畜禽养殖废水间歇曝气人工湿地处理系统的优化运行条件研究：平衡效率与多维度效应

本研究通过构建芦苇-生物炭垂直潜流人工湿地(CWs)系统，优化间歇曝气(IA)运行参数(6 h d-1和0.05 L min-1)，实现了对COD、NH4+-N、TN和TP的高效去除，同时降低温室气体(GHG)排放，促进芦苇生长并增强微生物群落功能（如Urease、Protease等酶活性）。研究为畜禽废水处理提供了"污染物-GHG-植物-微生物/胞外酶"系统优化方案。

　　

Highlight

本研究系统揭示了芦苇-生物炭垂直潜流人工湿地(CWs)处理畜禽废水的最佳间歇曝气(IA)条件为6 h d^-1和0.05 L min^-1。该优化方案不仅确保了对COD、NH₄⁺-N、TN和TP的高效去除，还显著降低了温室气体排放，同时促进芦苇生长。研究发现该曝气条件能有效提升Urease（脲酶）、Protease（蛋白酶）、β-D-Glucosidase（β-D-葡萄糖苷酶）等关键酶活性。

Effect of intermittent aeration on wastewater treatment performance

不同曝气条件对人工湿地污水处理效能的影响研究表明（见图2和表2），所有CW1-4系统均保持85%以上的COD去除率。在第二阶段，CW3和CW2系统实现95%的COD去除效率。增强的曝气显著提升了NH₄⁺-N去除率，CW3系统达到91.2%的最高值。然而，过度曝气（>6 h d^-1）会导致溶解氧(DO)过饱和，反而抑制反硝化过程，使TN去除率下降约15%。同步监测的pH和DO数据（表3）显示，适度曝气能维持理想的氧化还原环境。

Conclusion

研究证实，优化后的间歇曝气条件（6 h d^-1和0.05 L min^-1）能平衡人工湿地系统的污染物去除效率与生态功能。该条件不仅维持了稳定的污水处理性能，还通过调控硝化-反硝化细菌群落（如Nitrosomonas和Denitratisoma），实现了氮素的高效转化。同时，适度的DO水平避免了植物有机碳(POC)和叶绿素的流失，为人工湿地的长期稳定运行提供了理论依据。