。虽然,人工曝气、底泥疏浚、强化絮凝等物理和化学方法对黑臭河道的治理效果明显,但也存在经济投入高、容易发生二次污染以及效果难以长期维系等问题。因此,如何更加经济有效地对城市黑臭水体进行生态修复并使之保持良好生态功能,成为城市生态文明建设的重要内容。针对城市黑臭内河的水质特征,本文在筛选适用性植物的基础上,设计并构建了中试规模的复合型人工湿地系统（HVHCW）,考察了水力停留时间（HRT）、湿地构建的基质和季节的温度变化等对HVHCW去除污染物效能的影响和变化规律,并借助于细菌16S r DNA基因的高通量测序技术分析了系统的微生物群落变化规律,以及植物-微生物-基质对污染物去除的联合机制。在中试研究的基础上,进一步开展了HVHCW工程技术应用研究,并利用网络层次分析法（ANP）对HVHCW的综合效能进行了评价。为了解决传统潜流人工湿地对有机物、氮磷等污染物去除效果有限,并易发生堵塞的问题,分别以火山石和砾石为基质,设计并构建了2套HVHCW中试系统,均由微氧水解功能单元、下行-上行流人工湿地单元和水平潜流人工湿地单元组成。其中,湿地植物为狐尾藻（Myriophyllum）、美人蕉（Canna）和风车草（Cyperusas）。研究表明,在HRT 2 d条件下,2套HVHCW系统都能对轻度黑臭河水进行有效处理。对于重度黑臭水,在HRT 3 d的条件下,以火山石为基质的HVHCW,其对TSS、生化需氧量（BOD5）、化学需氧量（COD）、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）和总磷（TP）的平均去除效率分别达到了89.39%、90.63%、72.02%、67.61%、72.11%和93.75%,出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准的要求;以砾石为基质的HVHCW系统,其出水水质除NH4+-N外,其他污染物指标也均能达到一级A标准的要求。研究发现,出水溶解氧（DO）的浓度与系统对BOD5、COD、TN、NH4+-N的去除效率成正相关;微氧水解功能功能单元的设置,可去除60%的进水总悬浮物（TSS）,降低了潜流湿地的堵塞的险,保障了系统的污染物去除效能和长期稳定运行。为了进一步提高HVHCW的处理效能,研究了HRT、基质、季节温度变化等因素对中试系统运行特征的影响。结果表明,在HRT分阶段由4 d逐步降低为1 d的过程中,系统出水DO、TSS、BOD5、COD、TN、NH4+-N和TP的浓度均或多或少地有所上升,但微氧水解功能单元的TSS去除率仍能保持在50%以上。由于Al、Fe、Ca和Mg等金属元素含量的不同,火山石和砾石对TP的饱和吸附量分别为756.1和256.9mg kg-1,以其构建的HVHCW系统对TP的去除率分别为97.30%和91.70%。季节变化引起的温度改变对HVHCW的污染物去除效果影响较大,在温度最低的冬季月份（11.9℃）,以火山石为基质构建的HVHCW系统,其对BOD5、COD、TN、NH4+-N和TP的去除率较温度最高的夏季月份（29.1℃）分别降低了12.07%、10.75%、13.30%、17.90%和5.96%左右。为了探究微生物对人工湿地中污染物的净化机理,针对细菌16S r DNA基因的高通量测序进行研究。结果及分析表明,在HVHCW系统中,Proteobacteria菌门的细菌最为丰富,约占总细菌数量的42.04%,其中,Betaproteobacteria亚纲占该菌门的63.15%,是系统的优势菌群。优势菌属主要是Thiobacillus和Bacillus,其相对丰度分别约为11.91%和5.32%。微生物多样性在湿地系统的在不同深度上有显著差异。分析表明,Shannon指数和系统的BOD5、COD、TN和NH4+-N相对去除率的相关性显著,HVHCW系统中反硝化细菌的丰度高于氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸（NO2--N）氧化细菌（NOB）。人工湿地中主要反硝化细菌的丰度和对应处理单元的TN去除率也具有显著相关性。对HVHCW系统的脱氮途径分析表明,NO2--N在各单元均有一定积累,亚硝酸盐累积率（NAR）与p H值、DO、温度、游离氨（FA）、AOB和NOB的丰度等因素有关,系统对氮素的去除主要是全程硝化反硝化和短程硝化反硝化共同作用的结果。在成功进行中试研究的基础上,利用所研发的HVHCW技术建设了南宁市某黑臭内河水体处理示范工程,工程处理量为225695 m3 d-1。工程运行结果表明,HVHCW示范工程系统对受污染河水的TSS、COD、TN、NH4+-N和TP平均去除率分别达到了88.69%、63.74%、50.69%、71.59%和80.87%,水质优于GB18918-2002要求的一级B标准。ANP分析表明,HVHCW系统可以对城市内河黑臭水体进行有效处理和生态修复,具有良好的经济效益、环境效益和管理效益。