除氮生物反应器净化农田排水的研究及应用潜力分析

罗 纨，唐扬帆，巫 旺，贾忠华，邹家荣，洪建权

（扬州大学水利与能源动力工程学院，扬州 225009）

0 引 言

中国是农业大国，每公顷耕地年均使用标准化肥达300 kg，农药的使用量从2004年的138.61万t上升到2010年的175.82万t，年平均增长速率为4.48%；而化肥的利用率却相对较低：氮为30%～60%，磷为2%～25%，钾为30%～60%[1]。磷肥施入土壤后2个月内，65%以上变成不溶性磷，主要以Ca-P，Al-P，Fe-P的形式随地表径流离开农田。未被利用的氮素则主要通过地表、地下径流排放进入接纳水体[2]。人为建设的排水系统在满足农田除涝降渍要求的同时，加速了化肥、农药随排水的流失，加剧了水环境污染的现象。农田排水中氮污染物的量取决于多重因素，包括化肥的种类、施肥量、相对于降雨事件的施肥时间、降雨强度和排水过程、以及土壤质地和作物类型等。目前，国际上减少氮排放的措施包括：减量或配方施肥等农业措施，控制排水等工程措施，以及建设人工湿地和反硝化生物反应器等生态工程措施[3]。

治理排水污染的有效措施包括削减排水量和降低污染物浓度 2个方面。削减排水量主要是针对目前农田排水系统缺乏控制机制，容易出现排水过量，污染物流失严重的现象。自20世纪70年代以来，国际上广泛倡导控制排水措施，即在排水沟（或排水暗管）的出口加筑控制闸或堰来按需调整排水强度，减少排水及污染物输出。现有研究表明，控制排水可削减氮素输出40%以上[4]，被誉为一种环境友好型农业水管理措施。不过控制排水的效果主要来自于排水量的减少，对氮素浓度的削减则不明显。从理论上讲，控制排水增加田间土壤湿度后，反硝化作用会增强，因此可减少硝态氮的输出负荷；但目前只有试验室土柱研究数据支持此结论[5]。控制排水大田试验结果显示，硝态氮负荷并未像实验室研究结果那样出现显著降低，原因可能是大田土壤处于厌氧状态的时间较短，或受到温度变化快等因素影响，实际反硝化作用微弱造成的[6]。

为了实现对农田排水中氮素浓度的削减，美国和加拿大研究人员借鉴污水处理工艺中的生物反应器技术，将全部或部分排水导流至装有木屑类碳源介质的生物反应器中，利用微生物的反硝化作用来降低氮素浓度。反硝化脱氮是被广泛认可的一种水质净化方式，因为大部分反硝化细菌都是异养菌，这些微生物将碳源作为电子供体和能量完成呼吸作用；硝酸盐（NO）作为电子受体被还原为氮气（N2）释放到大气中。影响反硝化作用的环境因素包括：碳源、pH值、溶解氧浓度和温度等。当 NO过量存在时，碳源作为驱动反硝化过程的因素尤为关键。例如，在一些污水处理厂以及农业环境中，好氧微生物通过氧化有机物获得能量，利用O2作为电子受体，直到环境变得有利于使用NO作为电子受体。因此，有机碳源在反硝化过程中起到 2个关键性的作用：首先是提供厌氧环境，其次作为电子供体进行脱氮[2]。在农业水土环境中，去除氮污染物可以通过提供充足的不稳定碳源来创造反硝化环境。反硝化生物反应器就是基于这一原理制造的农田排水除氮工具；现有实验室及大田研究结果都显示，除氮生物反应器可以有效降低排水中硝态氮的浓度[6-8]；每年可以减少农田排水中 23%～98%的氮素负荷量[9]。美国中西部等地近十年的试验研究都肯定了生物反应器的水质净化效果，称其是一种占地面积少且水质净化效率高的农田控污措施[2,8]。

近年来，国内学者已经开展的排水污染治理研究包括控制排水、节水灌溉以及沟塘湿地等内容，取得了一定的研究成果和应用效果。但利用农田生物反应器来净化农田排水方面的研究目前还鲜有报道。鉴于中国人均耕地面积少，化肥农药用量大，农业排水面源污染严重的现实情况，本文回顾了国际上对生物反应器净化农田排水的现有研究，对影响生物反应器效果的不同因素进行了分析，并根据部分初步试验成果，讨论了生物反应器的应用潜力及制约因素，旨在为中国农田排水污染治理提供理论依据与技术支撑。

1 大田除氮生物反应器净化农田排水的原理与效果

目前有多种水质净化装置使用固体碳源来增强脱氮作用，它们被统称为生物反应器。大田使用的生物反应器包括“墙”和“床”2种，最早由Robertson和Cherry所提出[10]。反硝化墙（denitrification walls）将固体碳源垂直安置在浅层地下水中，并与水流的方向垂直。这些“反硝化墙”用木屑或木屑与土壤的混合物填充，具有很好的导水性，有利于地下径流的通过[2]。试验结果显示，反硝化墙可去除 0.014～3.6 g/(m3∙d)的硝氮；反硝化床（denitrification beds）是一种装满了碳介质的容器，它的处理面积要比“墙”的处理面积大得多，自然或是人工排水系统输出的含氮水都可以排入“床”式反应器，反硝化床的去除效果约为 2～22 g/(m3∙d)[2]。比较而言，“床”式生物反应器更适宜处理大流量的排水，可以安装在河床或排水沟中间或两侧。在中国，Liu等[11]开展了在排水沟中设置不同的有机物屏障（organic channel barriers）来拦截污染物的试验研究；试验选取了 3种碳源介质：稻壳、松木锯末和活性炭与＜1 mm石英砂的混合物；结果表明，稻壳介质去除NHN的效果最明显，平均去除率达到了73%；而对于NON污染物的去除，稻壳介质也优于其他 2种介质，去除率高达92%。表 1列出了不同研究得到的生物反应器除氮效果；可见，无论是室内试验还是大田观测结果，不同尺寸的生物反应器对排水中的硝态氮都具有明显的削减作用，但其除氮效果受到入流过程以及环境因素的影响。氮污染物输出总量的削减则取决于流经反应器的流量与浓度削减2个因素；水力停留时间是影响浓度削减的一个重要因素。

表1 不同尺寸及入流特征对生物反应器NON削减率的影响研究结果Table1 Reported NON reduction rate through bioreactors of different sizes and flow characteristics

表1 不同尺寸及入流特征对生物反应器NON削减率的影响研究结果Table1 Reported NON reduction rate through bioreactors of different sizes and flow characteristics

数据出处Data source生物反应器体积Bioreactor size/m3 NO3--N入流质量浓度Inflow NO3--N content/(mg∙L-1)水力停留时间Hydraulic retention time NO3--N削减（浓度或负荷）NO3--N reduction(content or load)Blowes等，1994[12] 0.2 2～6 1～6 d 接近100%浓度削减Van Driel等，2006[13] 17.2 11.8 9 h 33%浓度削减Christianson，2012[8] 18 1.2～8.5 - 22%～74%负荷削减Jaynes等，2008[6] 38.9 20～25 24 h 50%浓度削减Verma等，2010[14] 55.8 5～20 - 81%～98%负荷削减Woli等，2010[9] 76.9 2.8～18.9 26 min～2.8 h 23%～50%负荷削减大田试验Field-scale studies Christianson，2012[8] 102 7.7～9.6 - 49%～57%负荷削减Christianson等，2011[15] 0.71 10.1 4～8 h 30%～70%浓度削减Christianson等，2011[16] 0.53 7.7～35.6 1.5～15 h 14%～37%负荷削减Chun等，2009[17] 0.30 10.4～33.7 2.6～12 h 10%～40%浓度削减实验室试验Laboratory-scale studies Greenan等，2009[18] 0.01 50 9.8, 3.7, 2.8, 2.1 d 100%，64%，52%，30%负荷削减

2 影响生物反应器除氮效果的因素

2.1 水力停留时间

排水流经生物反应器时，其水力停留时间太短，则进水中的溶解氧浓度过高，难以形成反硝化菌所需的厌氧环境，影响反应器内的反硝化除氮过程；较长的水力停留时间可促进充分的厌氧反应，去除进水中的硝态氮；但同时也可能发生一些消极的反应，如硫酸盐的还原和汞甲基化[8]。所以，对于水力停留时间的合理控制是应用生物反应器净化农田排水的一项重要措施。由于生物反应器旨在从农业用地的边缘取出很小的一块地方用于水质净化，在农田附近建造大型生物反应器，形成较长的水力停留时间在实际运用中是不可行的。现有研究表明，生物反应器对排水中NON的去除率与水力停留时间呈正相关；Chun等[17]研究发现，水力停留时间小于5 h，NON的削减率只有10%～40%，而当水力停留时间超过15 h，去除率可达100%。Greenan等[18]研究结果显示，当滞留时间处于更长的情况下，从2.1到9.8 d不等，去除率分别为30%到100%。在生物反应器入流和出流口设置控制结构可以更精确地把握水力停留时间[19]，通过调控，可以在排水流量较大时，导入部分排水，维持足够的停留时间，其他水量通过溢流装置排出；排水流量较小时，亦可通过调控措施，避免水力停留时间太久，形成H2S等消极反应产物。

由于生物反应器安装在排水通道上，其填充介质的水力性能显得尤为重要；若生物反应器的介质渗透系数过小，置于排水通道上时就可能影响水流的正常通行[20]。Robertson等[21]研究发现，由木屑介质填充的生物反应器渗透系数高达100 m/d。农田排水系统会经历低流量或停水期，停水期过后重启生物反应器仍能正常运行。但是，突发的排水事件或排水流量过大会减少水力停留时间，降低反应器对污染物的去除性能[15]。与稳定流量的生物反应器相比，水力停留时间相同的情况下，流量波动较大的生物反应器运行性能较差[16]。由于不同地区降雨规律存在差异，加之作物以及土壤排水条件不同，如何根据农田排水规律来合理确定进入生物反应器的处理流量以及水力停留时间是应用生物反应器技术需要进一步研究的内容。

2.2 环境温度

2.3 内部反应动力学

2.4 微生物与反硝化反应

反硝化细菌在自然界很常见，生物反应器不需要进行复杂的微生物接种[2]。目前常用的方法是添加少量的大田土壤，使土壤中的反硝化菌种在反应器中繁殖[16]。去除NON的一个关键因素是碳源对于反硝化菌的可利用性，若存在与反硝化菌竞争的其他微生物时，反硝化过程便会受到影响。Warneke等[27]发现木质填料中的反硝化菌含量高于玉米芯填料，这表明玉米介质生物反应器中更多的碳被非反硝化菌所利用。地下水或农业排水中具有相对较高的溶解氧浓度，若水流在生物反应器中的停留时间较短，好氧微生物便会与反硝化菌发生竞争关系，好氧菌对碳的消耗量可能会超过反硝化菌的消耗量，影响生物反应器对氮素的去除效率[28]。如 Healy等[29]的试验研究发现，由于较高的溶解氧质量浓度（3.7～7.3 mg/L）和较短的水力停留时间，反硝化床只去除了少量的运行性能较差。在排水和地下水中还常常存在硫酸盐，在满足还原反应的条件下，硫酸盐也可以充当电子受体。不过，反硝化细菌的竞争性优于硫酸盐还原菌[30]，只有在已基本耗尽的情况下，硫酸盐的还原反应才开始发生。因此，当水力停留时间过长，生物反应器内的消耗殆尽时，有可能产生其他一些有害的副产物，如硫化氢等。所以，对排水流量过程的调控是保证生物反应器正常运行的一个关键因素。在以水稻种植为主的南方平原河网地区，地下水位整体较高，排水自流的水力梯度很小；暴雨期间大多需要通过水泵抽排来除涝或降渍。在这种环境条件下，生物反应器如何能够以经济有效的方式运行值得深入研究。

3 农田生物反应器的设计要素

3.1 生物反应器的尺寸

使用大田生物反应器净化排水需要考虑的一个重要问题是设计流量。因受到降雨随机性的影响，农田排水流量在一年之中呈动态变化，流量变化过程取决于降雨的分布规律。虽然将排水模数乘以排水面积可以估算出给定排水系统的峰值流量，但是从经济角度考虑，按最大流量来设计反应器是不可行的。在较早开展生物反应器应用研究的美国中西部地区，各州提出了自己的设计参考方法；例如，Christianson等[8]在确定生物反应器尺寸时，根据排水流量峰值及选定的一个水力停留时间，取峰值流量的某一定比例作为生物反应器的设计处理能力。Moorman等[31]根据排水沟基流估算农田排水流量，然后利用流量历时曲线（flow duration curves）和负荷历时曲线（load duration curves）计算了污染物输出负荷；结果发现，占流域总面积0.27%的生物反应器每年可减少20%～30%的输出（HRT=0.5 d）。Verma等[14]研究发现，每1.4 hm2的排水区域设置约9.3 m2的生物反应器，可以实现60%的负荷削减。Wildman设计了一个根据排水面积与排水模数估算生物反应器尺寸的计算表格[32]；但这 2个参数在实际当中存在一定的不确定性，尤其是在排水系统分布较为复杂的地区。由于各地气象、土壤以及种植结构等方面的差异，现有各类设计方法都不具有普适性；不同排水条件下大田生物反应器的设计方法仍需要进一步研究和探讨。

除了体积大小以外，现有研究对于生物反应器的代替结构也做了部分探讨；例如，Jaynes等[6]在排水管线的两侧使用了一种混合式的反硝化墙作为被动的处理技术；Robertson和 Merkley[24]则在排水沟道中安装了由木屑填料加上砾石廊道组成的生物反应器，并在下游设置了防淤层和护堤。在其他的一些试点试验中，研究人员设计了不同截面形状的生物反应器，如矩形、梯形和正方形。不过，观察到的不同截面生物反应器的处理效果无明显差异，在中试规模条件下均可达到30%～70%的负荷削减[15]。此外，还有一些研究人员尝试在生物反应器中添加挡板或者并联生物反应器来提高水质净化效果，结果发现，污染物削减得到了不同程度的提高[8]。但上述设想只有适用于农田尺度，才能取得真正的效果。对于农田排水污染的治理，单方面的生态工程措施往往难以见效；各地可以根据实际情况，将生物反应器与人工湿地，控制排水等措施相结合，综合处理，改善排水水质。

3.2 碳源填料的选择

选择何种碳源对于生物反应器来说尤为重要，因为填料的性质决定了生物反应器的水质净化作用及使用寿命。Robertson等[33]指出反应器填料的选择应基于其成本、孔隙率、碳氮比和使用寿命。因此，对于不同地区，填充材料的可获得性是一个重要的考虑因素。现有研究中，常用来作为填料的材料包括不同种类的木屑、玉米芯、玉米秸秆、麦类秸秆、坚果外壳和稻壳等。大田生物反应器试验中主要使用木屑作为碳源，这是因为木屑成本较低，具有高碳氮比（30:1～300:1）[34]，且使用寿命比较长。也有一部分试验采用了其他类型的碳介质；例如，Shao等[35]使用麦秆和稻壳作为生物反应器碳源介质，并发现的去除率高于木质介质削减量最高可达105 g/(m3∙d)；但随着碳源的逐渐分解，不稳定碳源的渗透系数明显减小。Schipper等[2]研究发现，在 24个月的研究期内，玉米芯填料对氮素的去除率是木质填料的6.5倍，但玉米芯的渗透系数下降的更为明显。因此，使用碳氮比低的材料，如玉米秸秆等对排水中的氮污染物比木质填料有更高的去除率，但是碳源的消耗速度较快，需要更为频繁的补给或更换。

除了化学性质之外，生物反应器填充材料的物理性质（包括孔隙率、粒径级配和渗透系数）也很重要，并且随时间发生变化。木屑的孔隙度一般在0.6～0.86之间[8]，稻壳为 0.75～0.8之间。增加含水量和填充密度都会影响填料孔隙度，填料粒径和形状变化范围也很大，如文献中列出的木屑填料粒径范围为6～25 mm[8]。一些研究使用粗质材料以获得更好的流动特性；但试验中发现，在水流作用下，填料中的细小物质被冲走，导致孔隙度和渗透系数发生变化[17]。有研究建议，向木屑填料中添加砾石，以便提高孔隙度，但使其均匀混合有一定难度[32]。

除氮生物反应器介质的渗透系数是重要的物理参数之一。Cameron等[23]对木质材料的渗透系数进行了测量，变化范围从0.35 cm/s（锯末）到11.6 cm/s（61 mm木屑）不等。随着时间的推移，反应器内的渗透系数会因为生物膜的形成而减小[17,24]。尽管实验室研究中测试了不同碳介质对的去除潜力以及水力性能，但对于较大规模的实地应用，实现所需的目标去除率，这些指标的可靠度还有待验证。这是因为在小尺度试验中，溶解氧含量不稳定对污染物去除率有影响。另外，实验室试验的持续时间较短，通常少于 6个月。大田应用中，随着不稳定碳的减少，去除率会随时间下降。所以，短期试验的结果不足以评估除氮生物反应器对污染物去除率的长期可持续性。目前推荐的做法是对实验室研究中确定的填充材料进行大田试验至少一年时间，然后选择合适的碳源介质。

4 大田生物反应器的安装与使用年限

大田生物反应器的安装需要考虑可用空间、排水流量以及入流和出流位置等实际情况。安装细节通常包括：在生物反应器水流的入口和出口处设置排水流量控制结构进行导流，根据设计尺寸开挖沟槽后，铺设不透水土工膜防止排水下渗，连接入流、出流管道，然后填充碳源介质至指定高度，并在上部加盖土工布，最后回填一定厚度的土壤来恢复原有地貌。在生物反应器内进行防水衬砌的目的是防止排水入流外渗，保证反应器内部水质净化过程的正常进行。虽然介质的导水性一般高于周围土壤，大田环境的不确定性很难保证水流正常通过反应器。即使在较为黏重的土壤条件下，Woli等[9]观测发现，未采取防水衬砌的生物反应器不能正常出流。生物反应器上部覆盖土壤一般是用来防止填料的沉降，同时也有利于缓解生物反应器中N2O气体的排放。在土地资源稀缺的情况，用土壤覆盖后的生物反应器上方仍可用来种植作物，达到经济效益的最大化。由于不同地区在气象、土壤与农作等方面差异较大，大田生物反应器的安装与运行需要因地制宜的进行设计和管理。

生物反应器的使用寿命取决于碳源的类型和农田排水过程等多种因素[8]。Blowes等[12]指出，生物反应器系统的寿命是有限的，其取决于填充材料的质量，内部反应速率以及填料的物理特性（孔隙度和渗透率）。其他微生物过程也会影响生物反应器的使用期限，如硫酸盐的还原，部分溶解的有机碳浸出等。基于半衰期或碳损失的化学计量显示，木屑填料的生物反应器寿命可达到数十年以上[10]。一些研究显示，尽管反硝化过程消耗碳源，在反应器运行的前几年，碳源衰减并不明显。Moorman等[36]发现，使用年限达9 a的木屑生物反应器中碳源损失量仅为 13%。当反应器中水饱和时，固体碳源的分解非常缓慢。在大多数情况下，碳分解的速率是比较缓慢的，相对于输入的量，存在着大量可供消耗的碳源。Schipper等[37]观察发现，在一个生物反应器7 a的运行时间内，浓度更多影响着反应，碳源对反应的影响甚微。Jaynes等[6]研究发现，一个反硝化生物反应器系统工作的前2 a内，其对的去除率超过60%，在接下来的6 a中，去除率略高于50%。Moorman等[36]监测发现，在生物反应器内不饱和界面的木屑由于氧化作用在最初8 a呈指数速度分解，8 a后碳介质剩下25%，计算的半衰期为4.6 a；而淹没在生物反应器内较深处的木屑，超过80%的碳介质依然存在，计算的半衰期为36.6 a。反硝化生物反应器中的碳源介质如果消耗过快，其经济可行性就较差。所以选用持久有效的填料，延长生物反应器的使用寿命也是生物反应器研究的一项重要内容。

5 运行效果监测

无论是实验室研究还是大田试验，生物反应器的水质净化效果及反应机理都需要通过实时监测来进行评价和分析。除了对流量过程以及水质变化的监测以外，还需要测量溶解氧浓度（DO，dissolved oxygen）、温度、pH值和氧化还原电位（ORP，oxidation-reduction potential）等环境指标。这些参数可以反映生物反应器内部的反应动态，比如温度会影响微生物的反应活性，pH值会随着反硝化反应的进行而升高[8]。因为反硝化过程是一种厌氧反应，反应器内部DO值的变化可以指示系统环境是否达到缺氧的条件。但在较小尺度的试验中，因为进水很容易受到干扰，DO很难控制。为此，测量氧化还原电位可以检验反应器内部是否达到反硝化的条件。由于不同电子受体（如硝酸盐、硫酸盐）的还原能力不同，ORP可以更好地用于监测反应器内部发生反应的状态。在一些较为复杂的研究当中，研究人员采用了诸如检测反硝化酶活性(DEA，denitrifying enzyme activity)，稳定同位素（15N）和气体监测等技术来监测反硝化过程[38]。一般情况下，对于生物反应器功能最简单的表征是监测入流浓度和出流浓度并进行比较。由于生物反应器入流受到降雨产流过程的控制，现有研究中对于水质监测的取样频率差异较大，大田监测往往从几天到几个月不等。对于其他监测指标如生化需氧量、总磷、氨氮和可溶性有机碳等，一般进行低频率的样本分析。对于水质取样时间，Van Driel等[7]建议在降雨事件发生的48 h内不取样，以免稀释样本；为了获取更高频率的监测数据，有条件的监测研究中可使用高频自动取样器，以便捕捉突发降雨事件的影响。

6 应用潜力分析

中国南方平原地处气候湿润区，稻麦轮作是较为普遍的耕作方式；水稻生长季与雨季重合，但随机发生的降雨事件常常干扰相对稳定的水稻灌溉制度，形成大量排水及污染物输出的不利现象。经济相对发达的南方地区土地资源稀缺，利用生物反应器这种占地少、效果好的水质净化方法可以有效降低农业生产对水环境的不利影响。如上所述，南方水稻种植区生长季气候温暖，有利于生物反应器内部的反应过程迅速进行。水稻生长季是排水高峰期，排水流量相对稳定。罗纨等在江苏扬州沿运灌区的观测结果显示，稻作期平均最大排水流量为5 mm/d[39]，排水中 NON质量浓度变化范围为 0.1～20 mg/L。浓度变化范围大主要受施肥活动的影响；在施肥后有针对性地进行排水控制与污染物净化处理，可以显著降低农田排水中氮排放量。

目前国内外对于生物反应器的最佳设计尚未达成共识，生物反应器的工作效率受到许多因素的影响，但主要因素为水力停留时间和温度。国外的研究者采用不同的设计方法设计了一系列尺寸的生物反应器，处理效果不一。对生物反应器的田间性能参数展开具体试验才能更好的指导其设计工作。由于国内尚未有大规模的田间试验，生物反应器实际的性能与大小还需要开展具体的试点工作。Verma等[14]将生物反应器占地面积与处理区域的效率相关联，得到反应器性能与面积的关系曲线。因此，本文运用类似的方法对现有文献中发表的部分相关数据以及作者自己的观测数据进行了回归分析，得到了不同水力停留时间下的生物反应器对氮素的削减率，如图1所示。

图1 基于不同研究结果的生物反应器对NON去除率与水力停留时间的回归关系曲线Fig.1 Regression between NO3--N removal rate and hydraulic retention time in bioreactors based on different studies

根据图1中的关系，当水力停留时间为HRT0，所需生物反应器的饱和体积为

式中Q为排水总流量，m3/d，可由以下经验公式计算

式中q为排水模数，m/d；A为排水农田面积，hm2。

通过上述计算方法，结合上述扬州沿运灌区农田排水的实际状况，以每公顷土地排水流量为50 m3/d计算，可得不同目标削减率条件下，所需的生物反应器占地面积，结果如图 2所示。假设生物反应器填料的填充深度为 1 m，那么达到 50%氮素削减率所需的表面积为11.67 m2，即安装生物反应器所需占用的土地面积约为排水农田面积的0.117%。

图2 江苏扬州沿运灌区每公顷排水农田所需生物反应器占地面积与氮素目标削减率之间的关系Fig.2 Relationship between bioreactor area per hectare farmland and target nitrogen reduction rate in Yanyun Irrigation Area in Yangzhou, Jiangsu, China

上述计算结果表明，生物反应器可以在占用少量土地面积的条件下，有效去除农田排水中的氮污染物，是一种经济有效的排水净化装置。根据南方平原区农业水文与气象特点，合理设置除氮生物反应器进行排水水质净化，可以有效控制农田排水面源污染，降低农业生产对区域水环境的不利影响。

7 结 论

农田生物反应器技术是一种简单高效且维护成本低的排水污染控制方法；近年来，利用农田除氮生物反应器来削减排水中氮污染物的理论与应用研究呈增长趋势；研究结果都肯定了这一水质净化技术在农业面源污染控制中的积极作用。本文回顾了国内外对生物反应器除氮效果的研究进展，并分析了生物反应器在中国南方平原应用的潜力，得到如下结论：

1）农田除氮生物反应器运行效果受到排水过程的制约，不同地区水文气象条件的差异要求因地制宜，合理调控排水入流，优化反应器的除氮效果；

2）生物反应器碳源介质物理特性以及可持久性影响其经济实用性，合理利用木屑、稻壳等废弃物来填充反应器可获得更好的处理效果。如何保证填料的水力通透性和结构稳定性是仍需进一步研究的问题；

3）生物反应器设计尺寸决定了其处理能力。如何根据区域农田排水规律合理确定设计标准，是有效控制农田排水污染的关键。不同地区需要结合土地利用情况，以及排水出路等要求合理布置生物反应器；

4）除氮生物反应器在中国南方平原具有很好的应用前景；生长季较为稳定的排水流量和温暖的气候条件都有利于反应器的高效运行，安装生物反应器所占用的土地面积约为排水农田面积的0.117%。