水力循环强化生态驳岸修复地表水效能研究_俞俊武.pdf

第49卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.49 No.2Feb.,2023水处理技术水处理技术TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT水力循环强化生态驳岸修复地表水效能研究水力循环强化生态驳岸修复地表水效能研究俞俊武，王天蓓，汪涵，郭长捷，吴敏，王亚宜*（同济大学环境科学与工程学院，上海 200092）摘摘 要要:传统生态驳岸多作为河道与河岸的生态缓冲带以截留面源污染，但其水体修复效果欠佳，针对此问题，本研究开发了水力循环强化生态驳岸技术，使生态驳岸水力负荷达到0.2 m3/（m2d）以上，增强其复氧与养分补给能力，最终提升对地表水的修复效能。研究结果表明，当模拟地表水水质为劣V类水质：即氨氮为2 mg/L、硝氮2 mg/L、总磷0.5 mg/L、COD 50 mg/L、Cu2+2 mg/L、Zn2+4 mg/L、Cd2+0.1 mg/L时，水力循环生态驳岸可实现良好的修复效果，其中氨氮、COD和硝态氮的去除率分别为 96%3%、93%2%和 58%3%；总磷去除率维持在 50%左右；重金属（Cu2+、Zn2+、Cd2+）去除率均高于99%。对驳岸运行过程中根际微生物样品进行16S rDNA高通量测序发现，体系中存在的Nitrospira、Bacillus、Thiobacillus和norank_o_SBR1031等菌属，可通过硝化-好氧反硝化、硫自养反硝化等作用去除反应体系内的含氮污染物和有机物。可见，水力循环生态驳岸复氧效果好，可实现氨氮与COD的高效去除，但硝氮、总磷去除率有待提升，该技术对于修复劣V类地表水体具有广阔的应用前景。关键词关键词:生态修复;生态驳岸;水力循环;地表水;微生物种群开放科学开放科学（资源服务资源服务）标识码标识码（OSID）:中图分类号中图分类号:X522 文献标识码文献标识码:A 文章编号文章编号:10003770(2023)02-0087-006面源污染是我国农村地区面临的长期环境问题，在对其进行“源头减量（Reduce）、过程阻断（Retain）、养 分 再 利 用（Reuse）和 生 态 修 复（Restore）”的4R修复过程中1，生态驳岸技术兼具“过程阻断”和“生态修复”两大功能，能够有效截留面源污染物，防止河道污染2，是一项具有应用发展前景的生态修复技术。针对传统人工驳岸一般不具有生态功能，河流自净能力差的问题，生态驳岸添加了生态材质并进行加固，使其有利于植物和微生物生长，从而通过沉降、过滤、植物吸收和微生物作用，截留各类面源污染物、控制地表径流污染3。研究表明，生态驳岸对各类污染物去除率比传统硬化驳岸高24倍4。目前的生态驳岸研究主要集中于将生态驳岸作为河道与岸边之间的生态缓冲带，截留、去除雨水汇入河道过程中携带的面源污染5，还鲜有研究将生态驳岸技术作为地表水体的针对性修复技术。为进一步发挥生态驳岸的修复效能，使其成为一项适用于村镇地区的低成本、易管理、生态化的修复技术，本研究基于小试实验研究对传统生态驳岸进行技术改进，引入水泵构建水力循环生态驳岸装置，将河水抽至岸顶后，经生态驳岸回流至河道中，以提高生态驳岸利用率。通过长期运行探究其对各类污染物的去除效果、典型周期内污染物浓度变化情况以及驳岸运行过程中微生物多样性变化情况，以期为生态驳岸技术的创新与应用提供新的思路。1 实验材料与方法实验材料与方法1.1实验装置及用水实验装置及用水生态驳岸的实验装置如图1所示，其长宽尺寸分别为50 cm50 cm，装置中有一个隔板，隔板左侧模拟天然河道，其容积为7.5 L。隔板右侧下层装填砾石和土壤支撑，上层由土壤构成坡度为0.3的驳岸。在装置斜面上方悬挂一根穿孔布水管，通过水DOI:10.16796/ki.10003770.2023.02.017收稿日期：2022-03-22基金项目：国家重点研发计划（2019YFD1100502）作者简介：俞俊武（1999），男，硕士研究生，研究方向为水污染控制；联系电话：[phone]通讯作者：王亚宜，教授；电子邮件：87第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术泵将地表水均匀布至驳岸顶端，于驳岸斜面种植黄菖蒲，密度为50 株/m2。本实验采用人工配水，由自来水配置，主要污染物 有 NH4+-N、NO3-N、PO43-P、COD、Cu2+、Zn2+、Cd2+，根据 地表水环境质量标准（GB 38382002）劣V类水体进行浓度设定，即：氨氮为2 mg/L、硝氮2 mg/L、总磷 0.5 mg/L、COD 50 mg/L、Cu2+2 mg/L、Zn2+4 mg/L、Cd2+0.1 mg/L。除设定的污染物外，还加入了适量的Ca2+、Mg2+、Mn2+、Mo6+、B3+、I-、Co2+和柠檬酸（一水合物）作为营养元素，以保证植物生长以及微生物富集。1.2运行方案运行方案实验装置根据水力负荷不同共设置四个运行阶段，运行周期内一次进水，停留一段时间后全部出水，水力停留时间为5天。在前三个阶段中，通过参考人工湿地将水力负荷分别设置为1、0.5、0.2 m3/（m2 d）。通过前三阶段确定最佳的单位面积负荷后，在此负荷下于进水中加入重金属（Cu2+、Zn2+、Cd2+），探究重金属冲击作用下驳岸对污染物的去除效果。1.3检测指标及方法检测指标及方法1.3.1水质指标水质指标水质指标主要包括 NH4+-N、NO2-N、NO3-N、TN、TP、COD、pH、DO以及水温，按照国家标准方法测试。另外，还检测了重金属Cu2+、Zn2+、Cd2+，采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）检测。1.3.216S rDNA高通量测序高通量测序为了分析水力循环生态驳岸在运行过程中系统内微生物多样性变化情况，采用 Illumina MiSeq 测序方法，使用 Illumina 公司的 MiSeq 测序仪。采集水力循环驳岸初始、第二、三、四阶段植物根系土壤样品以及非植物根系土壤样品共7组，分别标记为TBA_0、TBA_2A、TBA_2B、TBA_3A、TBA_3B、TBA_4A、TBA_4B（A代表植物根系，B代表非植物根系）。每组3个平行样品，采集后存储于-40 冰箱中，随后送往上海美吉生物公司测序。本实验采用 引 物 338F（ACTCCTACGGGAGGCAGCAG）和806R（GGACTACHVGGGTWTCTAAT）进 行 PCR扩增。2 结果与讨论结果与讨论2.1生态驳岸运行效果生态驳岸运行效果2.1.1进出水进出水pH与与DO水力循环生态驳岸四个运行阶段平均进水pH为6.760.20，由于在驳岸系统内发生了反硝化作用后，出水pH升高，平均值为8.520.13。水力循环生态驳岸进水DO为饱和状态，四个运行阶段平均浓度为（8.050.46）mg/L，除第 III阶段由于水力负荷减小引起复氧效果缓慢外，其余运行阶段出水DO均接近饱和状态。水力循环生态驳岸由于在运行过程中，水体不断从驳岸顶端沿驳岸表面回流入河道中，可实现水体快速复氧。2.1.2典型污染物去除效果典型污染物去除效果水力循环生态驳岸在四个运行阶段中对氨氮的去除效果如图2（a）所示。通过前三个阶段水力负荷的比选，确定最佳水力负荷为0.2 m3/（m2 d）后，于该水力负荷下加入重金属（Cu2+、Zn2+、Cd2+）（第IV阶段），探究重金属冲击下对污染物的去除效果。在长期运行过程，氨氮平均进水浓度为（2.130.09）mg/L，平均出水浓度为（0.080.06）mg/L，平均去除率为96%3%。在水力循环过程中，通过水体在驳岸斜面上的流动实现了良好的复氧效果，高DO水平使生态驳岸硝化作用明显，且植物在生长过程中也会吸收氨氮，有利于水体中氨氮的去除。第IV阶段重金属冲击未对氨氮去除率产生影响，主要因为土壤对重金属的吸附与稳定化作用解除了其对微生物的抑制影响。50 cm10 cm40 cm输水管潜水泵布水孔挺水植物土壤水流方向地表水 图1生态驳岸实验装置Fig.1Schematic diagram of the hydraulic circulating ecological revetment-0.50.00.51.01.52.02.53.03.5 进水 出水 去除率时间/dNH4+-N去除率/%(NH4+-N)/(mgL-1)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120阶段阶段阶段阶段80859095100（a）氨氮88俞俊武等，水力循环强化生态驳岸修复地表水效能研究水力循环生态驳岸进出水硝氮浓度以及去除率如图2（b）所示。在长期运行过程，硝氮平均进水浓度为（2.140.07）mg/L，去除率呈先降低后升高趋势。第I阶段硝氮出水浓度由1.09 mg/L上升到2.01 mg/L，去除率由47%下降到6%。一方面，由于前两个周期植物处于旺盛生长阶段，可充分吸收水体中的氮素；而当植物生长速率减缓后，对氮素的吸收量下降。另一方面，由于水力负荷较大，水体复氧较快，驳岸实验装置中硝化作用明显，大量氨氮转化为硝氮，使得第I阶段后期硝氮浓度上升。第II阶段将单位面积负荷由1 m3/（m2 d）调整到0.5 m3/（m2 d）后，出水硝氮由 3.02 mg/L下降到 1.81 mg/L，去除率由-41%上升到10%。第III阶段，继续降低单位面积负荷为 0.2 m3/（m2 d），出水硝氮降低明显，平均浓度为（1.050.12）mg/L，平均去除率为52%6%。第IV阶段，添加重金属对硝氮去除效果未受影响，平均出水 浓度 为（0.890.05）mg/L，平 均去 除 率 为 58%3%。经过4个阶段硝氮的去除结果表明，该生态驳岸对硝氮的去除关键在于单位面积负荷：单位面积负荷较大时，水力循环过快，复氧强烈，硝化作用所消耗的溶解氧可快速恢复，不利于反硝化菌的生长；当降低单位面积负荷时，水力循环减弱，复氧减缓，有利于反硝化作用，因此可以实现硝氮的去除。另外，水力循环生态驳岸出水无亚硝氮积累，说明系统内发生的硝化作用或反硝化作用较为完整。水力循环生态驳岸在试验运行周期中，总磷进水平均浓度为（0.520.01）mg/L（图 2（c）。第 I阶段，总磷出水浓度由0.08 mg/L上升到0.23 mg/L，去除率由84%下降到56%，生态驳岸初始运行阶段，土壤对磷酸根的吸附能力较强，随后吸附逐渐达到饱和状态，总磷去除率逐渐下降。第II阶段调整水力负荷后，总磷去除率急剧下降，仅为23%，随后缓慢上升，到第III阶段结束，总磷去除率维持在50%左右。第IV阶段，由于重金属与磷酸根的沉淀作用，出水总磷迅速降低为（0.100.02）mg/L（平均值），平均去除率为81%4%。整体而言，水力循环生态驳岸对总磷的去除效果有待提高，当土壤吸附达到饱和后，总磷去除效果会迅速变差。水力循环生态驳岸对COD去除效果如图2（d）所示，试验运行的四个阶段中，COD 进水平均为（53.72.5）mg/L。第 I 阶 段，出 水 COD 平 均 为（13.51.5）mg/L，平均去除率为 76%1%。在降低水力负荷后，生态驳岸表面水流流速减缓，相对停留时间增加，微生物利用、降解COD效率提升，后三个阶段 COD 去除率较为稳定，平均出水为（3.61.1）mg/L，平均去除率为93%2%。2.1.3重金属去除效果重金属去除效果第IV阶段重金属平均进出水浓度以及去除率见表 1。由表 1可见，该驳岸对重金属去除效果良好，三种重金属几乎完全去除，主要包括两方面的去除作用机制：一方面，磷酸根与重金属可快速形成沉淀；另一方面，在水力循环作用下，土壤可吸附水体中的重金属并将离子态的重金属转化为化学态固定于土壤中。0.51.01.52.02.53.03.5 进水 出水 去除率时间/dNO3-N去除率/%(NO3-N)/(mgL-1)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120阶段阶段阶段阶段-60-40-200204060（b）硝氮0.00.10.20.30.40.50.60.7 进水 出水 去除率时间/dTP去除率/%(TP)/(mgL-1)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120阶段阶段阶段阶段102030405060708090100（c）总磷01020304050607080 进水 出水 去除率时间/dCOD去除率/%COD/(mgL-1)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120阶段阶段阶段阶段20406080100（d）COD图2驳岸对氨氮、硝氮、总磷和COD的去除效果Fig.2Removal effect of the hydraulic circulating ecological revetment on ammonia nitrate total phosphorus COD89第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术2.1.4每阶段典型周期污染物浓度变化情况每阶段典型周期污染物浓度变化情况为了探究水力循环生态驳岸一个周期内污染物浓度变化情况，选取第I阶段和第IV阶段最后一周期，监测三氮、COD、pH、DO、水温变化情况（图3、表2）。两个运行阶段对污染物去除规律相似，在第一天DO较高且碳源充足的条件下，氨氮迅速被氧化、降至0.1 mg/L以下，亚硝酸盐、硝酸盐通过反硝化去除，同步引起了COD、DO的消耗与pH的快速升高。在快速硝化反应结束后，通过水力循环可实现快速复氧，DO浓度变化呈现为V形曲线，由于第I阶段水温快速升高、溶解氧也随之快速下降，但整体仍呈现复氧趋势。第I阶段由于水力负荷大、复氧效果好，反硝化作用较弱，硝氮去除效果不佳。第I阶段典型周期内硝氮浓度仅从2.14 mg/L降低至2.01 mg/L。第IV阶段水力负荷较小，复氧较慢，反硝化作用得到提高，硝氮浓度在第一天后通过缓慢的反硝化作用逐渐下降。前三阶段典型周期内未发现亚硝氮积累，在第IV阶段最后第一周期运行的第一天后，亚硝氮由进水的0.01 mg/L上升至 0.11 mg/L（少量积累），这可能是由于进水中添加了重金属，抑制了硝化反应或者反硝化反应的进行。COD经过第一天即被快速去除后，浓度基本保持平稳。2.2水力循环生态驳岸微生物多样性水力循环生态驳岸微生物多样性通过测定水力循环生态驳岸运行过程中根际微生物与非根际微生物门水平的相对丰度，共发现55个细菌门类，其中丰度大于1%的门类共有14种。本系统主要优势菌群有：变形菌门（Proteobacteria），占比21.5%30.8%；酸杆菌门（Acidobacteriota），占比12.2%22.2%；放线菌门（Actinobacteriota），占比10.3%17.9%；绿弯菌门（Chloroflexi），占比 11.8%14.7%；厚壁菌门（Firmicutes），占比5.4%12.5%。变形菌门（Proteobacteria）是湿地土壤系统常见的门类，多数氨氧化菌，硝化菌和反硝化菌集中分布在此门类中，其硝化和反硝化过程可有效去除水体中的氮素与COD。厚壁菌门（Firmicutes）多数为厌氧微生物，且具有脱氮功能，能够在厌氧条件进行反硝化脱氮。另外，氮循环中的关键菌群硝化菌门（Nitrospirota）在本研究中的相对丰度为 1.32%1.99%，该菌群的微生物可将亚硝酸盐完全氧化成为硝酸盐，是各运行阶段氨氮的完全硝化现象的原因之一。图4为微生物在属水平的相对丰度情况。各土壤 样 品 均 检 测 到 了 Gaiella 菌 属、芽 孢 杆 菌 属（Bacillus）、unclassified_f_Micrococcaceae 菌属以及MND1菌属，相对丰度分别为1.48%2.88%、1.33%2.61%、0.89%2.81%以及 0.65%1.77%，这些菌属是常见的植物根围促生细菌和健康植株根际土壤的特有菌属6-7，其中Micrococcaceae（微球菌科）是化能异样型细菌，可利用乙酸盐进行代谢，本研究采用乙酸钠模拟有机物污染，该类有机物可在多种异养微生物作用下被降解利用。表1水力循环生态驳岸对重金属的去除效果Tab.1Removal effect of the hydraulic circulating ecological revetment on heavy metals重金属Cu2+Zn2+Cd2+进水/（mg L-1）2.180.114.270.080.100出水/（mg L-1）0.020.010.020.010.00去除率/%990.3990.2100.0023456-0.50.00.51.01.52.02.5/(mgL-1)第阶段 NH4+-N NO3-N NO2-N TP 第阶段 COD 第阶段 COD第阶段 NH4+-N NO3-N NO2-N TP时间/d/(mgL-1)COD/(mgL-1)020406080100（a）氮、磷、COD变化（b）pH、DO变化图3水力循环生态驳岸各阶段典型周期污染物浓度变化Fig.3Change of pollutant concentration in a typical period of two stages of the hydraulic circulating ecological revetment表2水力循环生态驳岸各阶段典型周期内水温变化情况/Tab.2Change of water temperature in a typical period of each stage of the hydraulic circulating ecological revetment阶段第阶段第阶段第0天23.129.4第1天26.927.1第2天31.825.8第3天29.126.1第5天24.726.990俞俊武等，水力循环强化生态驳岸修复地表水效能研究体系中参与氮循环的菌属有：硝化螺菌属（Nitrospira）、芽 孢 杆 菌 属（Bacillus）、硫 杆 菌 属（Thiobacillus）、norank_o_SBR1031菌属和norank_f_ Anaerolineaceae菌属。硝化螺菌属在各个样品中均有检出，相对丰度为 0.86%1.36%，该菌属对溶解氧亲和力高，可在好氧条件下将亚硝酸盐氧化成硝酸盐，部分硝化螺菌属可将氨氮完全氧化成为硝酸盐8；norank_o_SBR1031 相 对 丰 度 为 0.43%1.96%，可作为兼性好氧微生物将氨氮、亚硝氮转化为硝酸盐9。此两种菌属的存在可能是本研究氨氮去除率高和硝氮富集的主要原因之一。芽 孢 杆 菌 属、硫 杆 菌 属 和 norank_f_Anaerolineaceae菌属可实现硝酸盐的还原（脱氮），芽孢杆菌属中部分菌株可以进行异养硝化-好氧反硝化，即在碳源存在情况下也能将氨氮硝化成为亚硝氮和硝氮，并在微氧条件下进行反硝化脱氮，在运行过程中该菌种相对丰度逐步降低，这可能与水力负荷和复氧效果减弱有关。尽管芽孢杆菌属在第I、II阶段相对丰度较高（2.4%2.6%），且硝态氮、溶解氧均处于较高水平，但仍然出现了硝酸盐累积现象。由于好氧反硝化菌脱氮机制还未得到，推测认为此阶段芽孢杆菌属中可利用硝态氮直接进行反硝化脱氮的菌种较少。硫杆菌属（Thiobacillus）可在兼性条件下将硫化物氧化、将硝酸盐还原，以达到脱氮效果，其相对丰度在第I阶段（TBA_2A和TBA_2B均为0.1%）开始逐步上升，并在第IV阶段TBA_4A和TBA_4B分别达到最大值0.99%和1.12%，此时同步观测了硝氮去除率增加。由于反应进水中未添加硫化物，且仅改变了水力负荷，推测该菌株可能利用逐步腐败植物根系、土壤中的硫化物或其他基质作为电子供体，实现反硝化和自养微生物种群的缓慢富集。norank_f_Anaerolineaceae菌属大部分属常见于污水处理系统、人工湿地或河流和湖泊的沉积物中，在兼性缺氧条件下参与DNRA过程，将硝酸盐异化还原成铵，该菌群对氨氮累积无明显影响10。通过对第II、III、IV阶段根际微生物与非根际微生物属水平主成分分析发现，根际微生物与非根际微生物无显著性差异，出现这种现象的原因是本实验植物种植密度较大（50株/m2），非根际土壤与根际土壤间隔较近，因此微生物差异不明显。但随着运行阶段的改变，根际与非根际微生物种群均发生了显著性变化，这进一步影响了生态驳岸的净化能力。根据典型周期内含氮污染物变化规律推测水力循环生态驳岸的脱氮机理：进水第一天内由于溶解氧、COD较高，在norank_o_SBR1031、硝化螺菌属和芽孢杆菌属的作用下，氨氮被充分氧化为亚硝氮与硝氮。同时，亚硝氮作为硝化螺菌属和芽孢杆菌属的竞争基质，一部分经硝化作用转化成为硝氮，另一部分经好氧反硝化快速去除，因此反应第一天可观测到溶解氧、氨氮、COD的快速降低和由反硝化引起的pH升高。随后由于碳源减少、芽孢杆菌属缺少可利用硝氮的菌种，反应体系中主要以硫自养反硝化进行脱氮，但在第 I、II运行阶段，由于复氧效果好、硝化作用剧烈，且硫杆菌属丰度较低，在缺少碳源情况下无法实现持续性反硝化脱氮，导致硝氮去除并不理想。3 结结 论论本文开发了一种新型的水力循环生态驳岸技术，考察了其对污染物长期去除效果以及微生物多样性变化情况，主要得出以下结论：1）通过参考人工湿地水力负荷，结合实际污染物去除效果，可确定本实验条件下水力循环生态驳岸的最佳水力负荷为0.2 m3/（m2 d）；2）当进水氨氮为2 mg/L、硝氮2 mg/L、总磷0.5 mg/L、COD 50 mg/L、Cu2+2 mg/L、Zn2+4 mg/L、Cd2+0.1 mg/L时，水力循环生态驳岸可实现氨氮平均去020406080100 MND1 norank_f_Anaerolineaceae norank_f_norank_o_SBR1031 norank_f_A4b unclassified_f_Nocardioidaceae Lysobacter unclassified_k_norank_d_Bacteria norank_f_WX65 Microvirga norank_f_TRA3-20 Thiobacillus Pseudomonas Hydrogenispora Azospirillum 其他相对丰度/%norank_f_norank_o_Vicinamibacterales norank_f_Vicinamibacteraceae norank_f_norank_o_norank_c_KD4-96 Gaiella Bacillus unclassified_f_Micrococcaceae norank_f_norank_o_Rokubacteriales norank_f_Gemmatimonadaceae norank_f_norank_o_norank_c_MB-A2-108 norank_f_JG30-KF-CM45 Nitrospira norank_f_norank_o_Gaiellales norank_f_norank_o_norank_c_Gitt-GS-136 norank_f_norank_o_Subgroup_17 Sphingomonas norank_f_norank_o_S085 norank_f_Methyloligellaceae norank_f_norank_o_norank_c_norank_p_LatescibacterotaTBA_0TBA_2ATBA_3ATBA_4ATBA_2BTBA_3BTBA_4B 图4水力循环生态驳岸微生物组成（属水平）Fig.4The microbial community compositions of revetment at genus91第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术除率为 96.43%3.15%，硝氮平均去除率为 58.39%3.05%，总磷去除率极不稳定，维持在 50%左右，COD平均去除率为 93.25%2.00%，Cu2+、Zn2+、Cd2+去除率均高于99%；3）水力循环生态驳岸中主要参与含氮污染物去除的微生物有：硝化螺菌属（Nitrospira）、芽孢杆菌属（Bacillus）、硫杆菌属（Thiobacillus）、norank_o_SBR1031 菌属和 norank_f_Anaerolineaceae 菌属，通过异养硝化-好氧反硝化、硫自养反硝化等作用去除反应体系内的含氮污染物与有机物。由于植物种植密度大，根系发达，相同阶段根际与非根系微生物多样性之间无显著性差异，但随着运行模式的改变，根际与非根际微生物种群发生了显著性变化，从而影响了生态驳岸的净化能力。综合来看，由于水力循环强化了生态驳岸在运行过程的复氧效果，可实现对氨氮与COD的高效去除，但硝氮，总磷去除效果有待提高。实验结果表明，该项针对生态驳岸的改进措施可实现模拟地表水的生态修复，在实际应用中，可通过直接安装水力循环系统对传统生态驳岸进行提质改造，提高其生态驳岸的利用率，并应用于劣类地表水水体的治理。参考文献：1刘福兴,宋祥甫,邹国燕,等.农村面源污染治理的4R理论与工程实践水环境生态修复技术J.农业环境科学学报,2013,32(11):2105-2111.2WANG P,DING J,He Y,et al.Ecological revetments for enhanced interception of nonpoint source pollutants:a reviewJ.Environmental 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succession during biogas residue composting covered with a molecular membraneJ.Bioresour Technol,2020,297:122518.10 LI W P,ZHANG S K,ZHANG L Y,et al.In-situ remediation of sediment by calcium nitrate combined with composite microorganisms under low-DO regulationJ.Science of The Total Environment,2019,697:697.Remediation of surface Water by a Hydraulic Circulating Ecological RevetmentYU Junwu,WANG Tianbei WANG Han,GUO Changjie,WU Min,WANG Yayi*(College of Environmental Science and Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China)Abstract:Traditional ecological revetments are mostly used as ecological buffer zones between the river channel and river banks to intercept non-point pollution,but its remediation effect is not satisfactory.To solve this problem,the hydraulic circulation enhanced ecological revetment technology was developed in this study.Through the hydraulic cycle,the hydraulic load of the ecological revetment exceeded 0.2 m3/(m2d),and its reoxygenation and nutrient replenishment capacity were improved simultaneously,ultimately enhancing the remediation performance of the ecological revetment to surface water.The results showed that when the concentrations of pollutants in synthetic wastewater were set as the inferior V-class surface water,i.e.,2 mg/L of ammonia,2 mg/L of nitrate,0.5 mg/L of total phosphorus(TP),50 mg/L of COD,2 mg/L of Cu2+,4 mg/L of Zn2+,and 0.1 mg/L of Cd2+,a desirable remediation performance was achieved by the hydraulic circulation enhanced ecological revetment.The removal efficiencies of ammonia,COD,and nitrate were 96%3%,93%2%,and 58%3%,respectively.The removal efficiency of TP was maintained at approximately 50%;the removal efficiencies of heavy metals,i.e.,Cu2+,Zn2+and Cd2+,were all above 99%.The 16S rRNA gene amplicon sequencing results shown,Nitrospira,Bacillus,Thiobacillus,and norank_o_SBR1031 were found in the rhizosphere microbial samples during the revetment operation,which can remove nitrogenous pollutants and organic matters by heterotrophic-nitrification aerobic-denitrification and sulfur-autotrophic-denitrification.Clearly,the hydraulic circulation approach had allowed the ecological revetment possess an excellent reoxygenation effect and an efficient removal performance of ammonium and COD,but the removal capability of nitrate and total phosphorus still needs to be improved.The novel hydraulic circulation ecological revetment has a good applicational potential in the remediation of inferior V-class surface water.Keywords:ecological remediation;ecological revetment;hydraulic circulation;surface water;microbial community92