污水厂尾水用于城市景观水体补水在我国北方缺水地区既是水再生利用的途径之一,又是城市水环境建设用水保障的重要措施。与天然水相比,污水厂尾水通常营养盐含量偏高,用于景观湖等封闭或半封闭水体补水,往往会导致水体富营养化频发,直接影响水体的景观功效,为此,需要研究以景观功效保障为目标的水质保障技术对策。然而,在污水厂尾水作为景观补水主要水源的情况下,即使是经过强化处理达到一级A或更高水质的出厂水,以总氮为主的营养盐指标也难以达到地表水环境质量标准的基本要求。在这种情况下,结合城市景观水体建设,因地制宜地构建原位生态水质保障系统成为尾水景观利用的关键技术环节。本论文是国家“十二五”重大科技水专项“城市内湖氮磷去除及富营养化控制技术研究”课题（编号:2013ZX07310-001）的部分研究内容,结合天津临港工业区生态湿地公园建设,针对高氮尾水直接景观利用的水质保障问题,构建了进水调节塘旁路循环高效脱氮和多元人工湿地组合的原位生态水质提升系统,研究了关键工艺的水质净化原理和污染物去除功效,进行了生态湿地公园原位生态水质改善功效评价,开展了水质风险和生态风险评价,论证了原位生态水质提升的有效性和污水厂尾水的景观利用前景。论文的主要成果如下:（1）研究了时空交替内源反硝化生态过滤技术。通过设置横流式过滤廊道,营造理想的推移流条件,利用进水中所含的溶解氧,在前段滤层中实现有机物的好氧生物降解,滤料颗粒表面形成生物膜;随着溶解氧浓度沿流向降低,在后段滤层中营造缺氧或厌氧条件;横流式过滤廊道能通过水位调节实现双向进出水,当前段滤层中生物膜成熟后,倒换水流方向,使生物膜位于廊道后段,为缺氧或厌氧条件下的反硝化过滤提供内碳源;过滤运行期间,根据生物膜形成情况定期倒换水流方向,在过滤廊道中持续保持“好氧生物过滤+内源利用反硝化过滤”的运行状态,同步实现有机物氧化和反硝化脱氮;通过内源利用实现滤层的自我再生,有效防止生物膜老化与脱落造成的滤层堵塞。将该技术运用于入流尾水调节塘旁路循环处理,在无外加碳源条件下,TN去除率可达到30-40%,实现了入流尾水的强化脱氮。调节塘及旁路循环单元能够将总氮为一级B标准的入流尾水降低至一级A标准,有效削减了入流尾水总氮负荷。（2）研究了人工湿地植物-微生物联合作用机制。人工湿地单元能够进一步改善调节塘及旁路循环单元出水水质,且能显著降低水体综合营养状态指数（TLI（∑）值）,改善水体富营养化状况。湿地单元对有机物、悬浮物（SS）和营养盐的去除均能够随进水污染负荷的增大呈线性增大趋势,但其对有机物和氮的去除受季节变化的显著影响。植物的直接吸收作用主要受其生物量的影响,并需要较长的时间达到稳定,湿地单元中植物的吸收作用对湿地中氮磷去除的贡献分别从第一年的9.1%和9.3%显著增加到第三年的15.6%和27.4%。不同种类植物对氮磷的直接吸收作用差异显著,对于芦苇、鸢尾和千屈菜而言,其地上部N储量大小顺序为芦苇（53.1～83.9 g N/m~2）＞鸢尾（46.6～80.2g N/m~2）＞千屈菜（31.9～50.7 g N/m~2）,地上部P储量大小顺序为鸢尾（4.25～7.24 g P/m~2）≈芦苇（4.63～6.87 g P/m~2）＞千屈菜（3.69～5.95 g P/m~2）。此外,湿地单元中微生物群落多样性较高,但植物种类却能够显著的影响湿地中脱氮功能菌的组成,鸢尾湿地有利于硝化细菌功能基因（amo A和nxr A）的富集,而芦苇湿地更有利反硝化细菌（nir S+nir K和nos Z）的富集。在属水平上,湿地内的第一优势菌属为Exiguobacterium,其相对丰度为9.22%～9.94%,而且湿地中的优势菌属大多具有脱氮和有机物去除能力。对于尾水再生利用而言,芦苇较为适合作为该地区人工湿地的植物种植种类,而且植物-微生物湿地内部环境利于功能菌的生长,强化了人工湿地的污染物净化功能。（3）评价了生态湿地公园原位生态水质改善功效。原位生态水质提升系统对尾水水质具有显著的改善作用,其对TN、TP、As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的平均去除率分别为76.4%、74.5%、77.0%、93.0%、75.2%、84.7%、67.3%和76.2%。其中第一级生态单元即调节塘及旁路循环单元的出水水质可稳定达到一级A标准,尤其强化了总氮的去除。第二级人工湿地单元出水水质远优于一级A标准。在污染物削减方面,原位生态水质提升系统对尾水中TN、TP、As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的年削减量分别为21.13 t、1.50 t、26.10 kg、0.46 kg、8.69 kg、282.15 kg、32.83 kg和92.52 kg,其中调节塘及旁路循环单元和人工湿地单元对系统去除TN的贡献分别为48.1%和51.9%;对系统去除TP的贡献分别为28.9%和71.1%;对系统去除重金属的贡献分别为48.6%～65.1%和34.9%～51.4%。结果表明,调节塘及旁路循环单元对尾水中TN削减起到了明显的强化,人工湿地单元对TP的削减更为重要。此外,对公园主湖区景观功效进行了系统地评价,基于生态状态评价,可知主湖区水体中浮游植物群落的多样性较好,其细胞密度介于5.4×10~6～44.8×10~6cells/L,整体处于中营养状态,景观功效良好。从水质感官效果和生物多样性的自然景观来看,湿地公园中的原位生态水质提升系统对尾水中浊度和色度具有很好的去除效果,有效保障了主湖区水体的水质感官效果,提升了区域生物多样性。（4）开展了污水厂尾水景观利用的风险评价和潜力分析。以物种敏感性分布（SSD）的生态风险和成组生物毒性测试的水质安全风险为评价因子,开展了水质风险和生态风险评价。结果表明,尾水直接利用时对不同营养级受试生物的生态风险均很大（物种可能受影响的比例（即PAF值）:11.21%～27.01%）,水质安全风险等级较差,为D级,可能对水生生物存在显著的毒害风险;尾水经原位生态水质提升系统深度处理后,PAF值下降到5%以下,其生态风险显著降低,水质安全风险等级提升为A级,说明原位生态水质提升系统可有效去除尾水中的毒性污染物。其次,通过分析原位生态水质提升系统的水质改善和景观提升功效,发现系统中的两级生态单元能够实现良好的污染物去除功效,同时又营造出了优美的水环境景观。原位生态水质提升系统兼具水质生态提升和水环境景观建设功能,在对水质进行原位提升的过程中实现了生态景观的显著提高,实现了尾水原位修复和景观利用的双重功效。最后,以临港生态湿地公园为研究案例,分析了污水厂尾水景观利用的潜力。经原位生态水质提升后,尾水可直接景观利用,实现了尾水回用、水质净化和生态景观的高度融合。该案例为尾水原位生态景观利用与景观建设有机结合提供了典范,也为中国北方缺水城市的城市水环境整治提供了技术支撑,具有极高的推广应用前景。