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针对老城区合流排放口地表初期雨水径流对城市次级河流污染的问题,以地表水环境标准为目标,提出初期雨水径流多功能塘-梯级人工湿地处理技术,以规模1000m3/d的示范工程为研究对象,研究考察了多功能塘对颗粒污染物的去除效能,同时,系统研究了表面水力负荷、运行方式、温度对梯级人工湿地处理效能的影响,并采用分子生物学PCR-DGGE和16Sr DNA测序技术对梯级人工湿地中微生物种群结构进行研究,探讨了梯级湿地的生物净化机理。研究得出的主要结论如下:(1)多功能塘对地表初期雨水径流中颗粒污染物去除效果良好。在HRT为150min时,沉淀去除TSS、COD、TN、TP的平均去除率分别为71.62%、48.16%、11.41%和44.63%。(2)表面水力负荷对梯级人工湿地处理效能影响显著。负荷由0.06增加至0.65m3/(m2?d)时,湿地系统去除率呈现先增大后减小的趋势;当负荷为0.45 m3/(m2?d)时,COD、NH4+-N、TN、TP削减量达到最高值,分别为19.08 kg/d、612.0g/d、1893.6g/d、406.8g/d。(3)进水方式、闲置时间、温度对梯级人工湿地处理效能影响显著。一级人工湿地采用间歇进、出水序批式运行方式较连续流运行方式,COD、NH4+-N、TN、TP去除率分别提高22.54%、22.24%、39.99%、5.01%;一级湿地运行工况为连续进水0.5h-反应6h-排水0.5h-闲置,当闲置时间分别为0h,1h,2h时,氨氮去除率分别为53.4%、76.59%和92.49%;温度27-34℃较10-12℃时,COD、NH4+-N、TN、TP去除率高45.69%、25.46%、32.67%、25.84%。(4)在温度27-34℃,表面水力负荷为0.45 m3/(m2·d);一级湿地运行工况为连续进水0.5h-反应6h-排水0.5h-闲置2h,二级垂直流湿地与三级潜流湿地均采用间歇进、出流的运行方式的条件下,梯级湿地系统出水COD、NH4+-N、TN、TP平均浓度分别为10.5mg/L、0.28mg/L、1.70mg/L、0.30mg/L,平均去除率分别为74.65%、94.95%、64.86%和66.47%,达到地表水Ⅴ类水环境质量标准。(5)梯级人工湿地PCR-DGGE研究结果表明:系统中第三级湿地微生物种群多样性相对较低,湿地系统不同填料层深度微生物种群多样性差异显著。16Sr DNA研究结果表明,在门类水平,梯级人工湿地最优势的Proteobacteria(变形菌门)丰度为34.38%;在纲类水平,最优势的α-变形菌纲(α-proteobateria),β-变形菌纲(β-proteobateria),γ-变形菌纲(γ-proteobacteria)相对丰度为15.02%、10.55%、6.23%;一级人工湿地系统属水平上硝化功能菌属主要有Arthrobacter(3.60%)、红杆菌属Rhodobacter(3.24%、)硝化螺菌属Nitrospira(1.97%)、假单胞菌Pseudomonas(1.08%)。