人工湿地处理系统,在对污染物的处理中,主要依靠物理、化学和生物三者的协同作用,其中氮的去除主要是硝化-反硝化作用,而除磷则依赖基质和植物的吸附以及生物方式。岩棉的添加对系统的物理、化学及生物机制存在影响,为了提高人工湿地处理近岸养殖水的能力,可以设置最优的组合来改善系统。本研究对添加岩棉后的人工湿地系统,进行了小试装置的构建,以确定岩棉-人工湿地的水质净化效果与运行机制。使用岩棉,是针对在不同盐度和总磷浓度以及不同环境条件下,研究岩棉-美人蕉人工湿地系统在盐胁迫和冬季低温下去除效果的改善情况,及装置内植物生长情况和微生物群落结构的变化。得到如下结果:(1)确定了人工湿地系统内最佳的进水条件和植物配置(进水盐度为1,C/N/P为25/5/2(COD为50 mg/L、总氮浓度为10 mg/L、总磷浓度为4 mg/L),HRT=4 d)并通过微生物数量、种类及活性的分析对其进行验证。总氮、总磷的去除率分别达到90%、95%,COD的去除率为60%,其中美人蕉装置净化效果佳,对盐胁迫环境耐受性好,美人蕉体内叶绿素(SPAD值)、超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)含量,分别为40.6、1212U/g和2.45 nmol/g,氨基酸含量为1.82%。人工湿地内微生物群落结构亦得到了优化,优势菌群为变形菌门(Proteobacteria),是污水处理中常见的功能性菌群。(2)岩棉作为基质材料时对岩棉进行水处理效果研究,并采用电镜扫描来分析挂膜前后的岩棉内结构组成。岩棉由于自身保温隔热、疏水、具有纤维结构等,在装置运行过程中可以为微生物的附着提供更有利的条件。同时岩棉原材料不同,对水质处理效果存在影响,矿渣-岩棉对水质处理效果较好,其中A3装置(岩棉尺寸为7×6 cm)处理效果最优,选择合适尺寸能改善处理效果。(3)建立了新型基质材料-人工湿地水处理系统,即岩棉(矿渣)-美人蕉人工湿地系统,通过在不同季节和不同HRT条件下,以固定C/N比、不同盐度浓度和磷浓度模拟污水运行,验证其对水质的净化效果,并探讨该系统的除磷机理。研究表明:装置水质净化效果得到改善,可能是在装置运行过程中系统中岩棉发挥了作用,对磷的处理效果加强,主要是人工湿地基质(岩棉、石英砂)、植物的吸收作用,以及生物除磷作用。(4)通过实验分析了岩棉-美人蕉人工湿地生态水处理系统,对其中氮、磷等污染物的去除效果有明显影响的因素进行讨论,从而确定最佳运行条件、岩棉最佳位置,CW-A7人工湿地装置(岩棉放置在人工湿地装置距顶部25cm和底部5cm处)净化效果最佳,在盐度为1,C/N/P为25/5/2(COD为50 mg/L、总氮浓度为10 mg/L、总磷浓度为4 mg/L),磷的去除率可达97.97%。本实验使用高通量测序对装置内微生物多样性进行测试,通过对植物根系、石英砂和岩棉微生物的分析,来验证实验结果。装置内微生物群落组成结构均匀,丰度大,其中优势菌群为变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、厚壁菌类(Firmicutes),水处理效果得到了改善。综上,本论文研究了人工湿地的运行机制,构建小试装置,揭示了系统中氮去除机制和磷迁移转化规律,并探讨在盐胁迫和冬季低温情况下岩棉-人工湿地的作用机理。