潜流人工湿地去除生活污水中氮磷地试验研究

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AbstractⅣwaters.WhenremovalrateforNH3-Nis27.07%~37.24%,theordeisCanna >Zizania>Coixlacryma-jobi>Cyperusalternifolius,effluentoffourwetlandsmeetsthe secondaryclasscriteriaspecifiedinGB18918-2002.WhenremovalrateforTNis 44.89%~56.09%,theordesisCanna>Cyperusalternifolius>Coixlacryma-jobi>Zizania, effluentoffourwetlandsmeetsthefirstclassAcriteriaspecifiedinGB18918-2002.When removalrateforTPis47.50%~76.00%,theordeisZizania>Canna>Cyperusalternifolius >Coixlacryma-jobi,effluentofZizaniawetlandsmeetsthefirstclassBcriteriaspecifiedin GB18918-2002andtheotherwetlandsmeetsthesecondaryclasscriteriaspecifiedinGB 18918-2002.(4)Seasonhasdgreatinfluenceonremovalrateandeffulent.Effluentinsummerwas betterthaninwinner.ThereisgoodremovalrateinwinnerinJiangxi.Whenremovalrateof CODcrreaches91.79%,effulentmeetsthecase-Ⅳwatersofsurfacewaterquality (GB3838-2002)standard.WhenremovalrateofNH3-Nreaches44.90%,effulentmeetsthe firstclassBcriteriaspecifiedinGB18918-2002.WhenremovalrateofTNreaches40.77%, effulentmeetsthefirstclassAcriteriaspecifiedinGB18918-2002.WhenremovalrateofTP reaches49.50%,effulentmeetsthesecondaryclasscriteriaspecifiedinGB18918-2002. (5)Thisexperimentshows:Firstorderkineticequationcanwellsimulateremovallawof CODcr,NH3-N,TNandTPfordomesticsewageinJiangxiProvince.Ithasacertainreferent valuefordesignofsubsurfaceflowconstructedwetlandsinJiangxiProvince.Degradation constantkofCODcr,NH3-N,TNandTPinCannawetlandsis0.3677,0.1652,0.1889,0.2760.DegradationconstantkofCODcr,NH3-N,TNandTPinCoixlacryma-jobiwetlands is0.5172,0.1227,0.1637,0.1833.DegradationconstantkofCODcr,NH3-N,TNandTPin Zizaniawetlandsis0.3994,0.2236,0.1227,0.4479.Degradation constantkofCODcr, NH3-N,TNandTPinCyperusalternifoliuswetlandsis0.2748,0.1724,0.2657,0.2172. Theconclusionofpositiveresearchmeansthatusingsubsurfaceflowconstructed wetlandsinJiangxicanreachbettereffectfornitrogenandphosphorus.Thisresearchpaper drawsthelawofhydraulicloadingrate,pollutionloadingrate,plantsselection,seasonal variationonnitrogenandphosphorusremovalandthefirstorderkineticequationofnitrogen andphosphoruscanbethebasisofsubsurfaceflowconstructedwetlandsinJiangxiProvince.KeyWords:subsurfaceflowconstructedwetlands,domesticsewage,removalofnitrogenandphosphorusIV 独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期___________ 第一章绪论第一章绪论0.2760.引言众所周知，我国是一个水资源贫乏的国家，数量上水资源年平均径流量为27115亿 m3，居世界第6位，但人均占有量不足2200m3，仅为世界平均水平的1/4。据统计，全 国669个城市中，400个城市常年供水不足，其中110个城市严重缺水。从水质及分布来看，北方地区只有990m3，不到世界人均值的1/8，北方、西北地区持续干旱，严重缺水；南方洪涝灾害频繁发生，水污染得不到控制，造成污染型缺水[1]。随着城市化和工农业生产的发展，大量富含氮、磷等营养物质的城市污水、工农业废水流入自然水域，造成氮、磷污染，使水体中营养物质富集，导致某些藻类特别是蓝、绿藻过度增殖，水体透明度下降，溶解氧含量降低，水质恶化。严重时发生“水华”，水变腥变臭，大量水生生物死亡。淡水水域富营养化会破坏水生态系统平衡，影响饮用水的使用，破坏景观，严重时也会使水域生产力大大下降，水产品质量受损。富营养化已成为受全球关注的环境问题之一，其根本原因是营养物质的增加，而导致水域藻类大量增殖的限制因子主要是磷，其次是氮，可能还有碳、微量元素和维生素。藻类可以利用水中溶解的二氧化碳作为自身生长所需的碳源，而氮和磷成为限制性因素。国外自70 年代起就予以重视，并实施更为严格的排放标准，如欧共体要求自1998年起排放水总 氮小于10mg/L，总磷小于1mg/L。据统计，国内2006年全国城镇生活污水排放量296.6 亿吨，占废水排放总量的55.3%，废水中氨氮排放量141.3万吨，生活氨氮排放量98.8 万吨，占氨氮排放量的70.0%[2]。2006年江西省城镇生活污水排放量7.04亿吨，污水处 理率16.24%，污水中氨氮排放量2.87万吨[3]。常规污水处理技术主要以去除有机物和悬浮固体为主，对氮磷的去除率较低，出水排入水体后仍引起“富营养化”，不能满足污水处理要求。即使有适用于废水的脱氮除磷处理工艺技术，在工程应用中却又很难在有效性、经济性、可行性方面同时达到要求。应用传统的生化二级处理限于投资和运行费用过高，脱氮除磷效果较差，难以在中小城市推广，而应用三级处理来解决污水中氮磷等营养物质的问题由于成本太高，从我国国情出发不太现实。当务之急，就是要找到一种廉价、高效、低成本的污水处理方法来解决中国目前所面临的水污染，尤其是氮磷的污染问题。 20世纪70年代末兴起的人工湿地污水处理技术为污水中氮磷的去除提供了一种新的选择[4]。作为一项生态处理新技术，人工湿地在适应污水处理小型化、多元化的发展趋势方面，具有其它工艺无法比拟的优势，且可以不同程度地去除废水中的悬浮物、有机物、氮、磷和重金属等，由于开发和维持费用少、低能耗、高稳定性、脱氮除磷效果好等优点目前已被许多国家采用[5-9]。随着对污水脱氮除磷要求的提高，人工湿地也从1 第一章绪论最初主要用于处理污水中的悬浮物和有机物逐渐向脱氮除磷方向发展，研究人工湿地对氮磷的去除效果并建立计算模型，对于湿地在污水处理方面的应用和推广有着重要意义。潜流人工湿地对污染物去除率较高，是目前研究和应用较多的一种湿地处理系统[10]。它具有投资低、操作简单、建造费用低(仅为传统二级污水处理厂的1/10～1/2)、维护方便、氮磷去除率高、出水水质好、工程基建和运转费用低、对负荷变化适应能力强等优点[11]目前被许多国家采用。人工湿地系统在我国经济尚欠发达、地理条件相对宽裕的中小城镇、居民小区具有广阔的应用前景[12]。人工湿地的应用设计和运行目前主要建立在统计数据和经验公式基础之上，这一污水处理技术并不为人们完全掌握。各种人工湿地数学模型的研究，尤其是人工湿地生态动力学模型需要深入研究和不断完善，这项技术在国内还未得到广泛应用，有关工艺设计资料和应用实例还不多见，而且人工湿地的处理效果受环境因素影响较大，有待结合我国不同地区的具体情况深入开展研究，取得适合于不同地区、不同环境气候条件及不同污水特性的实用数据，以促进人工湿地在我国各地区的推广应用。0.2760.课题来源、目的及意义（1）课题来源本课题来源于江西省科技厅自然科学基金项目“潜流人工湿地去除生活污水中氮磷的研究”（项目编号：2007GZC0843）。（2）课题研究目的本课题研究在连续流进水条件下水力负荷、污染负荷、植物、季节因素对化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的影响规律，并建立一级反应动力学方程，获得设计参数，为以后潜流人工湿地在江西地区的应用推广提供参考，论证江西地区潜流人工湿地冬季运行的可行性，并为江西地区利用潜流人工湿地植物的选择提供依据。（3）课题研究意义利用潜流人工湿地处理生活污水的技术的研究及应用在江西地区还不多见，水力负荷、污染负荷、植物选择、季节变化对潜流人工湿地中氮磷去除的影响研究以及动力学模型的研究更是甚少，本课题拟在为潜流人工湿地去除生活污水中的氮磷在江西地区的研究及应用提供参考，为潜流人工湿地处理生活污水技术在江西的大力推广做好准备工作。0.2761.课题主要研究内容及关键技术路线（1）课题主要研究内容本试验主要研究潜流人工湿地对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除效果。试验期间 四组植物人工湿地床每天连续取水，每组实验的运行和测定均重复3次以上，每隔3h2 第一章绪论取出水样进行测定，直至出水稳定，采用3次测试平均值作为计算结果。本论文的内容主要分为以下五部分：1）建立潜流人工湿地中试试验系统；2）探讨水力负荷对污染物去除效果和出水水质的影响，确定较合理的水力负荷； 3）探讨污染负荷对污染物去除效果和出水水质的影响，分析污染负荷与去除负荷、出水情况之间的关系；4）探讨环境条件对潜流人工湿地氮、磷去除效果的影响，尤其是江西酸性土壤和冬季低温等环境条件的影响；5）潜流人工湿地植物的优选与应用研究。选择多种江西本地水生植物，以测试分析其对污水中氮、磷等污染物的净化效果，尤其是低温情况下的净化效果，对植物进行优选；6）污水中氮、磷等污染物质的去除规律研究，建立污染物去除效果与水力停留时间关系的动力学方程，通过试验数据确定计算参数。（2）课题研究关键技术路线潜流人工湿地调研，收集文献资料潜流人工湿地试验系统设计与建设前期确定基质和植物湿地床试验系统的调试与运行利用潜流人工湿地进行污水脱氮除磷试验研究数据整理分析建立动力学方程学位论文3 第二章人工湿地处理系统概述第二章人工湿地处理系统概述0.2760.人工湿地定义及类型1）人工湿地定义人工湿地是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统，其设计和建造是通过对湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用优化组合来进行废水处理的人工生态污水处理系统[13]，是利用基质－微生物－植物这个复合生态系统的独特的动植物生态体系[14]改善水质，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长，实现污水资源化和无害化的生态系统。2）人工湿地类型及特点人工湿地形式多样，污水与不同类型湿地以不同构型组成，不同类型人工湿地对特征污染物的去除效果不同，具有各自特点。国内外学者对人工湿地系统的分类方法很多，从工程设计角度，按照系统布水方式或在系统中流动方式分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地。（1）表面流人工湿地（SurfaceFlowConstructedWetlands，简称SFW）表面流人工湿地（SFW）系统也称水面湿地（WaterSurfaceWetlands）系统，类似于自然湿地，属好氧湿地[15]，特点是具有自由水面，废水在基质表面形成漫流，水位较浅，多在0.1～0.6m之间。有机物的去除主要依靠基质表面、植物在水下根茎和杆上的生物膜作用，利于废水自然复氧，与污水接触的广阔面积和较长的水力停留时间对悬浮物、有机质的去除效果较好。表面流人工湿地允许藻类和浮叶植物在自由水体表面生长，比挺水植物有更高的光合活性，产生的O2可间接使CO2转移，降低水体pH值，从而去除磷酸盐和促使氨挥发。表面流人工湿地硝化强度高于潜流湿地[16]，但总体来说处理效果并不理想，不能充分利用基质及植物根系的作用，对N、P处理率偏低（一般去除 率为10%～15%）[15、17]。曾有学者提出可通过在深水中布置少许高地以允许植物生长，并以收割等方法限制植物再生的面积能极大地提高氨氮的去除率和减少蚊虫的数量，但由于需要较大占地面积不宜采用。表面流人工湿地夏季有孳生蚊蝇现象，运行受气候影响较大，多见于气候温和地区的大型城市污水处理系统[18]。（2）潜流人工湿地（SubsurfaceFlowConstructedWetlands，简称SSFW） 潜流人工湿地（SSFW）系统也称渗滤湿地（InfiltrationWetlands）系统，在美国被 称作“植被淹没床”（VegetatedSubmergedBed，简称VSB）。利用水平潜流人工湿地处理 废水的概念在20世纪70年代德国形成，第一个人工湿地于1974年在德国Othfresen投入运 行，由于这种工艺利用植物根系输氧，故又被称作“根区方法”（Root－ZoneMethod，简 称RZM），而这种构造的系统也称之为根区处理床。特点是污水在床表面下流动，从湿 4 第二章人工湿地处理系统概述地一端引入，经配水系统（一般由卵石构成）均匀进入根区基质层，床体填充基质，床底设有防渗层，防止污染地下水，基质层一般由土壤和砾石构成，表层土壤上栽种耐水并有发达的根系植物，深入到表土以下的砾石层中交织成网构成一个透水系统。在预处理系统中没有去除的可沉降和悬浮固体通过过滤和沉降被有效去除，处理效果良好。潜流人工湿地基质中形成连续的好氧、缺氧和厌氧状态，相当于许多串连或并联的A/A/O处理单元，充分利用基质表面及植物根系上的生物膜以及其它各种作用处理废水。水生植物可传输较多的氧进入根系，根区附近呈好氧态，适宜于好氧微生物的活动，通过附着在砾石和植物地下部分（即根和根茎）的好氧微生物的作用分解废水中的有机物，矿化后的一部分有机物（如氮和磷）可被植物利用；在缺氧区发生反硝化作用而脱氮，污水得到净化。研究表明潜流人工湿地具有很好的厌氧环境，反硝化强度优于表面流人工湿地，同时系统基质表面微生物充分与水流接触，利于硝氮的去除[16]，所以总氮去除率高于表面流人工湿地。与自由表面流人工湿地相比，水平潜流人工湿地的水力负荷和污染负荷较大，对BOD5、COD、SS、重金属等污染指标的去除效果和卫生条件更好[19]，很少有恶臭和孳生蚊蝇现象。一般情况下，这种人工湿地的出水水质优于传统的二级生物处理，是目前研究和应用较多的一种湿地处理系统，尽管投资要比表面流湿地系统高[18]，在美国、日本、澳大利亚、德国、瑞典、英国、荷兰、挪威等国家仍广泛使用。而且由于水流在基质表面以下流动，可以在水流和地表面之间形成包气袋，包气袋具有保温功能，潜流湿地因蒸发和对流造成的热损失也较小，所以保温性能优于自由水面系统，处理效果受气候影响较小，适于冬季寒冷气候条件下污水的处理。（3）垂直流人工湿地（VerticalFlowConstructedwetlands，简称VFW）垂直流人工湿地（VFW）系统中水流综合了表面流和潜流人工湿地系统的特性，污水从湿地表面纵向流向基质床底部，水流在基质床中基本呈由上向下垂直流，水流流经床体后被铺设在水端底部的集水管收集而排出系统。垂直流人工湿地系统床体处于不饱和状态，氧气可通过大气扩散和植物传输进入湿地系统，硝化能力高于水平潜流人工湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水，但对有机物的去除能力不如水平潜流人工湿地系统，并且落干、淹水时间较长，控制相对复杂，建造要求高，夏季易孳生蚊蝇，需采取相应的措施，增加了基建维护费用，目前采用不多[18]。0.2760.人工湿地发展历史采用人工湿地改善水质并非一项新发明，中国古代和古埃及使用此法已有多年，国际上对人工湿地的研究已相当活跃并涉及各个领域。1903年英国约克郡Earby建造成了 世界上第一个人工湿地污水处理系统，直运行至1992年[20]，但有关这方面的报道最早 是由澳大利亚BrianMackney于1904年发表的[21]，之后便陆续开始了对人工湿地机理、 基质、植物、设计等各方面的研究。1953年德国Dr.KatheSeidel在研究工作中发现芦苇5 第二章人工湿地处理系统概述能去除大量有机和无机物质，能从水中去除重金属和碳水化合物。进入60年代，应用 于大规模试验处理工业废水等，并开发了一种“Max-planckInstitute-Process”系统，该系统由四或五级组成，每级由几个并联并栽有挺水植物的池子构成，但存在堵塞和积水问题[22]。60年代中期，Dr.Seidel和Dr.Kickuth开发了“根区法”（RZM），根据Dr.Seidel 的思路，德国1967年开发了一种现称为LelystadProcess的占地一公顷的星型自由水面流湿地大规模处理系统，水深0.4m，因运行问题，该系统后面接有一条400m长浅沟，随后在荷兰建立了许多这种湿地[22]。人工湿地处理污水工艺在世界各地受到重视并被应用就是从70年代德国学者Kickuth[23]提出“根区法”（RootZoneMethod）理论后开始的。 美国早期人工湿地技术是基于欧洲的影响。60年代末，美国NASA的国家空间技 术实验室研究开发了“采用厌氧微生物和芦苇处理污水的复合系统”。在北美70年代也 逐渐对不同设计的人工湿地进行试验，开始使用自然湿地。1976年美国NASA出版了 名为“充分利用水生植物”的书籍，继续进行开拓性研究工作。1985年以来，美国田纳西河流域管理局在美国东部建造了一系列人工湿地系统处理该流域内的废水。据统计美国在1983年至1993年间建起了几百个人工湿地，捷克共和国到1995年止也建起了39个 人工湿地。20世纪80年代末和90年代初，美国相继召开了人工湿地研讨会，国际上也曾就人工湿地这一新型污水处理工艺召开过四次研讨会，总结各国经验，提出相关处理理论和参考设计规范，标志着人工湿地作为一项独具特色的新型污水处理技术正式进入水污染控制领域。0.2760.人工湿地组成及作用绝大多数人工湿地由五部分组成：①具有各种透水性的基质，如土壤、砂、砾石等；②适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物，如芦苇等；③水体(在基质表面下或上流动 的水)；④好氧或厌氧微生物种群；⑤无脊椎或脊椎动物[24]。其中基质、植物和微生物是人工湿地最主要的组成部分。（1）人工湿地基质基质是人工湿地的载体，其自身的理化特性可能影响到它对污水的处理效果，另外在床体内部填充多孔的、有较大比表面积的基质，可改善湿地的水力学性能，为微生物 提供更大的附着面积，增强系统对污染物的去除能力，因此基质的选择对人工湿地污水处理系统的运行效果有重要意义。污水流经人工湿地时，基质通过一些物理和化学途径净化去除污水中的N、P等营养物质[24]，其净化过程包括有机、无机胶体的吸收和络合沉淀作用，离子交换作用，气体扩散作用，机械阻留作用等。与天然湿地相比，人工湿地对污染物的去除很大程度上取决于基质所起的作用，尤其在秋、冬季，植物被收割后，湿地床对污染物的去除主要依赖于基质和微生物的作用。（2）人工湿地植物人工湿地生态处理方法与一般生物处理方法不同，水生植物在人工湿地污水净化中6 第二章人工湿地处理系统概述起着十分重要的作用，植物不仅通过自身的生长及协助湿地内的物理、化学、微生物等作用去除湿地中的营养物质[25]，延长污水在湿地内的停留时间，而且根区为微生物的生存和降解营养物质提供了必要的场所和好氧、厌氧条件[9]，同时还有输送氧气到根区、提高水在土壤中的传导作用[26]，并在除氮机制中起主导作用[23]。水生高等植物是水生生态系统保持良性运行的关键类群，也是整个水生生植群落多样性的基础。根区法理论认为[27、28]挺水植物对氧的输送、释放、扩散作用将空气中氧转移到根部，经植物在根区周围出现好氧区、兼氧区和厌氧区，利于硝化、反硝化作用发生，达到脱氮除磷效果。白晓慧[22]等认为：不管土壤最初孔隙率如何，大型植物可稳定根际的导水性相当于粗砂2～5年。植物根系常形成1个网络状结构，不仅能直接吸附和沉降污水中N、P等营养物质，还能为微生物的吸附代谢提供良好的生物环境。研究表明[29]在人工湿地的沉积物和植物中，金属浓度高于天然湿地，因而通过人工湿地系统植物吸收－收割去除的途径去除污水中的重金属物质。试验发现有植物的湿地床对氮的去除率明显高于没有植物的湿地床系统，且不同的湿地植物生长速度、对污染物的吸收转化能力，泌氧能力等存在显著差异，基质中生长的微生物种群及数量也有所不同，结果形成不同的净化效果[30]；植物体不同部位吸收营养物质能力不同，它们依次为叶、根、茎、胚轴，并且随着污水浓度升高而升高。综述植物在污水控制方面的作用[31]和优势如下：①通过光合作用为净化提供能量来源；②具有美观可欣赏性，能改善景观生态环境；③可以收割回收资源；④固定土壤中的水分和污染区，防止污染源进一步扩散；⑤庞大的根系为细菌提供多样的生境，根区的细菌群落可降解许多种污染物；⑥能输送氧气至根区，利于微生物的好氧呼吸。（3）人工湿地微生物微生物是人工湿地净化过程中的关键因素，是人工湿地净化废水的主要执行者，系统中微生物的活动是废水中有机物降解的主要机制[32、33]，是人工湿地中有机物和含氮化合物脱氮的主要承担者，在BOD5、COD、KN等降解过程中发挥了重要作用[34、35]。微生物可将有机磷化合物进行分解，产生无机磷化合物，从而通过植物和部分微生物的吸收利用及湿地基质的吸附有效去除[34]。李科德等[36、37]研究发现芦苇床系统的表面根际细菌趋于稳定，季节变化不大。人工湿地处理废水时，有机物的降解和氮化合物的脱氮作用、磷化合物的转化等主要是由植物根区的微生物活动来完成，人工湿地中的微生物极其丰富，各种微生物数量与污水中BOD5和COD的去除率均有明显的相关性，数量越多去除率越高，污水中NH3-N的去除率与根区硝化细菌和反硝化细菌数量的相关性极显著，而磷元素的去除率则与根际中磷细菌数目呈正相关[36、38]。根表面及附近区域好氧微生物将废水中大部分有机物质利用分解成CO2和H2O，硝化细菌硝化有机氮化物；离根表面较远的兼性区主要是依靠反硝化细菌将有机物降解，并使氮素物质以N2形式释放到大气中；根区的还原状态区域，厌氧细菌发酵将有机物质7 第二章人工湿地处理系统概述分解成CO2和CH4释放到大气中。对于废水中的磷化合物，磷酸钙等可溶解性差的磷化合物通过微生物溶解[39]才能被植物吸收利用。此外在这种多样的生物环境中，微生物也可将有机氮、有机硫化物等物质降解[40、41]。由此可见人工湿地微生物的代谢活动是废水中有机物降解的基础机制，废水中的有机污染物质包括含氮磷等元素的物质，主要经过人工湿地中微生物代谢活动，降解成终极产物释放到大气中，或为水生植物及微生物吸收利用的营养物质，或转化为对水环境无害或毒害减少的物质。0.2760.人工湿地净化机理国内外研究表明，人工湿地具有独特而复杂的净化机理，它能够利用基质—微生物—植物这个复合生态系统的物理、化学和生物三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化。1）悬浮物去除机理进入潜流人工湿地的悬浮物可通过基质的过滤、湿地植物根茎的拦截、湿地动物的摄食和微生物的降解作用等得以去除。污水进入湿地系统，固体颗粒与基质颗粒之间会发生作用，包括固体颗粒向基质颗粒表面的迁移机理和被土壤颗粒表面粘附机理两部分。颗粒迁移是一种物理—力学作用，一般认为由拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用等引起。水流中的固体颗粒直接碰到基质颗粒表面产生拦截作用，在沉速较大时又可以在重力作用下脱离流线产生沉降作用，或者在较大惯性时与基质颗粒表面接触。颗粒较小时，布朗运动占先，较小颗粒扩散到基质颗粒表面被粘附；有的颗粒在速度梯度作用下发生旋转脱流线而与基质颗粒表面接触。粘附作用也是一种物理化学作用，而且湿地床体由于长时间浸水许多基质会形成土壤胶体，也具有吸附性能去除水中悬浮固体。湿地中根系密集发达交织在一起的植物亦能对固体颗粒起到拦截吸附作用；微生物对积累的颗粒态有机物进行降解组成细胞成分，剩余无机物质也能去除部分悬浮固体。2）有机物的净化机理湿地污水中的有机物包括不溶性有机物和可溶性有机物。不溶性有机物的去除机理同等粒径的悬浮物的分离机理类似。通过沉降、植物根系的拦截、基质的截留过滤得以去除，截留下来的有机物被微生物加以利用。可溶性有机物通过植物和基质的吸收以及微生物的降解被去除。植物是营养物质的贮藏库，挺水植物通过根系直接从水中吸收小分子有机物[42]。植物吸收有机物的贡献是有限的，大部分有机物的最终归宿是被异养微生物转化为微生物体及CO2和H2O。异养微生物主要以有机碳作为碳源，分别进行好氧降解和厌氧降解，从而去除污水中的有机物。有机物好氧降解过程主要由好氧异养细菌完成，其反应如下：CHOS+O→CO+HO+HS+稳定产物（2-1）xyza2222式中CxHyOzSa为有机物，为好氧细菌提供碳源，CO2和H2O为代谢的最终产物，稳定产物被微生物用于合成细胞物质[10]。 8 第二章人工湿地处理系统概述有机物的厌氧降解过程较为缓慢而且复杂，该过程主要由兼性和专性厌氧异养细菌完成。整个降解过程可分为四个阶段：首先是水解和发酵型细菌群将复杂有机物分解为小分子有机物。如纤维素、淀粉等水解为单糖后，再酵解为丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨。该过程速度较慢，是整个过程的限速阶段。第二阶段是产氢和产乙酸细菌群把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气。第三阶段的微生物是两组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群。一组是将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳和氢气合成甲烷；另一组是将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解为甲烷。第四阶段是同型产乙酸细菌将氢气和二氧化碳转化为乙酸，该阶段目前仍在研究中[43]。反应过程示例如下图所示：复杂有机物脂肪酸、醇类、CO2、NH3、H2H2CH4乙酸图2-1甲烷发酵三个阶段Fig2-1Threestagesofmethanefermentation3）氮的净化机理从图2-2看出：废水中氮在湿地系统中的循环包括7种价态以及多种有机、无机形态的转换，氮基本以有机氮和氨氮形式存在。潜流人工湿地中除了出水带出的34%的总氮以及小于0.5%的氨氮挥发直接去除，大部分氮的去除由湿地植物和微生物共同完成。其中微生物的氨化、硝化、反硝化脱氮和植物的吸收对氮的去除起主要作用[44]。图2-2人工湿地中氮的转化机制Fig.2-2Themechanismofnitrogentransformationinconstructedwetlands（1）微生物对氮的氨化、硝化和反硝化作用 9 第二章人工湿地处理系统概述在生物处理过程中，大部分有机氮被异氧型微生物首先转化为氨氮，而后在硝化菌作用下被转化为无机的亚硝态氮和硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮转化为氮气从水中逸出，达到脱氮目的。（a）微生物的氨化作用氨化作用即含氮有机物经微生物降解释放出氨的过程。含氮有机物主要包括：蛋白质、核酸、尿素、几丁质、卵磷脂等有机物，它们能被相应的微生物分解释放出氨。无论在好氧或厌氧条件下，中性、碱性还是酸性环境中都能进行，且氨化反应速度很快，在一般的生物处理设备中均能完成[45、46]。如氨基酸的释氨反应如式（2-2）：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3（2-2）（b）微生物的硝化作用硝化作用是在有氧状态下，将氨氮转化为硝酸盐的过程，影响硝化反应的主要环境因素为：pH值、温度和溶解氧[47、48]。硝化反应由一群自养型好氧微生物完成，包括两个基本反应步骤：第一阶段由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，第二阶段则由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐。这两类菌利用无机碳化合物如CO2、CO32-、HCO3-等 作为碳源，通过与NH3、NH4+、NO2-的氧化反应获得能量。硝化反应历经氨氮被氧化为亚硝酸盐和亚硝酸盐被氧化为硝酸盐两个阶段，其硝化总反应过程如式（2-3）所示：NH4++1.83O2+1.98HCO3−→0.021C5H7NO2+1.041H2O+1.88H2CO3+0.98NO3−（2-3）（c）反硝化作用反硝化作用是由一群异养型微生物完成的生物化学过程，它的主要作用是在缺氧（无分子态氧）条件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮。影响反硝化反应的主要环境因素为：pH值、温度、有机碳源和溶解氧[47-49]。反硝化过程中亚硝酸盐和硝酸盐的转化是通过反硝化细菌的同化和异化作用完成的。异化作用就是将NO-和NO3-还原为NO、N2O、N2等气体物质[50]，主要是N2。而同化作用是反硝化菌2将NO-和NO3-还原成NH3−N，供新细胞合成使用，使氮成为细胞质的成分。2反硝化反应式为：反硝酸菌6NO5CHOH5CO3N7HO6OH−−++↑++→33222（2-4）在DO≤0.5mg/L的情况下，兼性反硝化菌利用污水中的有机碳源作为氢供给体，将来自于好氧混合液中的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气排入大气，同时有机物得到降解。在反硝化过程中，硝酸氮通过反硝化菌代谢活动的同化反硝化和异化反硝化两种转化途径，最终产物分别是有机氮化合物和气态氮。当污水中缺乏有机物时，则无机物如氢、Na2S等也可作为反硝化反应的电子供体， 而微生物则可通过消耗自身的原生质进行内源反硝化，如式（2-5）。C5H7NO2+4NO3−→5CO2+NH3+2N2+4OH−（2-5） 内源反硝化的结果将导致细胞物质减少，同时还生成NH3，因此不能让内源反硝化10 第二章人工湿地处理系统概述占主导地位，而应向污水中提供必须的有机碳源。（2）植物对氮的吸收湿地植物为维持正常的生长发育，必须从外界补充氮元素作为所需的营养物质。无机氮作为植物生长过程中不可缺少的营养物质以离子形式（NH-和NO3-）被植物吸收利4用，部分有机氮被微生物分解成氨氮后，也能被植物吸收利用。植物对氮的吸收是依靠植物呼吸作用产生的能量，通过根系吸收污水中NH-和NO3-来实现的[51]。植物从污水4中吸收氮元素后，将氮元素合成植物蛋白质等有机氮，最后通过收割从湿地系统中去除，但植物对总氮的去除效果占总去除率的不到10%。在某些系统中，由于被基质截留的含氮有机物在湿地床底的厌氧环境下发生分解，也可能使出水的氨氮浓度不降反增[52]。4）人工湿地中磷的净化机理污水中磷的存在形态取决于污水中磷的类型，最常见的有磷酸盐（包括HPO−、24HPOPO2−和3−）、聚磷酸盐和有机磷酸盐等。人工湿地对磷的去除是植物吸收、基质吸44附过滤和微生物转化三者共同作用的结果，最主要的是基质对磷的吸附和沉淀作用。磷的转化如图2-3所示。（水生植物）非活性（出水）（进水） 活性活性活性+非活性可溶性非活性（非活性） 颗粒性非活性 （液体）吸附非活性（基质）（液体）图2-3人工湿地床中磷的转化机制Fig.2-3Themechanismofphosphorustransformationinconstructedwetlands（1）微生物对磷的去除厌氧条件下，一部分细菌能分解细胞内的聚磷酸盐同时产生ATP，并利用ATP将 污水中的脂肪酸等有机物摄入细胞，以PHB及糖原等有机颗粒形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐，所产生的磷酸排出体外，细胞会诱导产生聚磷酸盐激素，分解后 的无机磷盐释放至积盐菌外；好氧环境下，除磷菌又会把所摄取的磷合成聚磷酸盐而贮存于细胞内。微生物对磷的去除包括对磷正常同化和对磷过量积累达到除磷目的。（2）植物对磷的吸收11 第二章人工湿地处理系统概述湿地植物为维持正常的生长发育，要从污水中摄取磷元素作为其营养物质，能被植物根系直接吸收的磷主要是HPO-和HPO24-，PO34-，其中H2PO-4和HPO24-被根系吸收是24依靠植物呼吸作用获得能量而完成的生理过程[53]，聚磷酸盐和有机磷酸盐不能或很难被植物根系吸收。污水中磷元素被植物根系吸收后，经同化作用可变成植物的ATP、DNA 以及RNA等有机成分，通过植物收割去除。湿地中植物光合作用光反应暗反应交替出现以及系统内部不同区域对氧消耗量的差异，导致了系统中厌氧、好氧的交替出现以及系统内部不同区域对氧消耗量的差异，使磷的过量释放和积累得以完成，这是常规二级处理方法难以满足的[34]。（3）基质对磷的去除研究发现土壤吸附与沉淀作用去除的TP可高达总去除量的90％以上[54]。基质在除磷方面扮演重要角色，因此根据理化特性筛选具有高磷吸附能力的基质用于潜流人工湿地的构建十分重要[55]。湿地床中基质对磷的吸收及基质与表层土壤中钙与磷的反应、含钙质基质与磷的反应及基质与磷酸根离子交换也利于对磷的去除。人工湿地中磷的脱除主要是靠吸附、络合及与Ca、Al、Fe和土壤颗粒的沉淀反应及泥炭累积，其中泥炭累积是最可持续的工艺。0.2760.人工湿地设计概述1）人工湿地工艺流程常用的人工湿地工艺流程有四种形式：推流式、阶梯进水式、回流式和综合式，流程形式如图2-4所示。(a)推流式(b)回流式(c)阶梯进水式(d)综合式图2-4人工湿地工艺流程Fig2-4Flowofconstructedwetlands阶梯进水可避免处理床前部堵塞，使植物长势均匀，利于后部的硝化脱氮作用。回流式可对进水进行一定的稀释，增加水中的溶解氧并减少出水中可能出现的臭味；出水回流还可促进基质床中的硝化和反硝化作用，采用低扬程水泵，通过水力喷射和跌水等12 第二章人工湿地处理系统概述方式进行充氧；综合式则一方面设置出水回流，另一方面还将进水分布至基质床的中部，减轻基质床前端负荷。2）人工湿地运行方式人工湿地的具体运行方式可根据处理规模的大小进行多种组合，一般有单一式、并联式、串联式和综合式等，详见图2-5。(a)单一式(b)并联式(c)串联式(d)综合式图2-5人工湿地的不同组合方式Fig2-5VariousCombinationModesofconstructedwetlands3）人工湿地表面积设计 （1）SFW表面积设计废水在人工湿地床中流动缓慢，通常可视作一级推流反应器，稳态条件下可用以下反应动力学方程描述[56]C/C=exp(−Kt)(2-6)e0T式中：C出水BOD(mg/L)；e5C—进水BOD(mg/L)；05K—受温度影响的一级反应速率常数(d－)；1Tt—水力停留时间(d)。根据动力学条件，SFW基本设计公式为C/C=Aexp[(−0.7KA1.75ADn)/Q](2-7)e0TVS式中：A—不能以可去除固体形式在系统前端被去除的BOD比例；5A—可用于微生物活动的比表面积(m2/m3)；VA—人工湿地表面积(m2)；S D—湿地深度(m)；n—孔隙率。13 第二章人工湿地处理系统概述人工湿地中部分可利用容积被植物占据，实际停留时间t是孔隙率n的函数，定义为：n=V/V(2-8)V式中：V和V分别为床体中的孔隙容积(m3)和总容积(m3)。VK为受水温影响的反应速率常数，表示为：TK=K20(1.1)T(2-9)(−20)T式中：K20Cd-1为温度。时的反应速率常数()，其它参数可用经验估算值20A=0.52K20=0.0057d－1A=15.7m/m23Vn=0.75当湿地床的底坡或水力坡度大于1%时，Reed建议湿地床尺寸采用下述方程：CC=−KA1.75AdnS1/3Q(2-10)/0.52exp[(0.7)/4.63]e0TVS对床体表面积A，Kaklee和Knight建议采用下式计算SA=(0.0365Q/104k)ln[(C−C*)/(C−C*)](2-11)S0ek值在初步设计时可取34m/a，C*为背景BOD5值，由下式计算C*=+C(2-12)3.50.050（2）SSFW表面积设计潜流人工湿地中，水流有2种基本流态即层流与紊流。当湿地床中所用基质粒径不大，污水充满基质缝隙并处于饱和状态时水流为层流，此时可用达西公式计算[56-58]，即Q=KAS(2-13)SC式中：Q—平均设计流量(m3/d)；K—渗透系数(m3/m2⋅d)；S K—横截面积(m2)；SS—水力坡度。目前比较难以准确确定渗透系数K值。国外研究指出，对于以砾石为基质的湿地S床系统，K一般为10-4～10-3（m3/m2·s）；欧洲人建议取10-3（m3/m2·s），而美国经验认S为K不宜大于10-4（m3/m2·s）。S当Re>1-10时，水流变为紊流，此时不宜用达西公式，可用Ergum公式计算[56-58]。A=150µν[(1−n)/Dp]/ρg+1.75(1−n)ν/Dng(2-14)22Snp以BOD5为控制指标，由一级反应动力学公式推得所需湿地表面积为：A=Q(lnC−lnC)/(KDn)(2-15)S0eT据试验和有关文献报道，某一特定SSFW系统的K20与床体基质的孔隙率n有关，关14 第二章人工湿地处理系统概述系式为：K=Kn4.172(2-16)200(37.3)典型城市污水取−1K0=1.839d，高浓度有机工业废水取1K0.198d−=。英国人0Kitkuth推荐在D=0.6m，温度为8。C以上，碎石床的k值取5.2，用式（2-25）计算表面积。A=5.2Q(lnC−lnC)(2-17)S0e式中：K—渗透系数m3（/m2⋅d）；SK—某一填料中植物根系充分发展后的最佳速率常数(d)；-104）人工湿地长、宽、深及坡度设计人工湿地床的长、宽可以根据具体计算及当地具体情况确定。湿地床长度L通常定 为20～50m，过长易造成湿地床中的死区，且使水位难以调节，不利于植物栽培。此外， 湿地的长宽比L/W也不应过大，控制在3：1以下，常采用1：1；对于以土壤为主的系统 L/W宜小于1：1。长宽比不满足条件时，可用分置单元措施处理。对于潜流湿地系统， 长宽比宜控制在3：1以下。对于湿地床的设计深度，一般根据所栽种的植物种类及根系生长深度确定，以保证湿地床中必要的好氧条件。对于芦苇湿地系统，用于处理城市生活污水，湿地床的深度一般为0.6～0.7m；而用于处理较高浓度有机工业废水，湿地床的 深度一般在0.3～0.4m之间。湿地床的底坡一般为1%或稍大些，最大可达8%，具体根据 所采用基质的性质及湿地尺寸加以确定，对以砾石为基质的湿地床一般取2%[59]。5）人工湿地基质设计基质选择因特征污染物不同而不同，同时也会考虑便于取材、经济实用等因素，一般需从种类、粒径和厚度三方面加以考虑。以除磷为目的的人工湿地最好选用石灰石或沸石等对磷吸附能力较好的基质；以去除氨氮为目的时，最好选用煤灰、沸石、累托石等基质[23、60]。研究认为含有机质丰富的基质有助于吸附各种污染物，如含CaCO3较多的 石灰石有助于磷的去除。进水配水区和出水集水区的基质一般采用粒径为60～100mm的 砾石，分布于整个床宽。处理区基质表层可优先选用钙含量为2～2.5kg/100kg的混合土， 表层之下以5～10mm粒径石灰石掺和适量土壤，厚度为150～250mm，再往下全部采用 5～10mm粒径石灰石基质，或用不同级配砾石、花岗岩碎石铺设。表层土壤在浸水后会 有一定下沉，建造时基质表层标高应高出设计值10%～15%，基质深度一般为0.5～0.9m。综上所述，基质材料的选用设计一般要遵守以下几项原则：①有良好的吸附性能；②有良好的交换性能；③有利于生物膜的更新、防止堵塞；④价格比较低廉；⑤能就近取材或便于运输；⑥基质尺寸不能太大或者太小，太大微生物单位容积可利用面积小，太小水力传导率较小，易造成地表漫流。6）人工湿地植物设计筛选适宜的人工湿地植物，对提高和稳定人工湿地的净化功能具有重要意义。植物的选择应尽量考虑增加系统的生物多样性，生态系统的物种越多，结构越复杂稳定性越15 第二章人工湿地处理系统概述高，使用寿命越长，污水净化率也会越高[25、61-62]。人工湿地植物的选用原则为：①具有较强的净化能力；②具有很好的抗逆性（如抗冻、抗热、抗病虫害等），能对周围环境有很好的适应能力；③易于管理；④植物的年生长周期较长；⑤有较高的综合利用价值；⑥有一定的观赏价值；⑦易于本乡土生长，最好以本乡土植物为主。7）人工湿地其它设计人工湿地床进水系统的设计应尽量保证配水均匀性，一般采用多孔管或三角堰等。多孔管可设于床面上或埋于床面以下，但埋于床面下会出现配水调节困难。多孔管设于床面上方时应比床面高出0.5m左右，以防床面淤泥和杂草积累而影响配水，同时应定期清理沉淀物和杂草等，保证系统配水的均匀性。系统的进水流量可通过阀或闸板调节，过多的流量或紧急变化时有溢流、分流设施。湿地床进水水位是不变的，为使污水在床体内以推流式流动，需对床层水位加以控制。通常SFS系统对水位的控制要求较高，需注意以下几点：在系统接纳最大设计流量时湿地进水端不出现雍水，接纳最小设计流量时出水端不出现基质床面淹没，以防出现表面流；为了利于植物生长，床中水面浸没植物根系的深度宜尽量均匀，并尽量使水面坡度与底坡基本一致，通常以植物根系深度考虑湿地水深的初步设计值。湿地出水系统可采用沟排、管排、并排等方式。为有效控制湿地水位，一般在基质层底部设穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门。对严寒地区，进、出水管的设置需考虑防冻措施，并在系统的必要部位设置控制阀和放空阀。为防止湿地系统因渗漏而造成地下水污染，要求在工程施工时尽量保持原土层，并在原土层上设置防渗层。防渗层的设置方法有多种，如采用厚度为0.5～1.0mm的高密度聚乙烯树脂，或油毛毡密封铺垫等，为防止床体基质尖角对薄膜的损坏，施工时可在塑料薄膜上预铺一层细砂。0.2760.人工湿地污染物去除动力学模型1）一级动力学模型的一般表达式为[17]：C=C0exp(−k⋅t)（2-18）eVC=C−kq（2-19）0exp(/)eA式中：C进水浓度，[mg/L]；eC进水浓度，[mg/L]；0k体积去除速率常数，[1/d]；Vk面积去除速率常数，[1/d]；At水力停留时间，[d]； q水力负荷，[mm/d]。16 第二章人工湿地处理系统概述2）二参数一级动力学模型上述一级动力学模型只包含一个参数kV或kA。在Eckenfelder模型中，如果污染物中存在不可生物降解部分，则需在方程中加入不可生物降解物质浓度项。在湿地中，即使没有不可降解的污染物，大气或地下水的贡献、化学作用以及生物地理化学循环也会产生背景浓度。由于植物枯叶或其它有机物分解生成BOD5，同时内源自养过程积累并 将含碳有机物释放回湿地中，也会形成1～10mg/L背景BOD5，于是Kadlec和Knight建议引入背景浓度，低于背景浓度的污染物不能被降解，并在一级反应动力学方程中加入背景浓度项C*：(Ce−C*)/(C−C*)=exp−k⋅t（2-20）()0V(Ce−C*)/(C−C*)=exp−k/q（2-21）()0A3）三参数一级动力学方程不论单数还是二参数模型，在运行和设计条件改变时都不能保持参数的稳定性，于是研究者又在模型中加入了第三个参数，提出了三参数模型。（1）加入描述水力负荷变化对k值影响的参数m，对k值进行修正：kV=kV'⋅qm（2-22）研究表明参数m的引入可以提高数据与模型的吻合程度，但并不能消除水力负荷对背景浓度的影响。（2）加入表征扩散系数的影响湿地示踪实验结果与考虑扩散的二维速度场相似，所以在方程中加入扩散参数，从而得到：(Ce−C*)/(C−C*)=[4bex(Pe/2)]/[(1+b)2exp(bPe/2)−(1−b)2exp(bPe/2)]（2-23）0b=1+4Da/Pe（2-24） 式中：Pe-peclet数(Pe=uL/D)；u流速，[mm/s]；D扩散系数，[mm2/d]；DaDamkohler数[Da=kgt]。V扩散系数的加入只能对流动非理性特性中的扩散引起的偏差进行修正，对于短流等影响因素却没有在方程中得到反映。虽然人工湿地有很多影响因素，但是水力停留时间对人工湿地的去除效果影响最大，本论文主要对此因素进行研究。 我们将公式（2－18）改变形式：−=⋅+（2-25）ln(Ce/C)kVtA0式中：A系数；其余同上。17 第二章人工湿地处理系统概述污染物去除率公式：CC-×100(0)eη＝％C0（2-26）式中：η污染物去除率；其余同上。根据公式（2-25）和（2-26）变换，得出（2-27）－（2-27）ln(1−η)=KT⋅t+A由公式（2-27），以[－ln(1−η)]为纵坐标，t为横坐标，得到斜率为kT的直线，截距为A。去除率η愈高，[－ln(1−η)]值愈大，即水力停留时间愈长，污染物去除率愈高。0.2760.人工湿地研究现状及发展趋势人工湿地处理污水研究是国际湿地科学研究前沿领域的热点之一，受到国内外学术界高度重视，是历次湿地科学、污水处理与污染控制方面国际会议的主要议题。自西德1974年首次建造人工湿地以来，各种不同的湿地在世界各地已被用来处理大量不同的废 水。1996年9月在奥地利维也纳召开的第四次国际研讨会，标志着人工湿地作为一种独具特色的新型废水处理技术已经正式进入水污染控制领域。（1）人工湿地基质研究现状不同基质的人工湿地净化效果不同，目前应用较多的基质有土壤、砾石、炉渣、自然岩石与矿物材料等，每种基质都有其应用的局限性，应根据具体原污水水质和经济分析结论进行选择，以充分发挥基质作用。为了综合发挥各基质优势，人工湿地床往往由多种基质组成，基质级配十分重要，不仅要求有效去除各种污染物，同时应有效避免堵塞，提高运行周期。传统人工湿地中，基质通过吸附作用除氮量很少，且易发生逆反应，在人工湿地除氮量中所占比例较小，近几年国内外学者开始探索新的介质来促进介质除氮的效果。徐丽花等人做的小试试验中利用沸石-石灰石混合基质处理自配污水， 并采用间歇运行，氨氮去除率始终保持在97%以上[23]。一般含有机质丰富的基质利于吸附污染物：含CaCO3较多的石灰石基质利于除磷， 沸石-石灰石组合基质可有效去除TN、TP，花岗岩-黏性土壤基质对TP的去除能力可达 90%。朱夕珍[18]等曾分别以石英砂、煤灰渣和高炉渣为基质构建人工湿地，研究对城市 生活污水的净化效果：煤灰渣基质的人工湿地对有机污染物的处理效果最好，CODcr 的去除率达到71%～78%，高炉渣人工湿地除磷效果好，总磷去除率高达83%～90%。 郭本华的研究表明[63]，在水力停留时间为3d连续进出水情况下，砾石、页岩陶粒、沸 石单元对磷的平均去除率分别为95%、60%和35%。金属离子的吸附能力大小与pH值 有密切联系，当pH值大于9时，钙离子可与磷形成稳定的羟酸灰石沉淀；当pH值在5～ 7时，Fe元素与磷形成沉淀；当pH值在6～8时，Al元素与磷形成沉淀；床体内填充 适量的石灰石可以起到调节pH值的作用，使得系统在6.5～8.5的pH范围内运行[64]。18 第二章人工湿地处理系统概述（2）人工湿地植物研究现状目前国内外人工湿地植物种类以水生植物为主，尤其是挺水植物。植物对污水的净化受季节、温度和污染负荷影响，最高去除率发生在早春和夏天，秋冬季减小，且处理水质不同，植物在潜流人工湿地中的作用不同[65]。研究发现，种植水烛和灯心草的人工湿地基质中N、P的含量分别比无植物对照基质中的含量低18%～28%和20%～31%[66]。人工湿地进水氮的主要形态为氨氮时，人工湿地的主要去除途径为植物吸收、吸附和硝化、氨化过程，在水力负荷为0.34m3/m2·d时，潜流湿地脱氮效率低于20%；当进水 氮主要为硝酸盐氮时，潜流湿地在0.54m3/m2·d时脱氮效能较高接近40%。相对介质 植物对P的净化效果较小，但介质的去除作用存在饱和或更新问题，而通过收割植物将营养物不断从湿地中转移走，则具有长久效应。（3）人工湿地微生物研究现状潜流人工湿地具有很好的厌氧环境，填料表面微生物充分与水流接触，发挥反硝化能力，反硝化强度优于表面流湿地，总氮去除率较高[16]。对湿地系统中的微生物的特征研究表明，氨氧化细菌、硝化细菌、反硝化细菌主要存在于基质表面、植物的根面及根区，而在水中的很少。研究表明微生物是TN的主要去除途径，微生物的数量与TN的去除有显著相关性，而基质微生物数量与总磷的去除率相关性不显著，说明系统中磷的去除是由植物的吸收、基质床的沉积过滤固结及微生物的协同作用完成的[67]。（4）人工湿地动力学模型研究现状人工湿地的广泛应用对工程设计提出了越来越高的要求，而人工湿地去污模型则是指导设计的基础。人工湿地的设计对其应用的效果至关重要。目前人工湿地的设计多建立在统计数据和经验公式基础上，对各种去污途径尚无深入系统的阐述，对不同类型湿地去除各种污染物之机理的区分也不充分，常常造成应用上的困难。人工湿地系统的运行过程与很多因素有关，其中水力负荷是一级动力学模型影响的最大因素。目前人工湿地的主要去污模型有衰减方程、一级动力学模型、零级动力学模型、Monod模型和生态动力学模型等[68]。一级动力学模型主要考虑处理负荷与处理效率之间的关系，模型的推导以基质的降解服从一级反应动力学为基础，参数的求解及计算过程都很简单，是目前研究最多，作为描述湿地中污染物去除的最合适的方程[69]，广泛应用于有机物质、悬浮固体、氮和磷的去除计算，其基本设计方程被澳大利亚[70]、欧洲[71]、美国[72-73]广泛应用于人工湿地的设计和对湿地污染物去除效果的预测。这些模型是面积或体积的函数，用来确定必需的人工湿地面积或水体积。但是这些模型都是由污染物稳态时的质量平衡得到的，是湿地床的静态宏观模型，均未考虑传质效率。新的模型应考虑湿地植被空间分布、实际水力停留时间模拟污染物去除效果。人工湿地是一个复杂的生态系统，其去除主要是基质－植物－微生物的协同作用效果，在人工湿地处理机理和湿地模型建立中应充分考虑各因素作用的影响，对污染物去除机理作深入全面的研究。（5）人工湿地应用现状19 第二章人工湿地处理系统概述据不完全统计，截至2006年，欧洲建有一万多座人工湿地，北美有近两万座人工湿地，亚洲、澳洲，拉丁美洲也有越来越多的人工湿地污水处理系统建成和投入运行。这些人工湿地规模可大可小，最小的仅为一家一户排放污水的处理，面积约40m2，大 的有占地数十亩至上千亩，可处理万人以上村镇的生活污水。目前在美国有600多处人 工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水[74]，在丹麦、德国、英国至少有200处人 工湿地(主要为地下潜流湿地)系统在运行[22]，在欧洲应用较多的是地下潜流系统，特别是在一些东欧国家应用较广泛，在系统中种植有芦苇、菖蒲、香蒲等湿地植物。为了保证潜流，绝大多数系统还采用砾石作为基质。此类系统趋向于对近1000人口当量的乡村级社区进行二级处理，北美则趋向对人口较多的地区进行高级处理，在澳大利亚和南非则用于处理各类废水[22]。根据对104座潜流系统的运行数据统计，结果如下[75]：均可 有效去除SS，用于二级处理时，出水浓度较高但通常<20mg/L，浓度较高时往往是由 于系统中开放水面的浮游生物所致。潜流人工湿地平均进水140mg/L，平均出水24mg/L。 对于BOD5，进水由于不同处理目标变化很大，出水小于20mg/L。一般潜流人工湿地系 统BOD5平均进水114mg/L时，平均出水17mg/L。我国对人工湿地研究较晚，直到“七五”期间才开始了较大规模的研究，主要对潜流 人工湿地系统研究较多。从“七五”开始人工湿地试验，尚处于起步阶段，但发展较快，取得了人工湿地工艺特征、技术要点和工程参数等研究成果。首例采用人工湿地处理污水的研究工作始于1988～1990年北京昌平建成的处理量为500m3/d的芦苇湿地处理工 程。我国第一个人工湿地由天津市环保所建成，占地6ha，处理规模1400m3/d。1990年7月，国家环保局华南环保所在深圳白泥坑建造了占地189亩、处理规模3100m3/d的人工湿地示范工程。华中农业大学李科德[36]等采用人工模拟芦苇床处理生活污水研究净化机理，表明芦苇根际具有较高氧化还原电势，为好氧微生物活动创造了有利条件，污水中有机污染物通过芦苇床内各种微生物协同作用而去除。中科院植物研究所唐述虞[76]采用人工湿地系统处理酸性铁矿废水表明系统对金属离子去除率较高，运行费用低廉。（6）人工湿地发展趋势目前对人工湿地处理系统的研究方兴未艾，尤其在国外研究工作异常活跃，综合前 人研究工作可归纳为以下三方面：①探讨人工湿地处理污水的机理，建立动力学模型，用以描述污染物的降解过程和指导人工湿地的运行，扩大人工湿地污水处理技术应用范围；②人工湿地受地域影响较大，需要找出各地区的动力学参数，为人工湿地的应用发展做好准备；③研究处理某些特殊废水的可行性与效果，提出改善人工湿地处理效果和运行条件的措施，使结构设计达到最优化；20 第三章潜流人工湿地试验系统系统设计及试验设计第三章潜流人工湿地试验系统设计及试验设计0.2760.潜流人工湿地试验系统基质和植物的选用1）基质的选用湿地进水配水区和出水集水区采用粒径为60～100mm的砾石分布于整个床宽。配水砾石区可以均匀分布配水量，同时还可对进水进行过滤以避免湿地床体堵塞。处理区基质表层选用当地土壤，并且在土壤中添加一些钙含量丰富的石灰石，研究当地酸性土壤对人工湿地处理生活污水中氮磷效果的影响，并且土壤质地为黏土，渗透性较慢，石灰石利于提高除磷效果。再往下全部采用砾石基质，砾石具有较好的吸附性能和比表面积。从基建费用上，砾石价格较低，主要原因是能就地取材，适宜植物的生长，而陶粒、沸石等不容易就地取材，所以本试验研究选用砾石。2）植物的选用本试验植物是在多年研究实践及参考国内外专家的研究成果并结合江西气候和植物生境特点的基础上选种的。过去围绕人工湿地去污功能的研究多在以芦苇、香蒲、水葱等植物构建的人工湿地上进行。在国内有关薏苡对污水氮磷的净化作用及其应用方面研究报道较少，有关菰、风车草和美人蕉等对污水氮磷的净化作用在江西地区研究应用方面报道也不多。对于潜流人工湿地，种植具有浓密和较长根系的湿地植物较为理想。本文选择四种均在江西本地生长多年常见的、有观赏价值的植物构建潜流人工湿地中试试验系统，对其脱氮除磷效果进行研究，旨在为人工湿地脱氮除磷工程应用提供多种植物选择。1～4号湿地床分别种植美人蕉、薏苡、菰和风车草3排，每排10株，间距约为 30cm×50cm，美人蕉从当地苗圃购买，为绿化美人蕉，种植密度5.6株/m2，每株3～6 根；薏苡为当地河边所挖，为一种草本植物，种植密度6.4株/m2，每株6～8根；菰为 当地一种蔬菜种类，从农民田园中购买，种植密度5株/m2，每株3～6根；风车草为农 科院所培育，种植密度5株/m2，每株8～10根。四种植物如图3-1所示：各植物主要特点介绍如下：（1）美人蕉（Canna）：属美人蕉科美人蕉属，是大型的草本观赏花卉，为多年生 宿根性植物。地上部分在100～200cm之间，地下部分分布较浅，在18～30cm之间， 根系一般在20cm以上的区域横向生长，25cm以下极少见，茎大而粗壮，直径最大达 3cm左右，覆盖度在90%以上[77]，生长近20周时接近根系生长极限30cm左右[78]。特 点是耐高温、适应性强、花期长（5～11月），不择土壤，具有一定的耐寒力，在寒冷地 区根茎不能露地越冬，可耐短期水涝。生长适宜温度为15～28。C，低于10。C不利于生 长，在热带无休眠季节。美人蕉在污水中有良好的长势，并能大大提高污水中TN和TP21 第三章潜流人工湿地试验系统系统设计及试验设计的去除效率，故可作为净化污水、美化湖滨环境的良好植物资源。图3-1人工湿地床中植物Fig3-1Plantsinconstructedwetlands（2）薏苡(Coixlacryma-jobi)：禾本科一年生草本，株高160～200cm，茎秆直、高呈圆形，具有明显节，节间中空，对气侯土壤适应性强，是湿生植物，适于湿润温暖的气候和阳光充足、灌溉方便的潮湿稍粘或粘重的微酸性或中性土壤。在淹水条件下，薏苡根系有白粗、长的特点，吸水吸肥能力都强。播种密度40×30cm为宜[79]，是装饰加工的好原料，可以用来加工各种工艺品及装饰品，用途广泛。在国内有关薏苡植物湿地 床对污水氮磷的净化作用及其应用方面报道不多。（3）菰(Zizania)：俗名茭白，菰属，是我国特产蔬菜之一。根状茎细长，须根粗壮，秆直立，基部节上具不定根，茎叶挺立水面，圆锥花序，分枝多数簇生，小穗紫色，颖果，圆柱形，萌芽生长的适宜温度为10～25℃。为了使萌芽整齐，冬季必须灌水越冬， 水位一般在3～10cm的浅水为宜。培土植株根系细弱，须根长度多在20～50cm之间。 花、果期在7～8月，秆基为黑粉菌寄生，肥大而柔嫩，可供食用。适应水深1～1.5m，底质为厚层泥沙或淤泥；生物量高，繁殖快，耐污耐肥，具有较强的水质净化能力，对水体中氮磷的去除率达75%；生产力高，促沉降效应明显，可在河口区种植，有固堤作用，是一种经济型水生作物；抗逆性强，对胡麻叶斑病有较强的抗性。 22 第三章潜流人工湿地试验系统系统设计及试验设计（4）风车草(Cyperusalternifolius)，属莎草科，很好的外来种观赏植物。原产于非洲，现我国南北方均有栽培，可生于沼泽地或长期积水处，景观效果好，去污能力强。特点是能全年保持生长，即使在冬天仍能维持一定的生长速率。0.2760.潜流人工湿地试验系统床体尺寸及其它要素设计1）人工湿地试验系统床体尺寸设计 （1）人工湿地表面积设计本试验设计按照一级反应动力学方程推得湿地所需表面积，通常在设计时认为运行状态是稳定的，入水、出水各参数均采用平均值。根据试验水质，设定湿地进水BOD5值为140mg/L，出水标准为20mg/L，湿地植物选用美人蕉、薏苡、菰、风车草四种植物进行试验，根据植物资料，床层介质深度选用水温平均26。C，废水设计流量3m3/d。根据所选植物，介质深度选用0.5～0.55m，孔隙率n 取0.35。所处理污水类型为典型生活污水，取K0=1.839d−1，则K20=K0(37.3n4.172)=1.839×(37.3×0.35^4.172)=0.859按照设计温度，受温度影响的一级反应速率系数K为：TK=K20(1.1)(T−20)=0.859×（1.1）(26-20)=1.522T湿地床所需表面积为：As=Q(lnC−lnCe)/(KTDn)=19.9m≈20m22 0（2）人工湿地试验系统床体其它尺寸设计人工湿地试验系统分为四组，每组湿地总长5000mm，每组分为两段处理区，每段 处理区长和宽分别为2500mm和1000mm，每段处理区长宽比为2.5：1。湿地床长度不会 造成湿地中死区，利于水位调节和植物栽培。湿地长宽比在3：1以下，符合潜流人工湿 地系统长宽比的要求[12]。第一段湿地床处理区高为550mm，下部填充450mm粒径3～5mm 的砾石，上部填充100mm的当地土层；第二段处理区高为500mm，下部填充400mm粒径 3～5mm的砾石，上部填充100mm的当地土层，符合用于处理生活污水的床体设计深度和植物根系生长要求。湿地床的底坡根据所采用砾石的性质及湿地尺寸加以确定，湿地床坡度取2%[61]。2）人工湿地试验系统其它要素设计 （1）进出水系统的布置四组池子并列，湿地前端采用配水槽配水，以保证进入四组湿地床的水量水质均匀； 每组池子选用三角堰，通过三角堰流入湿地配水区使进入湿地床各点的水量水质均匀。湿地出水系统，采用旋转弯头和控制阀门控制湿地床水位，调节简单方便，并在湿地配水槽和出水槽设置放空阀，利于湿地系统的冲洗和放空，经湿地床处理后的污水直接排入下水道。23 第三章潜流人工湿地试验系统系统设计及试验设计（2）湿地床水位设计本试验人工湿地系统中所选用的四种植物美人蕉、薏苡、菰、风车草的根系深度大致为20mm~50mm，根据植物根系生长情况，此湿地系统共分为四组，每组分为两段设 计，前段设计水位为550mm，后端设计水位为500mm，利用旋转弯头和控制阀门对水位加以控制。（3）防止地下水污染本试验采用10cm水泥砂浆床体，并且在配水处采用UPVC塑料板，有效地防止污水的渗漏和流失作用，防止地下水污染。3）潜流人工湿地试验系统平面、构造及流程示意图本人工湿地床采用水平潜流形式，水平潜流人工湿地具有较好的缓冲和调节能力，可保证出水的稳定性，湿地采用两级串连，利于湿地系统整体去除效能的发挥。潜流人工湿地床分为4组建造，由砖和水泥砌成，床体为聚氯乙烯板。潜流人工湿地总体尺寸 为5400mm×4500mm×500mm。每组湿地床有两段处理区（如图3-2所示），每段处理区 长和宽分别是2500mm和1000mm，第一段处理区高为550mm，下部填充450mm粒径 3～5mm的砾石，上部填充100mm的当地土层；第二段处理区高为500mm，下部填充 400mm粒径为3～5mm的砾石，上部填充100mm的当地土层。砾石含有丰富的Ca、 Al、Fe等成分，具有较大的比表面积，吸附性能良好，价格低廉，储量丰富，能就近取 材。湿地床底坡度为2%，污水沿水平方向流经湿地床，处理后的废水通过UPVC板多 孔墙均匀出水（其构造示意图见3-2）。为了使配水均匀，系统采用高位水箱配水，污水 用UPVC管从高位水箱引入配水槽，湿地床的进水端配水槽和中间配水槽分别采用三角堰配水使进入湿地床水质水量均匀，在出水端设置旋转弯头和控制阀门调节床内水位。 图3-2潜流人工湿地平面示意图Fig.3-2Planediagramofsubsurfaceconstructedwetlands24 第三章潜流人工湿地试验系统系统设计及试验设计图3-3潜流人工湿地构造示意图Fig.3-3Schematicdiagramofsubsurfaceconstructedwetlands图3-4试验工艺流程图Fig.3-4Technologicflowchartofexperiment0.2760.潜流人工湿地的试验设计3.3.1潜流人工湿地试验条件及水质潜流人工湿地试验系统自2007年2月底建成，基质填充完毕后，植物床移入植物，栽完后立即充水使根部泡在水中，一周后植物开始恢复生长，此时系统开始进污水。测试之前先运行三个月，以让植物快速生长，处理床挂膜。至5月底测试时床内植株根系 发达，风车草高度约150cm，菰约140cm，薏苡约145cm，美人蕉约130cm，试验历时12个月。系统采用连续进水，研究在动态条件下此湿地系统的净化能力。试验采用模拟生活污水水质人工配水，选用葡萄糖、磷酸二氢钾、氯化铵、尿素、碳酸氢钠以及其它少量、微量元素配水。各组试验进水水质如下所示：（1）水力负荷、植物影响、冬季对比试验进水水质见表3-1：表3-1人工配水水质（mg/L）污染物指标CODcrNH3-NTNTPpH试验浓度(mg/L)16514.3220.3246.32-7.6725 第三章潜流人工湿地试验系统系统设计及试验设计（2）污染负荷试验进水水质见表3-2：表3-2人工配水水质（mg/L）污染物指标CODcrNH3-NTNTPpH505.0014.960.57.3316514.1522.324.07.1220020.1430.006.07.05试验浓度(mg/L)29228.7142.166.77.5113332.4051.203.06.9546638.6860.0310.47.3671350.3085.1215.77.120.2760.潜流人工湿地试验分析项目、仪器及试剂表3-3试验水质分析项目及分析方法一览表分析项目分析方法/仪器化学需氧量(CODcr)重铬酸钾法(快速CODcr测定法)氨氮(NH3-N)钠氏试剂分光光度法总磷(TP)过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法pHpH计溶解氧(DO)溶氧仪温度(t)温度计流量(Q)容积法总氮(TN)MultiN/C2100TOC/TN仪表3-4仪器设备及型号仪器设备名称型号生产厂家电子天平AB204-N梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司手提式溶氧测定仪YSI55美国金泉仪器公有限公司TOC总有机碳分析仪MultiN/C2100/TN仪德国耶拿分析仪器股份公司微波快速密闭消解仪MW650汕头市环海工程总公司手提式不锈钢蒸汽消毒器YX2808上海三申医疗器械有限公司紫外可见分光光度计53WBI上海光学仪器有限公司26 第三章潜流人工湿地试验系统系统设计及试验设计表3-5试剂及规格试剂名称规格CODcr分析重铬酸钾(K2CrO7)AR邻菲啰啉(C12H8N2H2O)AR硫酸亚铁(FeSO4)AR硫酸亚铁氨(NH4)Fe(SO4)2·H2OAR硫酸(H2SO4)AR硫酸银(Ag2SO4)AR硫酸汞(HgSO4)ARTP分析硫酸(H2SO4)AR过硫酸钾(K2S2O8)AR钼酸铵(NH4)6Mo7O24·H2OAR酒石酸锑钾K(SbO)C4H4O6AR抗坏血酸(C6H8O6)ARNH3-N分析硫酸锌(ZnSO4)AR氢氧化钠(NaOH)AR碘化汞(HgI2)AR碘化钾(KI)AR酒石酸钾钠(C4H4O6KNa·4H2O)ARTN分析盐酸(HCl)AR硝酸钾(KNO3)AR过硫酸钾(K2S2O8)AR氢氧化钠(NaOH)AR27 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析0.2760.水力负荷对污染物去除率的影响分析人工湿地的运行效果和水力负荷有着密切关系，确定合适的水力负荷是潜流人工湿地运行效果的关键问题。水力负荷过大或者过小都不利于生活污水氮磷的处理效果：进水负荷过大会引起停留时间缩短，对污水的净化处理效果造成不利影响；进水负荷过小，不能充分发挥湿地系统对污水的净化潜力，处理效率降低，在实际工程应用中会增大占地面积，提高工程造价和成本。本试验研究了在平均温度为25。C，水深为50cm，进水 水质（见表3－1），水力停留时间为1～7d[10、80]，水力负荷为71.4～500mm/d时CODcr、 NH3-N、TN、TP的去除率。3.3.1水力负荷对CODcr去除率的影响分析水力负荷对CODcr去除率的影响结果如表4-1和图4-1所示：表4-1不同水力负荷下CODcr的去除率水力负荷(mm/d)美人蕉去除率(%)薏苡去除率(%)菰去除率(%)风车草去除率(%)500.081.4169.0873.0580.21250.089.6274.4582.6785.72166.795.9985.4189.8891.99125.097.2293.9993.8992.67100.096.8896.2395.5994.1683.397.9697.7695.9395.5271.498.0798.0397.7696.3328 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析1101009080706050400100200300400500600水力负荷(mm/d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-1不同水力负荷下CODcr的去除率Fig.4-1EffectofhydraulicloadingonCODcrremovalrateCODcr是水体耗氧有机污染物的综合指标，常用来指示水体中有机物的含量。表 4-1和图4-1反映了湿地运行期间CODcr的净化效果，通过分析可以看出潜流人工湿地系统对CODcr的去除率与水力负荷有密切关系，均随水力负荷减小去除率升高。这是因为较大的水力负荷会引起水力停留时间缩短、处理出水水量增加，使吸附在生物膜上的有机物还未来得及被降解即被带出系统，不利于污水的净化，降低CODcr净化效果。 从图4-1看出，水力负荷变化对CODcr去除率的影响不是呈简单的线性关系。在水 力负荷为500.0mm/d，即水力停留时间（HRT）为1d时，美人蕉和风车草湿地床对CODcr的去除率也能达到80%以上，薏苡和菰湿地床对CODcr的去除率接近70%，这说明进水中很大一部分溶解性有机物首先被吸附于基质及可沉降颗粒上而被截留，进而被微生物降解，这与湿地系统中SS去除机理存在一定的表观相似性。当水力负荷为166.7mm/d 时，美人蕉湿地床对CODcr的去除率达95.99%，薏苡、菰、风车草湿地床的去除率分 别为85.41%、89.88%、91.99%；当水力负荷为100mm/d时，薏苡和菰湿地床的去除率 也达95%以上，风车草湿地床的去除率接近95%，各湿地床均有较好的去除效果。0.2760.水力负荷对NH3-N、TN去除率的影响分析（1）水力负荷对NH3-N去除率的影响分析水力负荷对NH3-N去除率的影响结果如表4-2和图4-2所示： 29 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析表4-2不同水力负荷下NH3-N的去除率水力负荷(mm/d)美人蕉去除率(%)薏苡去除率(%)菰去除率(%)风车草去除率(%)500.020.3810.747.359.403.3.125.6520.8515.2716.68500.037.2427.0730.0427.07250.049.0934.9147.9940.28166.753.9542.6960.5742.54125.064.3351.1067.4956.75100.069.1957.6062.1969.61807060504030201000100200300400500600水力负荷（mm/d）美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-2不同水力负荷下NH3-N的去除率Fig.4-2EffectofhydraulicloadingonNH3-Nremovalrate从表4-2和图4-2可以看出水力负荷对NH3-N的去除率影响较大，总体趋势为四组 植物湿地床对NH3-N的去除率均随水力负荷的减小而增加，变化趋势明显。当水力负 荷为500.0mm/d即水力停留时间（HRT）为1d时，美人蕉湿地床的去除率达到20.38%， 其余三组湿地床的去除率都很小。当水力负荷为166.7mm/d时，美人蕉湿地床的去除率 为37.24%，菰湿地床的去除率为30.04%，薏苡和风车草湿地床的去除率均小于30%。 在水力负荷为83.3mm/d时，美人蕉和菰湿地床的去除率分别为64.33％和67.49％，去 除率达到了60％以上，薏苡和风车草湿地床的去除率分别为51.10％和56.75％，去除效果良好。（2）水力负荷对TN去除率的影响分析 水力负荷对TN去除率的影响结果如表4-3和图4-3所示：30 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析表4-3不同水力负荷下TN的去除率水力负荷(mm/d)美人蕉去除率(%)薏苡去除率(%)菰去除率(%)风车草去除率(%)500.034.5425.3610.6218.013.3.141.9836.6936.0236.83500.056.0945.3944.8952.46250.060.3950.2757.3958.02166.766.9860.6667.7462.81125.075.7665.6477.9170.07100.077.9172.8573.3976.8890807060504030201000100200300400500600水力负荷（mm/d）美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-3不同水力负荷下TN的去除率Fig.4-3EffectofhydraulicloadingonTNremovalrate由表4-3和图4-3可见，四组植物湿地床对TN的去除率受水力负荷影响较大，均 随水力负荷减小不断升高。水力负荷的变化对TN的去除率的影响不是呈简单的线性关 系。在水力负荷为500.0mm/d即水力停留时间（HRT）为1d时，美人蕉湿地床的去除 率达到34.54%，薏苡湿地床的去除率为25.36%，风车草湿地床的去除率为18.01%，菰 湿地床的去除率为10.62%；在水力负荷为166.7mm/d时，美人蕉和风车草湿地床的去 除率达56.09%和52.46%，薏苡和菰湿地床的去除率为45.39%和44.89%，去除效果良 好；在水力负荷为100.0mm/d时，美人蕉、薏苡、菰、风车草湿地床的去除率分别为 83.3％、60.66％、67.74％、62.81％，均达到了60％以上，达到了较好的去除效果，TN去除率较高。研究发现总氮去除率比氨氮高，造成此结果的原因分析如下：潜流人工湿地土壤反硝化强度较强，从微生物角度分析，反硝化作用由兼性厌氧异养菌完成，这些细菌在呼31 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析吸过程中用氧化氮取代氧作为电子受体，其与氧为电子受体的好氧呼吸(去除BOD)或以硝氮为受体的厌氧呼吸时所用的电子传递系统是相同的，这一呼吸系统在好氧和厌氧时同样起作用，这点具有十分重要的实际意义。潜流人工湿地水流在砾石层流动，床体大部分处于缺氧厌氧环境，尽管硝化强度较小，但与水体接触充分，反硝化作用充分。0.2760.水力负荷对TP去除率的影响分析水力负荷对TP去除率的影响结果如表4-4和图4-4所示：表4-4不同水力负荷下TP的去除率水力负荷(mm/d)美人蕉去除率(%)薏苡去除率(%)菰去除率(%)风车草去除率(%)3.3.137.5031.7538.5030.00500.051.7539.5056.7539.75250.066.2547.5076.0054.50166.773.5055.5082.5062.50125.081.0063.0088.5068.25100.085.2571.2593.5078.2583.390.0077.2595.7579.501201008060402000100200300400500600水力负荷(mm/d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-4不同水力负荷下TP的去除率Fig.4-4EffectofhydraulicloadingonTPremovalrate由表4-4和图4-4得出，四组植物湿地床对TP的去除率均随水力负荷减小有明显上升趋势，水力负荷减小意味着潜流人工湿地水力停留时间增长，较长的水力停留时间利于基质的物化沉淀和植物对污水中磷的吸收作用。在水力负荷为500.0mm/d时，菰湿 地床的去除率为38.50%，美人蕉湿地床的去除率为37.50%，薏苡湿地床的去除率为71.4%，风车草湿地床的去除率为30.00%；水力负荷为166.7mm/d时，菰湿地床的去32 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析除率为76.00%，美人蕉湿地床的去除效率为66.25%，风车草湿地床的去除率为54.50%， 菰湿地床的去除率为47.50%；在水力负荷为83.3mm/d时，菰湿地床的去除率为93.50%， 美人蕉湿地床的去除率为85.25％，薏苡和风车草湿地床的去除率也达到了70％以上，去除效果均较好。0.2760.小结潜流人工湿地中，水力负荷是影响CODcr、NH3-N、TN、TP去除率的重要因素， 随着水力负荷减小，各组湿地床的去除率均呈上升趋势。在水力负荷为500mm/d~74 mm/d时，湿地床对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除率分别为69.08%~98.07%、 7.35%~69.61%、10.62%~77.91%、30.00%~95.75%。在水力负荷为166.7mm/d时，四组 植物湿地床对污染物有较好的去除效果：对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除率分别可 达到95.99%、37.24%、56.09%、76.00%。3.3.1水力负荷对出水水质的影响分析本试验研究了在平均温度为25。C，水深为50cm，进水水质（见表3－1），水力停 留时间为1～7d，水力负荷为71.4～500mm/d时出水CODcr、NH3-N、TN、TP的情况。500.0水力负荷对出水CODcr浓度的影响分析水力负荷对出水CODcr浓度的影响结果如表4-5和图4-5所示：表4-5水力负荷对出水CODcr浓度的影响水力负荷(mm/d)美人蕉床出水CODcr浓度(mg/L)薏苡床出水CODcr浓度(mg/L)菰床出水CODcr浓度(mg/L)风车草床出水CODcr浓度(mg/L)250.030.6751.0244.4632.66166.717.1242.1628.5923.56125.06.6124.0816.6913.22100.04.599.9110.0812.183.35.156.227.289.6371.43.363.76.727.3971.43.193.253.706.05 33 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析6050403020100500250166.712510083.371.4水力负荷(mm/d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-5水力负荷对出水CODcr浓度的影响Fig.4-5effectofHydraulicloadingonCODcreffluent表4-6基本控制项目最高允许排放浓度（日均值）单位mg/L序号标准项目一级标准A标准B标准二级标准三级标准1pH（无量纲）6-92化学需氧量（COD50601001203氨氮（以N计5（8）8（15）25（30）—4总氮（以N计1520——5总磷（2006年1月1日起建设的）（以P计）0.5135括号外数值为水温>12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。表4-7地表水环境质量标准基本项目标准限值（mg/L）序号分类标准项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类1pH（无量纲）6-92化学需氧量（COD）≤15152030403氨氮（NH3-N）≤0.150.51.01.52.04总氮（湖、库，以N计）≤0.20.51.01.52.05总磷（以P计）≤0.020.10.20.30.4由表4-5和图4-5可见，四组植物湿地床系统出水CODcr浓度均随着水力负荷的减 小不断降低，且处理后出水CODcr浓度均较低。即使在水力负荷为500.0mm/d时，美 人蕉、菰和风车草湿地床出水CODcr均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB1891834 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析－2002）》（见表4-7）一级A（50mg/L）标准，薏苡湿地床出水CODcr浓度为51.02mg/L， 低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级B（60mg/L）标准， 在水力负荷为166.7mm/d时，各湿地床处理系统出水均小于30mg/L，低于《地表水环 境质量标准（GB3838-2002）》Ⅳ（30mg/L）类水体（见表4-6）标准。在水力负荷为 125.0mm/d时，四组植物湿地床系统处理后出水CODcr浓度均小于15mg/L，低于《地 表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅰ类（15mg/L）水体标准。0.2760.水力负荷对出水NH3-N、TN浓度的影响分析（1）水力负荷对出水NH3-N浓度的影响分析水力负荷对出水NH3-N浓度的影响结果如表4-8和图4-6所示：表4-8水力负荷对出水NH3-N浓度的影响水力负荷(mm/d)美人蕉床出水NH3-N浓度(mg/L)薏苡床出水NH3-N浓度(mg/L)菰床出水NH3-N浓度(mg/L)风车草床出水NH3-N浓度(mg/L)3.3.111.2712.6313.1112.82500.010.5211.2011.9911.79250.08.8810.329.9010.32166.77.209.217.368.45125.06.528.115.588.13100.05.056.924.606.1283.34.366.005.354.3014121086420500250166.712510083.371.4水力负荷(mm/d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-6水力负荷对出水NH3-N浓度的影响Fig.4-6EffectofhydraulicloadingonNH3-Neffluent35 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析由表4-8和图4-6所示，各组湿地床出水浓度均随水力负荷减小不断降低，但潜流 人工湿地床系统对NH3-N的处理效果不是很好，出水浓度相对较高。在水力负荷为 500.0mm/d时，各组湿地床出水NH3-N浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》二级（25mg/L）标准。水力负荷为166.7mm/d时，四组植物湿地床出水 NH3-N浓度均小于11mg/L，低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》 二级（25mg/L）标准。水力负荷为125.0mm/d时，美人蕉和菰湿地床的出水NH3-N浓 度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级B（8mg/L）标准。 水力负荷减小到71.4mm/d时，薏苡和菰湿地床出水NH3-N浓度低于《城镇污水处理厂 污染物排放标准（GB18918－2002）》一级B（8mg/L）标准，美人蕉和风车草湿地床出 水NH3-N浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级A（5mg/L）标准，出水水质良好。（2）水力负荷对出水TN浓度的影响分析水力负荷对出水TN浓度的影响结果如表4-9和图4-7所示：表4-9水力负荷对出水TN浓度的影响水力负荷(mm/d)美人蕉床出水TN浓度(mg/L)薏苡床出水TN浓度(mg/L)菰床出水TN浓度(mg/L)风车草床出水TN浓度(mg/L)0.2760.14.6116.6619.9518.303.3.112.9514.1314.2814.10500.09.8012.1912.3010.61250.08.8411.109.519.37166.77.378.787.208.30125.05.417.674.936.68100.04.936.065.945.16 36 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析2520151050500250166.712510083.371.4水力负荷(mm/d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-7水力负荷对出水TN浓度的影响Fig.4-7EffectofhydraulicloadingonTNeffluent从表4-9和图4-7可见，各湿地床系统出水TN浓度均随水力负荷减小呈降低趋势， 并且出水TN浓度相对较小。在水力负荷为500.0mm/d时，美人蕉湿地床出水TN浓度 为14.61mg/L，低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级A （15mg/L）标准，其余三组湿地床出水TN浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB18918－2002）》一级B（20mg/L）标准。在水力负荷为166.7mm/d时，四组植物 湿地床出水TN浓度均小于15mg/L，低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918 －2002）》一级A（15mg/L）标准，出水水质良好。随着水力负荷的减小各组湿地床系 统出水TN浓度越来越接近出水中NH3-N的浓度，说明潜流人工湿地系统对有机氮处理效果较好。0.2760.水力负荷对出水TP浓度的影响分析水力负荷对出水TN浓度的影响结果如表4-10和图4-8所示：表4-10水力负荷对出水TP浓度的影响水力负荷(mm/d)美人蕉床出水TP浓度(mg/L)薏苡床出水TP浓度(mg/L)菰床出水TP浓度(mg/L)风车草床出水TP浓度(mg/L)3.3.12.52.732.462.8500.01.932.421.732.41250.01.352.100.961.82166.71.061.780.701.50 125.00.761.480.461.27100.00.591.150.260.8783.30.400.910.170.8237 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析30.2760.523.3.151500.050500250166.712510083.371.4水力负荷(mm/d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-8水力负荷对出水TP浓度的影响Fig.4-8EffectofhydraulicloadingonTPeffluent由表4-10和图4-8可见，四组植物湿地床出水TP的浓度均随水力负荷的减小有明 显下降趋势。在水力负荷为500.0mm/d时，四组植物湿地床处理系统出水中TP浓度均 低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（3mg/L）标准。在 水力负荷为166.7mm/d时，菰湿地床处理系统出水TP浓度为0.96mg/L，低于《城镇污 水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级B（1mg/L）标准。美人蕉、薏苡和 风车草湿地床出水TP浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》 二级（3mg/L）标准。在水力负荷为71.4mm/d时，薏苡和风车草湿地床处理系统出水浓 度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级B（1mg/L）标准， 美人蕉和菰湿地床处理系统出水TP浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》一级A（0.5mg/L）标准。250.0小结四组植物湿地床处理系统出水水质与水力负荷有着密切关系，出水浓度均随着水力负荷的减小不断降低。在水力负荷为500.0mm/d即水力停留时间(HRT)为1d时，四组植物湿地床出水 CODcr浓度均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级B （60mg/L）标准；出水NH3-N浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918 －2002）》二级（25mg/L）标准；出水TN浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB18918－2002）》一级B（20mg/L）标准；出水TP浓度低于《城镇污水处理厂污 染物排放标准（GB18918－2002）》二级（3mg/L）标准。在水力负荷为166.7mm/d时，四组植物湿地床出水CODcr达到了《地表水环境质38 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析量标准（GB3838-2002）》Ⅳ类（30mg/L）水体标准；出水NH3-N浓度低于《城镇污水 处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（25mg/L）标准；出水TN浓度低于 《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级A（15mg/L）标准；出水 TP浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（3mg/L）标准。在水力负荷为71.4mm/d时，四组植物湿地床出水水质良好：出水CODcr达到了《地 表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅰ类（15mg/L）水体标准；出水NH3-N浓度低于 《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级B（8mg/L）标准；出水 TN浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级A（15mg/L） 标准。出水TP浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级B （1mg/L）标准。0.2760.污染负荷对去除负荷的影响分析本试验研究了在平均温度25。C，水深50cm，进水水质（见表3－2），进水量1m3/d， 水力停留时间3d，水力负荷166.7mm/d时CODcr、NH3-N、TN、TP的去除效果。3.3.1污染负荷对CODcr去除负荷的影响分析污染负荷对CODcr去除负荷的影响结果如表4-11和图4-9所示：表4-11污染负荷对CODcr去除负荷的影响进水负荷(g/m2·d)美人蕉床去除负荷(g/m2·d)薏苡床去除负荷(g/m2·d)菰床去除负荷(g/m2·d)风车草床去除负荷(g/m2·d)500.02.582.552.552.52250.07.146.806.706.87166.78.908.498.458.55125.010.5610.3210.9310.40100.013.9613.9113.6914.4983.323.7423.7123.5623.7171.435.8735.7234.9535.79 39 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析美人蕉湿地床薏苡湿地床4040353530302520151050y=0.8842x+0.3069R2=0.9985010203040502520151050y=0.8875x+0.0761R2=0.99901020304050进水负荷(g/m2·d)2·d)进水负荷(g/m2·d)2·d)菰湿地床风车草湿地床40353025201510y=0.8682x+0.2196R2=0.998440353025201510y=0.8884x+0.1795R2=0.999750010203040502·d)进水负荷(g/m5001020304050进水负荷(g/m2·d)图4-9污染负荷对CODcr去除负荷的影响Fig.4-9EffectofpollutionloadingonCODcrremovalloading不同进水负荷条件下各植物湿地床对CODcr的去除负荷见表4-11和图4-9。污染负 荷是影响潜流人工湿地系统CODcr去除负荷的重要因素，本试验中，各组植物湿地床 CODcr的去除负荷均随着污染负荷的增加而增大。由图4-17可见，四组植物湿地床对 CODcr的去除负荷与系统的污染负荷存在着较好的线性相关关系（R2>0.99），并且随污染负荷增加，表现出相应增强的处理效果。由直线上升趋势可见，系统还有进一步提升负荷的潜力。0.2760.污染负荷对NH3-N、TN去除负荷的影响分析 （1）污染负荷对NH3-N去除负荷的影响分析污染负荷对NH3-N去除负荷的影响结果如表4-12和图4-10所示：40 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析表4-12污染负荷对NH3-N去除负荷的影响进水负荷（g/m2·d）美人蕉床去除负荷(g/m2·d)薏苡床去除负荷(g/m2·d)菰床去除率负荷(g/m2·d)风车草床去除负荷(g/m2·d)0.2760.0.180.190.190.193.3.10.400.410.320.26500.00.570.600.640.60250.00.830.810.790.77166.71.030.810.850.95125.01.111.151.141.21100.01.441.301.261.36美人蕉湿地床薏苡湿地床83.371.471.41.01.00.5y=0.5073x+0.02R2=0.9922=0.9920.5y=0.4478x+0.0709R2=0.97870.00.00.00.51.01.52.02.53.00.00.51.01.52.02.53.0进水负荷(g/m2·d)进水负荷(g/m2·d)菰湿地床风车草湿地床1.52.01.01.51.00.5y=0.4497x+0.0562R2=0.96812=0.96810.5y=0.508x-0.0109R2=0.96342=0.96340.00.00.00.51.01.52.02.53.00.00.51.01.52.02.53.0进水负荷(g/m2·d)进水负荷(g/m2·d)图4-10污染负荷对NH3-N去除负荷的影响Fig.4-10EffectofpollutionloadingonNH3-Nremovalloading表4-12和图4-10为不同进水负荷条件下各植物湿地床系统对NH3-N的去除负荷， 可以看出，污染负荷是影响潜流人工湿地系统NH3-N去除负荷的重要因素，各组植物41 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析湿地床中NH3-N的去除负荷均随着进水污染负荷的增加而增大，而且四组植物湿地床 对NH3-N的去除负荷与系统的污染负荷存在着较好的线性相关关系，随污染负荷增加，表现出相应增强的处理效果。由直线上升的趋势可见，系统还有进一步提升负荷的潜力。说明在生活污水的污染水平下，对此试验湿地系统不会存在污染负荷过重的威胁，也说明系统仍有继续承载污染量的潜力。（2）污染负荷对TN去除负荷的影响分析污染负荷对TN去除负荷的影响结果如表4-13和图4-11所示：表4-13污染负荷对TN去除负荷的影响进水负荷(g/m2·d)美人蕉床去除负荷(g/m2·d)薏苡床去除负荷(g/m2·d)菰床去除负荷(g/m2·d)风车草床去除负荷(g/m2·d)0.2760.0.300.320.310.343.3.10.770.800.660.63500.01.021.040.980.93250.01.341.391.211.85166.71.841.871.791.02125.02.322.352.342.34100.03.733.743.723.7242 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析美人蕉湿地床薏苡湿地床443321y=0.8003x-0.482R2=0.87552=0.875521y=0.7973x-0.4536R2=0.868600123456进水负荷(g/m2·d)00123456进水负荷(g/m2·d)菰湿地床风车草湿地床443321y=0.8191x-0.55R2=0.900321y=0.8196x-0.5428R2=0.90120012345600123456进水负荷(g/m2·d)进水负荷(g/m2·d)图4-11污染负荷对TN去除负荷的影响Fig.4-11EffectofpollutionloadingonTNremovalloading从表4-13和图4-11可以看出，系统污染负荷与TN去除负荷之间均存在着线性关系，且相关性很好。从试验期间的污染负荷来看，均为系统去除负荷随污染负荷的增加而增加。说明生活污水的污染水平对此试验湿地系统不会存在污染负荷过重的威胁，也说明系统仍有继续承载污染量的潜力。0.2760.污染负荷对TP去除负荷的影响分析污染负荷对TP去除负荷的影响结果如表4-14和图4-12所示：43 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析表4-14污染负荷对TP去除负荷的影响进水负荷(g/m2·d)美人蕉床去除负荷(g/m2·d)薏苡床去除负荷(g/m2·d)菰床去除率负荷(g/m2·d)风车草床去除负荷(g/m2·d)0.2760.0.0170.0200.0200.0173.3.10.1070.1030.1100.105500.00.1490.1440.1660.136250.00.2510.2420.2770.249166.70.2520.2390.2340.259125.00.3580.3430.3400.403100.00.5340.4400.4210.456美人蕉湿地床薏苡湿地床83.371.471.41.01.00.50.5y=0.5973x+0.0159R2=0.99010.00.00.1.5y=0.4945x+0.0345 R2=0.96492.01.00.20.40.60.81.0进水负荷（g/m2·d）1.51.00.20.40.60.81.0进水负荷（g/m2·d）菰湿地床风车草湿地床0.50.50.00.40.00.0.y=0.4616x+0.0522R2=0.91960.30.20.1y=0.5407x+0.0308R2=0.94080.00.00.20.40.60.81.0进水负荷（g/m2·d）0.00.00.20.40.60.81.02·d）进水负荷（g/m图4-12污染负荷对TP去除负荷的影响Fig.4-12EffectofpollutionloadingonTPremovalloading表4-14和图4-12为不同进水负荷条件下各植物湿地系统对TP的去除负荷，可以 看出，污染负荷是影响潜流人工湿地系统TP去除负荷的重要因素，各组植物湿地床的 44 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析TP的去除负荷均随着污染负荷的增加而增大，而且四组植物湿地床对TP去除负荷与系统的污染负荷存在着较好的线性相关关系，随污染负荷增加，表现出相应增强的处理效果。说明生活污水的污染水平对此试验湿地系统不会存在污染负荷过重的威胁，也说明系统仍有继续承载污染量的潜力。0.2760.小结污染负荷是影响潜流人工湿地系统CODcr、NH3-N、TN、TP去除负荷的重要因素， 各组植物湿地床中CODcr、NH3-N、TN、TP的去除负荷均随着污染负荷的增加而增大， 而且四组植物湿地床对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除负荷与系统的污染负荷存在着较好的线性相关关系，随污染负荷增加，表现出相应增强的处理效果。说明生活污水的污染水平对此试验湿地系统不会存在污染负荷过重的威胁。3.3.1污染负荷对出水水质的影响分析本试验研究了在平均温度25。C，水深50cm，进水水质（见表3－2），进水量1m3/d， 水力停留时间3d，水力负荷166.7mm/d时CODcr、NH3-N、TN、TP的出水效果。500.0污染负荷对出水CODcr浓度的影响分析污染负荷对出水CODcr浓度的影响结果如表4-15和图4-13所示：表4-15污染负荷对出水CODcr浓度的影响进水负荷美人蕉床出水浓薏苡床出水浓菰床出水浓风车草床出水浓 (g/m2·d)度(mg/L)度(mg/L)度(mg/L)度(mg/L) 2.84.264.704.705.267.56.3812.3214.1111.11 9.37.1114.3514.9913.22 11.312.5616.8015.1215.46250.044.2245.1249.0334.83166.744.6745.1947.9145.19125.076.5479.2792.9072.9145 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析1008060402002.87.59.311.316.526.340.2进水负荷(g/m2·d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-13污染负荷对出水CODcr含量的影响Fig.4-13EffectofpollutionloadingonCODcreffluent从表4-15和图4-13可以看出，污染负荷对出水CODcr的浓度有较大的影响。进水 CODcr负荷为2.8～6.3g/m2·d时，四组植物湿地床的出水均可以达到《地表水环境质量 标准（GB3838-2002）》Ⅰ类（15mg/L）水体标准，出水CODcr稳定；进水CODcr负荷 为11.3～26.3g/m2·d时，四组植物湿地床的出水均低于《城镇污水处理厂污染物排放标 准（GB18918－2002）》一级A（50mg/L）标准，出水水质稳定；进水负荷为40.2g/m2·d 时，四组植物湿地床的出水CODcr浓度又开始上升，出水水质低于《城镇污水处理厂 污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（100mg/L）标准。3.3.1污染负荷对出水NH3-N、TN浓度的影响分析（1）污染负荷对出水NH3-N浓度影响分析污染负荷对出水NH3-N浓度的影响结果如表4-16和图4-14所示：表4-16污染负荷对出水NH3-N浓度的影响进水负荷(g/m2·d)美人蕉床出水浓度(mg/L)薏苡床出水浓度(mg/L)菰床出水浓度(mg/L)风车草床出水浓度(mg/L)500.01.861.621.701.57250.07.056.848.429.51166.710.119.448.729.51125.013.9314.3114.7215.09100.014.1418.0017.2315.5283.318.9218.2718.5217.1671.424.8127.2827.9326.1646 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析3025201510500.30.81.11.61.82.22.8进水负荷(g/m2·d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-14污染负荷对出水NH3-N浓度的影响Fig.4-14EffectofpollutionloadingonNH3-Neffluent从表4-16和图4-14可以看出，污染负荷对出水NH3-N的浓度有较大的影响。进水 NH3-N负荷为0.3g/m2·d时，四组植物湿地床的出水均达到《地表水环境质量标准 （GB3838-2002）》Ⅴ（2.0mg/L）类水体标准。随进水负荷增大，出水NH3-N浓度有所 增大，但四组植物湿地床出水水质在进水NH3-N负荷从0.8g/m2·d增大到1.1g/m2·d范围 内一直比较稳定，各组植物湿地床出水均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》二级（25mg/L）标准；进水负荷继续增大，出水NH3-N浓度继续增加， 进水NH3-N负荷为1.6～2.2g/m2·d时，各组植物湿地床出水均低于《城镇污水处理厂污 染物排放标准（GB18918－2002）》二级（25mg/L）标准，出水水质良好。（2）污染负荷对出水TN浓度影响分析污染负荷对出水TN浓度的影响结果如表4-17和图4-15所示：表4-17污染负荷对出水TN浓度的影响进水负荷(g/m2·d)美人蕉床出水浓度(mg/L)薏苡床出水浓度(mg/L)菰床出水浓度(mg/L)风车草床出水浓度(mg/L)3.3.19.669.319.539.00500.08.688.2110.6611.15250.011.8911.5212.5613.50166.718.3717.5320.6118.28125.018.5617.9819.5118.39100.018.9218.2718.5218.5283.319.0318.8619.1519.1547 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析25201510500.81.31.72.42.93.44.8进水负荷(g/m2·d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-15污染负荷对出水TN浓度的影响Fig.4-15EffectofpollutionloadingonTNeffluent从表4-17和图4-15可以看出，污染负荷对TN的出水水质有较大的影响。进水TN 负荷为0.8～1.7g/m2·d时，四组植物湿地床出水TN均低于《城镇污水处理厂污染物排 放标准（GB18918－2002）》一级A（15mg/L）标准，出水水质稳定；随着污染负荷升 高，出水水质有所增大，从试验结果可以看出，进水负荷为2.4～4.8g/m2·d时，各组植 物湿地床出水水质均稳定，低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》 一级B（20mg/L）标准。3.3.1污染负荷对出水TP浓度的影响分析污染负荷对出水TP浓度的影响结果如表4-18和图4-16所示：表4-18污染负荷对出水TP浓度的影响进水负荷(g/m2·d)美人蕉床出水浓度(mg/L)薏苡床出水浓度(mg/L)菰床出水浓度(mg/L)风车草床出水浓度(mg/L)500.00.200.150.150.20250.01.101.171.041.13166.71.351.451.051.58125.01.541.711.091.59100.02.022.222.341.8983.32.052.332.391.9271.42.322.532.552.2148 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析9 8 7 6 5 4 3 2 1 00.280.1690.2250.3380.3770.5860.882进水负荷（g/m2·d）美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-16污染负荷对出水TP浓度的影响Fig.4-16EffectofpollutionloadingonTPeffluent从表4-18和图4-16可以看出，出水TP浓度受进水污染负荷的影响较大。进水TP 负荷为0.028g/m2·d时，四组植物湿地床出水TP可以达到《地表水环境质量标准 （GB3838-2002）》Ⅲ类（0.2mg/L）水体标准。随污染负荷增大，出水TP浓度增加，但 四组植物湿地床出水水质在进水负荷为0.169～0882g/m2·d时，出水水质均低于《城镇 污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（3mg/L）标准。进水负荷为0.169～ 0.338g/m2·d时，出水水质也比较稳定，随着进水负荷的增大，出水浓度也在升高，在进 水负荷为0.377～0.882g/m2·d范围内出水水质也能保持稳定，说明潜流人工湿地在一定的进水负荷范围内具有很好的抗冲击能力。3.3.1小结污染负荷是影响潜流人工湿地系统出水CODcr、NH3-N、TN、TP浓度的重要因素。 （1）进水CODcr负荷为2.8～9.3g/m2·d时，四组植物湿地床出水CODcr均达到了 《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅰ类（15mg/L）水体标准；进水CODcr负荷 为11.3~26.3g/m2·d时，四组植物湿地床出水CODcr均低于《城镇污水处理厂污染物排 放标准（GB18918－2002）》一级A（50mg/L）标准；进水负荷为40.2g/m2·d时，出水 均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（100mg/L）标准。 （2）进水NH3-N负荷为0.3g/m2·d时，四组植物湿地床出水NH3-N均达到了《地 表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅴ类（2.0mg/L）水体标准；进水NH3-N负荷为0.8～ 2.2g/m2·d时，四组植物湿地床出水水质均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》二级（25mg/L）标准。（3）进水TN负荷为0.8～1.7g/m2·d时，四组植物湿地床的出水均低于《城镇污水 处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级A（15mg/L）标准；进水负荷为2.4～49 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析4.8g/m2·d时，四组植物湿地床出水水质均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》一级B（20mg/L）标准。（4）进水TP负荷为0.2g/m2·d时，四组植物湿地床出水TP均达到了《地表水环境 质量标准（GB3838-2002）》Ⅲ类（0.2mg/L）水体标准；进水TP负荷为0.169～0882g/m2·d 时，四组植物湿地床出水均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》 二级（3mg/L）标准，出水稳定。0.2760.植物对去除率和出水水质的影响分析植物是人工湿地的重要组成部分，对污染物的降解和去除有重要的作用。不同的湿地植物，有不同的生长速度，对污染物的吸收转化能力不同，对不同污染物的适应能力不同，有不同的泌氧能力，结果形成不同的净化能力。试验期间各种植物均长势良好，生长速度较快，而且根系均能达到砾石层。本试验人工湿地系统中共种有四种植物：美人蕉、薏苡、菰和风车草，试验平均温度25。C，水深50cm，进水水质（见表3－1），进水量1m3/d，水力停留时间3d，水力 负荷166.7mm/d。3.3.1植物对去除率的影响分析植物对污染物去除率的影响结果如表4-19和图4-17所示：表4-19植物对污染物去除率的影响湿地床化学需氧量氨氮总氮总磷美人蕉床95.9937.2456.0966.25薏苡床85.4127.0745.3947.50菰床89.8830.0444.8976.00风车草床91.9927.0752.4654.5050 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析120100806040200化学需氧量氨氮总氮总磷污染物美人蕉床薏苡床菰床风车草床图4-17植物对去除率的影响Fig.4-17Effectofplantsonremovalrate从表4-19和图4-17可以看出，植物对生活污水中污染物的去除率有较大的影响， 不同植物湿地床对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除率不同。四组植物湿地床对CODcr 的去除率为85.41%～95.99%，高低顺序为美人蕉>风车草>菰>薏苡；对NH3-N的去除 率为27.07%～37.24%，高低顺序为美人蕉>菰>薏苡>风车草；对TN的去除率为44.89%～ 56.09%，高低顺序为美人蕉>风车草>薏苡>菰；对TP的去除率为47.50%～76.00%，高 低顺序为：菰>美人蕉>风车草>薏苡。0.2760.植物对出水水质的影响分析植物对出水中污染物浓度的影响结果如表4-20：表4-20植物对出水浓度的影响湿地床化学需氧量(mg/L)氨氮(mg/L)总氮(mg/L)总磷(mg/L)美人蕉床6.618.889.801.35薏苡床24.0810.3212.192.10菰床16.699.9012.300.96风车草床13.2210.3210.611.82从表4-20可以看出，植物对潜流人工湿地系统出水水质有较大影响，不同植物湿 地床出水CODcr、NH3-N、TN、TP浓度不同。美人蕉、风车草湿地床CODcr出水达到 了《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅰ类（15mg/L）水体标准，菰湿地床出水 达到了《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅲ类（20mg/L）水体标准，薏苡湿地 床出水达到了《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅳ类（30mg/L）水体标准；四51 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析组植物湿地床出水NH3-N均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》 二级（25mg/L）排放标准；出水TN均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918 －2002）》一级A（15mg/L）标准；菰湿地床出水TP浓度低于《城镇污水处理厂污染 物排放标准（GB18918－2002）》一级B（1.0mg/L）标准，美人蕉、薏苡、风车草湿地 床出水TP浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（3mg/L）标准。0.2760.小结植物对生活污水中污染物的去除率有较大的影响，不同植物湿地床对CODcr、 NH3-N、TN、TP的去除率不同。四组植物湿地床对CODcr的去除率为85.41%～95.99%， 高低顺序为美人蕉>风车草>菰>薏苡；对NH3-N的去除率为27.07%～37.24%，高低顺 序为美人蕉>菰>薏苡>风车草；对TN的去除率为44.89%～56.09%，高低顺序为美人蕉> 风车草>薏苡>菰；对TP的去除率为47.50%～76.00%，高低顺序为：菰>美人蕉>风车 草>薏苡。植物对潜流人工湿系统出水水质有较大影响，不同植物湿地床出水CODcr、TN、 NH3-N、TP浓度不同。美人蕉、风车草湿地床CODcr出水达到了《地表水环境质量标 准（GB3838-2002）》Ⅰ类（15mg/L）水体标准，菰湿地床出水水质达到了《地表水环 境质量标准（GB3838-2002）》Ⅲ类（20mg/L）水体标准，薏苡湿地床出水达到了《地 表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅳ类（30mg/L）水体标准；四组植物湿地床出水 NH3-N低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（25mg/L）排 放标准；出水TN低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级A （15mg/L）标准；菰湿地床出水TP低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918 －2002）》一级B（1.0mg/L）标准，美人蕉、薏苡、风车草湿地床出水TP低于《城镇 污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（3mg/L）标准。3.3.1季节对污染物去除率的影响分析冬季人工湿地的处理效果是人们普遍关注的问题，不同地域湿地处理效果有明显差别。本试验研究了江西地区冬季CODcr、NH3-N、TN、TP的去除效果，分析冬季潜流 人工湿地在江西地区运行的可行性。试验水深50cm，进水水质（见表3－1），进水量 1m3/d，水力停留时间3d，水力负荷166.7mm/d。500.0季节对CODcr去除率的影响分析季节对CODcr去除率的影响结果如图4-18所示： 52 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析98 96 94 92 90 88 86 84 82 80美人蕉床薏苡床菰床风车草床植物床类型夏季冬季图4-18季节对CODcr去除效果的影响Fig.4-18EffectofseasononCODcrremoval从图4-18可以看出，潜流人工湿地处理系统的去除效果受季节影响较大，夏季运 行效果优于冬季，且不同植物对CODcr的去除效果受季节影响不同：美人蕉、薏苡、 菰和风车草湿地床夏季的处理效果分别为95.34%、88.72%、90.92%和93.24%，冬季的 处理效果分别为90.66%、87.84%、85.87%和91.79%，四组植物湿地床在冬季也能够对 CODcr有较好的去除效果，它们受季节影响大小排序为：菰>美人蕉>风车草>薏苡。在 冬季，风车草湿地床对CODcr的去除效率最高，这与风车草冬季在江西地区能正常生长状况相符。0.2760.季节对NH3-N、TN去除率的影响与分析（1）季节对NH3-N去除率的影响分析季节对NH3-N去除率的影响结果如图4-19所示：6050403020100美人蕉床去除率薏苡床去除率菰床去除率风车草床去除率植物床类型 夏季冬季图4-19季节对NH3-N去除效果的影响Fig.4-19EffectofseasononNH3-Nremoval53 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析从图4-19可以看出，潜流人工湿地中NH3-N的去除效果受季节变化影响较大，夏 季的去除效果优于冬季，且不同植物对NH3-N的去除率受季节影响不同。美人蕉、薏 苡、菰和风车草湿地床夏季的去除率分别为44.48%、43.02%、38.20%和47.63%，冬季 的去除率分别为35.75%、39.25%、36.87%和44.90%。通常情况下，NH3-N去除主要通过挥发、介质吸附和硝化、反硝化三条途径，低温下通过植物和土壤直接挥发的NH3-N量大大减少[81]，同时湿地中的微生物特别是硝化菌和亚硝化菌的代谢活性大大降低，对NH3-N的吸附吸收及硝化、反硝化作用大大减弱，因而NH3-N的去除率会降低。四组 人工湿地床受季节影响大小顺序为：美人蕉>薏苡>风车草>菰。在冬季，四组湿地床中 风车草湿地床对NH3-N的去除率最高，这与风车草冬季在江西地区正常生长状况相符。（2）季节对TN去除效果的影响分析季节对TN去除率的影响结果如图4-20所示：80706050403020100美人蕉床薏苡床菰床风车草床植物床类型夏季冬季图4-20季节对TN去除效果的影响Fig.4-20EffectofseasononTNremoval从图4-20可以看出，潜流人工湿地对TN的去除效果受季节变化影响较大，夏季去除效果优于冬季，主要是由湿地温度变化和湿地植物生长状态恶化引起，湿地中的微生物特别是硝化菌和亚硝化菌的代谢活性大大降低，对TN的吸附吸收及硝化、反硝化作 用大大减弱，因而TN的去除率会降低。不同植物对TN的去除率受季节影响有所差异： 美人蕉、薏苡、菰和风车草湿地床夏季的处理效果分别为38.28%、65.32%、61.92%和 63.44%，冬季的处理效果分别为39.16%、40.68%、34.77%和40.77%，四组植物湿地床 在冬季也能够对TN有较好的去除效果，它们受季节影响大小排序为：美人蕉>薏苡>菰 >风车草。在冬季，风车草湿地床对TN的去除率最高，这与风车草冬季在江西地区可以正常生长状况相符。54 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析0.2760.季节对TP去除率的影响与分析季节对TP去除率的影响结果如图4-21所示：80706050403020100美人蕉床薏苡床菰床风车草床植物床类型夏季冬季图4-21季节对TP去除效果的影响Fig.4-21EffectofseasononTPremoval从图4-21可以看出，潜流人工湿地对TP的去除效果受季节变化影响较大，夏季的 去除效果优于冬季，且不同植物对TP的去除率受季节影响有所差异。美人蕉、薏苡、 菰和风车草湿地床夏季对TP的去除率分别为68.75%、70.25%、72.25%和60.75%，冬 季的去除率分别为49.00%、50.25%、49.50%和49.50%，四组植物湿地床在冬季也能够 对TP有较好的去除效果，它们受季节影响大小排序为：美人蕉>薏苡>菰>风车草。0.2761.小结潜流人工湿地系统对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除效果受季节变化影响较大，夏季的处理效果优于冬季，但冬季在江西地区也能达到较好的去除效果：美人蕉、薏苡、菰、风车草湿地床对CODcr的去除率分别为90.66%、87.84%、85.87%和91.79%；对 NH3-N的去除率分别为35.75%、39.25%、36.87%和44.90%；对TN的去除率分别为 39.16%、40.68%、34.77%和40.77%；对TP的去除率分别为49.00%、50.25%、49.50% 和49.50%。风车草湿地床受季节变化影响相对较小，在冬季对CODcr、NH3-N、TN去除率在四组湿地床中最高，这与风车草冬季在江西地区能正常生长状况相符。3.3.1季节对出水水质的影响分析利用潜流人工湿地处理生活污水冬季的出水水质是人们普遍关注的问题，本试验研究了冬季江西地区潜流人工湿地的出水情况。试验水深50cm，进水水质（见表3－1）， 进水量1m3/d，水力停留时间3d，水力负荷166.7mm/d。 55 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析0.2760.季节对出水CODcr浓度的影响分析季节对出水CODcr浓度的影响结果如图4-22所示：2520151050美人蕉床薏苡床菰床风车草床植物床类型夏季冬季图4-22季节对出水CODcr浓度的影响Fig.4-22EffectofseasononCODcreffluent从图4-22可以看出，各组植物湿地床的出水CODcr浓度均与季节有较大关系，夏 季的出水浓度低于冬季。夏季美人蕉、薏苡、菰、风车草湿地床出水CODcr浓度分别 为7.69mg/L、18.62mg/L、14.99mg/L、11.16mg/L，达到了《地表水环境质量标准 （GB3838-2002）》Ⅲ类（20mg/L）水体标准，冬季四组植物湿地床的出水CODcr浓度 分别为15.51mg/L、20.07mg/L、23.31mg/L和13.55mg/L，均能达到《地表水环境质量 标准（GB3838-2002）》Ⅳ类（30mg/L）水体标准。0.2761.季节对出水NH3-N、TN浓度的影响与分析（1）季节对出水NH3-N浓度的影响与分析季节对出水NH3-N浓度的影响结果如图4-23所示：56 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析1086420美人蕉床薏苡床菰床风车草床植物床类型夏季冬季图4-23季节对出水NH3-N浓度的影响Fig.4-23EffectofseasononNH3-Neffluent从图4-23可以看出，各组植物湿地床的出水NH3-N浓度均与季节有关，夏季出水 浓度低于冬季。在夏季美人蕉、薏苡、菰、风车草湿地床出水NH3-N浓度分别为7.95mg/L、 8.16mg/L、8.85mg/L、7.50mg/L，美人蕉和风车草湿地床出水低于《城镇污水处理厂污 染物排放标准（GB18918－2002）》一级B（8mg/L）标准，冬季各组植物湿地床出水 NH3-N浓度分别为9.20mg/L、8.70mg/L、9.04mg/L和7.89mg/L，按照12。C以下标准均 低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级B（15mg/L）标准。（2）季节对出水TN浓度的影响分析季节对出水TN浓度的影响结果如图4-24所示：1614121086420美人蕉床薏苡床菰床风车草床植物床类型夏季冬季图4-24季节对出水TN浓度的影响Fig.4-24EffectofseasononTNeffluent从图4-24可以看出，各组植物湿地床的出水TN浓度均与季节有关，夏季的出水浓57 第四章潜流人工湿地营养物去除的效果分析度低于冬季。在夏季美人蕉、薏苡、菰、风车草湿地床出水TN浓度分别为7.08mg/L、 7.74mg/L、8.5mg/L、8.16mg/L，冬季各组植物湿地床的出水浓度分别为13.58mg/L、 13.24mg/L、14.56mg/L和13.22mg/L，均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918 －2002）》一级A（15mg/L）标准。0.2760.季节对出水TP浓度的影响与分析季节对出水TP浓度的影响结果如图4-25所示：3.3.12500.01250.00美人蕉床薏苡床菰床风车草床植物床类型夏季冬季图4-25季节对出水TP浓度的影响Fig.4-25EffectofseasononTPeffluent从图4-25可以看出，各组植物湿地床的出水TP浓度均与季节有关，夏季的出水浓 度低于冬季。在夏季美人蕉、薏苡、菰、风车草湿地床出水TP浓度分别为1.25mg/L、166.7mg/L、1.11mg/L、1.57mg/L，冬季各组植物湿地床的出水浓度分别为2.04mg/L、 1.99mg/L、2.02mg/L和2.02mg/L，均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918 －2002）》二级（3mg/L）标准。0.2761.小结四组植物湿地床的出水CODcr、NH3-N、TN、TP浓度均与季节有关。冬季的出水水质比夏季略差，但在江西地区冬季仍能达到较好的去除效果：四组植物湿地床出水CODcr均能达到《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅳ类（30mg/L）水体标准；出 水NH3-N按照12。C以下标准均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918 －2002）》一级B（15mg/L）标准；出水TN低于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》一级A（30mg/L）标准；出水TP均低于《城镇污水处理厂污染物排放 标准（GB18918－2002）》二级（3mg/L）标准。58 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析0.2760.潜流人工湿地动力学模型分析本试验选用潜流人工湿地作为研究对象，为保证试验的效果和试验结果的有效性，试验安排在2007年5～9月进行。进水水质见表3-3，选作不同的水力停留时间取出水测 定，每组测定均重复三次以上，每隔3h取一次出水样进行测定，直至出水水质稳定为止， 采用三次测试平均值计算。由测定及其计算所得的数值根据公式（3-2）和（3-7）绘制曲线，并建立一级动力学模型C/C=e和−ln(Ce/C0)=kV⋅t+A来表示。−⋅ktVeo3.3.1CODcr的去除动力学分析试验进水CODcr平均浓度为165mg/L，，根据所得的试验数据进行计算，结果见表 5-1（a），由计算数据，作CODcr的ln(Ce/C0)和Ce/C0随水力停留时间t的去除动力学拟合线，如图5-1（a）、（b）、（c）、（d）。所得动力学方程及线性相关度见表5-1（b）。表5-1（a）CODcr浓度随时间的变化规律计算结果水力停留时间(d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)10.1859-1.68270.3189-1.14300.2695-1.31140.1979-1.619820.1038-2.26570.2635-1.33370.1733-1.75290.1428-1.946430.0401-3.21740.1505-1.89380.1012-2.29110.0801-2.524240.0278-3.58210.0619-2.78160.0611-2.79540.0733-2.612750.0312-3.46690.0389-3.24740.0441-3.12080.0584-2.841160.0204-3.8940.0231-3.76680.0407-3.20090.0448-3.105870.0193-3.94590.0203-3.89650.0224-3.79760.0367-3.3059根据计算结果做出各组人工湿地床CODcr去除动力学拟合线，详见图5-1（a）～ （d）： 59 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析0.2760.20.0024683.3.12-0.5500.02250.01166.71125.01-0.3677xy=0.1864eR2=0.85782=0.8578-1.0-1.5-2.0y=-0.3677x-1.6798R2=0.8578-2.5100.0183.31-3.071.40-3.50.0-4.00.0-4.502468HRT(d)HRT(d)图5-1（a）美人蕉湿地床CODcr去除动力学拟合线Fig.5-1（a）DynamicequationlineofcannawetlandsonCODcrremovol71.440 0.0024681.035-0.51.0300.525y=0.5994e-0.5172xR2=0.9704-1.0-1.5y=-0.5172x-0.5118R2=0.97042=0.9704-2.00.520-2.50.015-3.00.010-3.50.05-4.01.50002468-4.5HRT(d)HRT(d)图5-1（b）薏苡湿地床CODcr去除动力学拟合线Fig.5-1(b)DynamicequationlineofCoixlacryma-jobiwetlandsonCODcrremovol2.0301.0002468 -0.51.525-1.0-0.3994x1.020y=0.3634e-1.5R2=0.97592=0.97590.515-2.0y=-0.3994x-1.0122R2=0.97592=0.9759-2.50.510-3.00.005-3.50.000 -4.002468HRT(d)HRT(d) 图5-1（c）菰湿地床CODcr去除动力学拟合线Fig.5-1(c)DynamicequationlineofZizaniawetlandsonCODcrremovol60 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析0.2760.33.3.1002468 -0.5500.02250.02-0.2748xy=0.2308eR2=0.9622=0.962-1.0-1.5-2.0y=-0.2748x-1.466R2=0.9622=0.962166.71-2.5-3.0125.01-3.5100.0002468HRT（d）-4.0HRT（d）图5-1（d）风车草湿地床CODcr去除动力学拟合线Fig.5-1(d)DynamicequationlineofCyperusalternifoliuswetlandsonCODcrremovol根据试验数据及计算结果，得出潜流人工湿地系统CODcr去除动力学模型。详见表 5-1（b）：表5-1（b）CODcr去除动力学模型湿地床ln(Ce/C0)=Kv⋅tCe/C0=⋅exp(−kvt)R2美人蕉床ln(Ce/C0)=−0.3677t−1.6798Ce/C0=0.1864exp(−0.3677t)0.8578薏苡床ln(Ce/C0)=−0.5172t−0.5118Ce/C0=0.5994exp(−0.5172t)0.9704菰床ln(Ce/C0)=−0.3994t−1.0122Ce/C0=0.3634exp(−0.3994t)0.9759风车草床ln(Ce/C0)=−0.2748t−1.466Ce/C0=0.2308exp(−0.2748t)0.9620从表5-1和图5-1可以看出，用一级动力学模型，可以较好的模拟潜流人工湿地系统 对有机污染物的CODcr的去除规律，菰、薏苡、风车草潜流人工湿地床模拟方程的相关 系数均可达到0.95以上。美人蕉潜流人工湿地床模拟方程的相关系数R2＝0.8578，各模 型显著相关。试验结果表明，薏苡床的降解常数k为0.5172，在四组植物湿地床中最高； 风车草床降解常数k为0.2748，在四组植物湿地床中最低，这四组植物湿地床的反应速率 高低顺序为薏苡>菰>美人蕉>风车草。83.3NH3-N、TN的去除动力学分析（1）NH3-N的去除动力学分析湿地系统对NH3-N的去除主要基于硝化作用，由本章第一节的论述可得，一级动力学模型同样适用于模拟湿地系统的硝化过程。故本试验也采用一级动力学模型。试验进 水NH3-N平均浓度为14.15mg/L，，根据所得的试验数据进行计算，结果见表5-2（a）， 由计算数据，作NH3-N的ln(Ce/C0)和Ce/C0随时间t的去除动力学拟合线，如图5-2（a）、（b）、（c）、（d）。所得动力学方程及线性相关度见表5-2（b）。61 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析表5-2（a）NH3-N浓度随时间的变化规律计算结果水力停留时间(d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)10.7962-0.22790.8337-0.18190.9265-0.07630.8953-0.110720.7435-0.29640.7393-0.30210.8473-0.16560.8233-0.194430.6276-0.46590.6812-0.38390.6996-0.35720.7207-0.327640.5091-0.67520.6079-0.49770.5201-0.65370.5901-0.527550.4605-0.77540.5353-0.62490.3943-0.93050.5677-0.566160.3567-1.03100.4568-0.78360.3251-1.12370.4274-0.850170.3081-1.17720.3960-0.92620.3781-0.97260.3003-1.2030根据计算结果做出各组人工湿地床NH3-N的去除动力学拟合线，详见图5-2（a）～ （d）：0.90.03.3.18500.07250.06-0.1652xy=0.9968eR2=0.98622=0.9862-0.2-0.402468y=-0.1652x-0.0032R2=0.98622=0.9862166.75-0.6125.04-0.8100.0383.32-1.0-1.271.4171.40-1.402468HRT(d)HRT(d)图5-2（a）美人蕉湿地床NH3-N去除动力学拟合线Fig.5-2（a）DynamicequationlineofcannawetlandsonNH3-Nremovol1.090.01.080.570.56y=0.9631e-0.1227xR2=0.9908-0.1-0.2-0.302468y=-0.1227x-0.0376R2=0.9908 -0.40.05-0.50.04-0.60.3-0.71.52-0.82.01-0.91.0002468HRT(d)-1.0HRT(d)图5-2（b）薏苡湿地床NH3-N去除动力学拟合线62 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析Fig.5-2(b)DynamicequationlineofCoixlacryma-jobiwetlandsonNH3-Nremoval1.20.23.3.103.3.20-0.2236xy=1.2606e500.082=0.9792R250.06-0.2-0.402468y=-0.2236x+0.2316R2=0.97922=0.9792-0.60.4-0.8166.72-1.0125.0002468HRT(d)-1.2HRT(d)图5-2（c）菰湿地床NH3-N去除动力学拟合线Fig.5-2(c)DynamicequationlineofZizaniawetlandsonNH3-Nremovol125.120.0100.0083.38-0.1724xy=1.1615eR2=0.93972=0.9397-0.2-0.402468y=-0.1724x+0.1497R2=0.9397-0.671.46-0.80.4-1.071.42-1.21.00-1.402468HRT(d)HRT(d)图5-2（d）风车草湿地床NH3-N去除动力学拟合线 Fig.5-2(d)DynamicequationlineofCyperusalternifoliuswetlandsonNH3-Nremovol根据试验数据及计算结果做出潜流人工湿地系统NH3-N去除动力学模型。详见表5-3 （b）：表5-2（b）NH3-N去除动力学模型湿地床ln(Ce/C0)=Kv⋅tCe/C0=⋅exp(−kvt)R2美人蕉床ln(Ce/C0)=−0.1652t−0.0032Ce/C0=0.9968exp(−0.1652t)0.9862薏苡床ln(Ce/C0)=−0.1227t−0.0376Ce/C0=0.9631exp(−0.1227t)0.9908菰床ln(Ce/C0)=−0.2236t+0.2316Ce/C0=0.2606exp(−0.2236t)0.9792风车草床ln(Ce/C0)=−0.1724t−+0.1497Ce/C0=1.1615exp(−0.1724t)0.9397从表5-2和图5-2可以看出，用一级动力学模型，可以较好的模拟潜流人工湿地系统63 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析对NH3-N的去除规律，美人蕉、薏苡、菰湿地床对NH3-N的去除除动力学拟合方程相关 系数均达到0.97以上，模型显著相关。薏苡湿地床的线性相关性最好为0.9908，美人蕉、 菰湿地床的线性相关系数分别达到0.9862和0.9792。试验结果表明，菰湿地床的降解常 数k为0.2236，在四组植物湿地床中最高；其次为风车草湿地床，降解常数k为0.1724， 美人蕉湿地床降解常数k为0.1652，薏苡湿地床的降解常数k为0.1227，在四组植物湿地床中最低。硝化是硝化菌把NH3-N氧化为NO2--N和NO3--N的反应，其速率可用NH3-N浓度降低 速率来描述。该工艺中，生物脱氮主要发生在反应区。人工湿地进水NH3-N浓度可相近 于人工湿地初始NH3-N浓度，硝化菌对NH3-N的氧化和微生物对有机物的氧化机理相同。（2）TN的去除动力学分析由本章第一节的论述可得，一级动力学模型同样适用于模拟湿地系统的硝化过程。故本试验也采用一级动力学模型。试验进水TN平均浓度为22.32mg/L，，根据所得的试 验数据进行计算，结果见表5-3（a），由计算数据，作TN的ln(Ce/C0)和Ce/C0随时间t的去除动力学拟合线，如图5-3（a）、（b）、（c）、（d）。所得动力学方程及线性相 关度见表5-3（b）：表5-3（a）TN浓度随时间的变化规律计算结果水力停留时间(d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)10.6546-0.42380.7464-0.29250.8938-0.11230.8199-0.198620.5802-0.54440.6331-0.45720.6398-0.44660.6317-0.459330.4391-0.82310.5461-0.60490.5511-0.59590.4754-0.743740.3961-0.92620.4973-0.69850.4261-0.85310.4198-0.868050.3302-1.10810.3934-0.93300.3226-1.13140.3719-0.989260.2424-1.41720.3436-1.06820.2209-1.51010.2993-1.206470.2209-1.51010.2715-1.30380.2661-1.32380.2312-1.4645 根据计算结果做出各组人工湿地床TN的去除动力学拟合线，详见图5-2（a）～（d）：64 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析0.2760.80.0 02468-0.23.3.17500.06250.05-0.1889xy=0.8114eR2=0.98592=0.9859-0.4-0.6y=-0.1889x-0.209R2=0.98592=0.9859-0.8166.74-1.0125.03-1.2100.0210-1.4-1.6-1.802468HRT(d)HRT(d)图5-3（a）美人蕉湿地床TN去除动力学拟合线Fig.5-3（a）DynamicequationlineofcannawetlandsonTNremovol71.480.01.071.060.55-0.1637xy=0.8953eR2=0.98942=0.9894-0.2-0.402468y=-0.1637x-0.1106R2=0.98942=0.9894-0.60.54-0.80.030.02-1.00.10-1.2-1.402468HRT(d)HRT(d)图5-3（b）薏苡湿地床TN去除动力学拟合线Fig.5-3(b)DynamicequationlineofCoixlacryma-jobiwetlandsonTNremoval1.500.0024682.09-0.21.081.57-0.2657xy=1.1679eR2=0.9865-0.4y=-0.2657x+0.1552R2=0.9865 2=0.98652=0.9865-0.61.060.55-0.80.540.03-1.0-1.20.020.1-1.40.0-1.602468HRT(d)HRT(d)图5-3（c）菰湿地床TN去除动力学拟合线Fig.5-3(c)DynamicequationlineofZizaniawetlandsonTNremovol65 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析0.2760.9 0.03.3.18500.07250.06y=0.9455e-0.1978xR2=0.9843-0.2-0.402468y=-0.1978x-0.056R2=0.9843166.75-0.6125.04-0.8100.0383.32-1.0-1.271.4171.40-1.402468HRT(d)-1.6HRT(d)图5-3（d）风车草湿地床TN去除动力学拟合线Fig.5-3(d)DynamicequationlineofCyperusalternifoliuswetlandsonTNremovol根据试验数据及计算结果得出潜流人工湿地系统TN去除动力学模型，详见表5-2（b）：表5-3（b）TN去除动力学模型湿地床ln(Ce/C0)=Kv⋅tCe/C0=⋅exp(−kvt)R2美人蕉床ln(Ce/C0)=−0.1889t−0.209Ce/C0=0.8114exp(−0.1889t)0.9859薏苡床ln(Ce/C0)=−0.1637t−0.1106Ce/C0=0.8953exp(−0.1637t)0.9894菰床ln(Ce/C0)=−0.1227t+0.0376Ce/C0=0.9631exp(−0.1227t)0.9865风车草床ln(Ce/C0)=−0.2657t+0.1552Ce/C0=1.1679exp(−0.2657t)0.9843从表5-3和图5-3可以看出，用一级动力学模型，可以较好的模拟潜流人工湿地系统 对TN的去除规律，四组湿地床对TN的取去除动力学拟合方程相关系数均达到0.98以上。 薏苡湿地床的线性相关性最好为0.9894，美人蕉、菰、风车草湿地床的线性相关系数分 别达到0.9859、0.9865、0.9843，各模型显著相关。试验结果表明，风车草湿地床的降解 常数k为0.2657，在四组植物湿地床中最高；菰湿地床的降解常数k为0.1637，在四组植 物湿地床中最低。这四组植物湿地床的反应速率高低顺序为风车草>美人蕉>薏苡>菰。1.0TP的去除动力学分析湿地系统对磷的去除包含微生物的积累、植物的吸收和基质床的物理化学等几方面的协调作用[16]。基于磷的去除机理的复杂性，尚无可靠且完善的模型可供应用，目前国 际上仍采用较为普通的一级模型来进行模拟。试验进水TP平均浓度为4.00mg/L，，根据所得的试验数据进行计算，所得结果见表5-4（a），由计算所得数据，作TP的ln(Ce/C0)66 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析和C/C随时间t的去除动力学拟合线，如图5-4（a）、（b）、（c）、（d）。所得动e0力学方程及线性相关度见表5-4（b）。表5-4（a）TP浓度随时间的变化规律计算结果水力停留时间(d)美人蕉床薏苡床菰床风车草床Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)Ce/C0ln(Ce/C0)10.6250-0.47000.6825-0.38200.6150-0.48610.7000-0.356720.4825-0.72880.6050-0.50250.4325-0.83820.6025-0.506730.3375-1.08620.5250-0.64440.2400-1.42710.4550-0.787540.2650-1.32800.4450-0.80970.1750-1.74300.3750-0.980850.1900-1.66070.3700-0.99430.1150-2.16280.3175-1.147360.1475-1.91390.2875-1.24650.0650-2.73340.2175-1.525670.1000-2.30260.2275-1.48060.0425-3.15830.2050-1.5847根据计算结果做出四组植物人工湿地床TP的去除动力学拟合线，详见图5-4（a）～ （d）：0.73.3.1002468500.06250.05-0.276xy=0.7475eR2=0.98092=0.9809-0.5y=-0.276x-0.2911R2=0.98092=0.9809166.74-1.0125.03-1.5100.02-2.083.3171.40-2.502468HRT(d)HRT(d)图5-4（a）美人蕉湿地床TP去除动力学拟合线Fig.5-4（a）DynamicequationlineofcannawetlandsonTPremovol 67 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析0.2760.80.03.3.17500.06-0.1833xy=0.8761eR2=0.98292=0.9829-0.2-0.402468y=-0.1833x-0.1323R2=0.98292=0.9829250.05-0.6166.74-0.8125.03210-1.0-1.2-1.4-1.602468HRT(d)HRT(d)图5-4（b）薏苡湿地床TP去除动力学拟合线Fig.5-4(b)DynamicequationlineofCoixlacryma-jobiwetlandsonTPremoval71.470.0 024681.06-0.51.050.54-0.4479xy=0.9991eR2=0.9962=0.996-1.0-1.5y=-0.4479x-0.0009R2=0.9962=0.9960.53210-2.0-2.5-3.0-3.502468HRT(d)HRT(d)图5-4（c）菰湿地床TP去除动力学拟合线Fig.5-4(c)DynamicequationlineofZizaniawetlandsonTPremovol1.582.001.071.561.05-0.2172xy=0.8911eR2=0.98522=0.9852-0.2-0.4-0.602468y=-0.2172x-0.1153R2=0.98522=0.9852-0.80.54- 1.00.53-1.20.02-1.40.01-1.60.0-1.802468HRT(d)HRT(d)图5-4（d）风车草湿地床TP去除动力学拟合线Fig.5-4(d)DynamicequationlineofCyperusalternifoliuswetlandsonTPremovol根据试验数据及计算结果得出潜流人工湿地系统TN去除动力学模型，详见表5-468 第五章潜流人工湿地营养物去除的动力学分析（b）：表5-4（b）TP去除动力学模型湿地床ln(Ce/C0)=Kv⋅tCe/C0=⋅exp(−kvt)R2美人蕉床ln(Ce/C0)=−0.276t−0.2911Ce/C0=0.7475exp(−0.276t)0.9809薏苡床ln(Ce/C0)=−0.1833t−0.1323Ce/C0=0.8761exp(−0.1833t)0.9829菰床ln(Ce/C0)=−0.4479t−0.0009Ce/C0=0.9991exp(−0.4479t)0.996风车草床ln(Ce/C0)=−0.2172t+0.1153Ce/C0=0.8911exp(−0.2172t)0.9852从表5-4和图5-4可以看出，用一级动力学模型，可以较好的模拟潜流人工湿地系统 对TP的去除规律，四组植物湿地床的相关系数均达到0.98以上，模型显著相关。菰湿地 床的线性相关性最好为0.996，风车草、薏苡、美人蕉相关系数分别达到0.9852、0.9829、 0.9809。试验结果表明，菰湿地床的降解常数k为0.4479，在四组植物湿地床中最高；薏 苡湿地床的降解常数k为0.1833，在四组植物湿地床中最低。这四组植物湿地床的反应速 率高低顺序为菰>风车草>美人蕉>薏苡。0.2760.小结试验研究表明，在江西地区的气候气象条件下处理一般城市生活污水水质，采用一级动力学模型，可以较好的模拟湿地系统中CODcr、NH3-N、TN、TP的去除规律。该模型对以后江西地区潜流人工湿地系统的设计，以及对湿地系统出水水质的预测均有一定的应用价值。美人蕉湿地床中的CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常数k分别为0.3677、0.1652、 0.1889、0.276；薏苡湿地床中的CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常数k分别为0.5172、3.3.1、0.1637、0.1833；菰湿地床中的CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常数k分别为0.3994、 0.2236、0.1227、0.4479；风车草湿地床中的CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常数k分别 为0.2748、0.1724、0.2657、0.2172。 69 第六章结论与建议第六章结论及建议0.2760.结论本文从潜流人工湿地试验床的设计入手，建立潜流人工湿地床试验模型，在潜流人工湿地理论和应用研究的基础之上，分析在江西地区利用潜流人工湿地对生活污水脱氮除磷的效果，为以后潜流人工湿地在江西地区的设计和应用提供依据和数据参考。3.3.1本文的主要结论1）水力负荷是影响CODcr、NH3-N、TN、TP去除率的重要因素，随着水力负荷的 减小，各组湿地床的去除率上升。在水力负荷为500mm/d~74mm/d时，湿地床对CODcr、 NH3-N、TN、TP的去除率分别为69.08%~98.07%、7.35%~69.61%、10.62%~77.91%、500.0%~95.75%。在水力负荷为166.7mm/d时，湿地床对污染物有较好的去除效果：对 CODcr、NH3-N、TN、TP的去除率分别可达到95.99%、37.24%、56.09%、76.00%。 2）水力负荷是影响出水CODcr、NH3-N、TN、TP浓度的重要因素，随着水力负荷 减小，各组湿地床出水均变好。在水力负荷为166.7mm/d时，湿地床出水水质较好：出 水CODcr均达到了《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅳ类（30mg/L）水体标准； 出水NH3-N均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级 （25mg/L）标准；出水TN均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》 一级A（15mg/L）标准；出水TP均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918 －2002）》二级（3mg/L）标准。3）污染负荷是影响潜流人工湿地系统CODcr、TN、NH3-N、TP去除负荷和出水水质的重要因素。（1）CODcr、NH3-N、TN、TP的去除负荷均随污染负荷的增加而增大，而且四组 植物湿地床对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除负荷与系统的污染负荷存在着较好的线性相关关系，随污染负荷增加，表现出相应增强的处理效果。（2）在进水CODcr负荷为2.8g/m2·d时，湿地床出水达到了《地表水环境质量标 准（GB3838-2002）》Ⅰ类（15mg/L）水体；在进水CODcr负荷为7.5~26.3g/m2·d时， 湿地床出水均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级A （50mg/L）标准；在进水负荷为40.2g/m2·d时，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放 标准（GB18918－2002）》二级（100mg/L）标准。（3）在进水NH3-N负荷为0.3g/m2·d时，湿地床出水均达到了《地表水环境质量 标准（GB3838-2002）》Ⅴ类（2.0mg/L）水体；在进水NH3-N负荷从0.8g/m2·d到2.2g/m2·d 范围内，湿地床出水均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》 二级（25mg/L）标准。 70 第六章结论与建议（4）在进水TN负荷从0.8g/m2·d到1.7g/m2·d时，湿地床的出水均达到《城镇污水 处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》一级A（15mg/L）标准；在进水负荷从2.4～ 4.8g/m2·d时，湿地床出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》 一级B（20mg/L）标准。（5）在进水TP负荷为0.169～0882g/m2·d范围内，出水均能达到《城镇污水处理 厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（3mg/L）标准，出水稳定。 4）植物对生活污水中污染物的去除率有较大影响。四组植物湿地床对CODcr的 去除率为95.99%～85.41%，去除高低顺序为美人蕉>风车草>菰>薏苡；对NH3-N的去 除率为27.07%～37.24%，去除高低顺序为美人蕉>菰>薏苡>风车草；对TN的去除率为 44.89%～56.09%，去除高低顺序为美人蕉>风车草>薏苡>菰；对TP的去除率为47.50%～0.2760.%，去除高低顺序为菰>美人蕉>风车草>薏苡。植物对生活污水的出水水质有较大影响。美人蕉和风车草湿地床出水CODcr达到 《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅰ类（15mg/L）水体，菰湿地床出水CODcr 达到Ⅲ类（20mg/L）水体，薏苡湿地床出水CODcr达到Ⅳ类（30mg/L）水体。四组植 物湿地床出水NH3-N达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二 级（25mg/L）标准；出水TN均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》 一级A（15mg/L）标准。菰湿地床出水TP达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》一级B（1.0mg/L）标准，美人蕉、薏苡、风车草湿地床出水TP达到《城 镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（3mg/L）标准。5）季节是影响潜流人工湿地CODcr、NH3-N、TN、TP去除率和出水水质的重要因素。夏季处理效果优于冬季。冬季在江西地区仍能达到较好的去除效果。美人蕉、薏苡、菰、风车草湿地床对CODcr的去除率分别为90.66%、87.84%、85.87%和91.79%，出水 均能达到《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅳ类（30mg/L）水体；对NH3-N的 去除率分别为35.75%、39.25%、36.87%和44.90%，出水均达到《城镇污水处理厂污染 物排放标准（GB18918－2002）》一级B（15mg/L）标准；对TN的去除率分别为39.16%、 40.68%、34.77%和40.77%，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－ 2002）》一级A（30mg/L）标准；对TP的去除率分别为49%、50.25%、49.5%和49.5%。 出水均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》二级（3mg/L）标 准。风车草湿地床受季节变化影响相对较小，在冬季对CODcr、NH3-N、TN去除率在四组湿地床中最高，这与风车草在江西地区冬季正常生长状况相符。 6）试验研究表明，在江西地区的气候气象条件下处理一般城市生活污水水质，采 用一级动力学模型，可以较好的模拟湿地系统中CODcr、NH3-N、TN、TP的去除规律。 美人蕉人工湿地床中的CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常数k分别为0.3677、0.1652、3.3.1、0.276；薏苡潜流人工湿地床中的CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常数k分别为 0.5172、0.1227、0.1637、0.1833；菰人工湿地床中的CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常71 第六章结论与建议数k分别为0.3994、0.2236、0.1227、0.4479；风车草人工湿地床中的CODcr、NH3-N、 TN、TP的降解常数k分别为0.2748、0.1724、0.2657、0.2172。论文研究结果表明在江西地区利用潜流人工湿地去除生活污水中氮、磷等污染物可取得较好的效果。研究得出的水力负荷、污染负荷、植物和季节等对氮、磷处理效果的影响规律和建立的氮磷去除动力学模型，可作为江西地区潜流人工湿地应用的依据。0.2760.本文的主要创新点（1）人工湿地受地域和环境因素影响较大，江西地区研究潜流人工湿地的动力学参数还不完善，此论文可以为以后江西地区潜流人工湿地设计及应用提供技术参数及理论支持。（2）目前对污染物负荷的研究还不多见，尤其在江西地区的研究甚少，本文研究 了CODcr、TN、NH3-N、TP的不同污染负荷下的去除效果及出水水质，为以后对不同浓度生活污水的处理提供参数参考。（3）本文选用薏苡、风车草进行研究，目前在江西地区还不多见，研究结果可为以后潜流人工湿地在江西的发展提供植物多种选择的依据。3.3.1建议本文对潜流人工湿地的四种植物及四组湿地床的处理效果进行了系统研究，限于时间和条件，还有一些问题尚待进一步研究和探讨，本人认为以下研究应优先考虑：（1）本试验提出了一些动力学参数，但是要将试验数据完全应用于工程中去，还需要大量的数据支持，今后对潜流人工湿地的动力学模型试验还应继续进行，根据多年的试验数据完善并修正动力学模型参数。（2）有研究表明，人工湿地系统中氮的去除主要靠硝化、反硝化作用实现。而硝化作用需要消耗大量的氧，但是由于潜流人工湿地系统中的氧含量并不充足，影响了潜流人工湿地系统的硝化作用，从而影响到湿地系统对氮的去除，尤其是潜流人工湿地中NH3-N的去除效果较差，今后应在提高湿地硝化作用方面深入研究。（3）人工湿地影响因素众多，目前对人工湿地的机理研究还不够深入，今后需要从各个方面对潜流人工湿地的脱氮除磷机理进行深入研究。72 致谢致谢论文的最后，我想对我的导师王全金教授表示深深的敬意和真挚的感谢！在导师王全金教授的悉心指导和关怀下，我顺利完成了论文的撰写。王老师治学严谨、诲人不倦的工作态度使我深受感染，在我做论文的每一个阶段，王老师都严格把关，容不得半点马虎，她对科研及教学事业一丝不苟执着追求的精神给我留下了深深的印象。对我的论文，王老师倾注了很多的心血，虽然平时工作很忙，但还是挤出时间来悉心指导我得学习和工作。在王老师的帮助下，我度过了学习和生活上一个又一个难关，在此衷心感谢王老师的辛勤指导和谆谆教诲！73 参考文献参考文献[1]陈志恺:中国水资源的现状、发展趋势和可持续利用问题[R].中国水利水电科学研究院院士陈 志恺在首届全国水文科技工作座谈会上作专题报告.水利部.2003.11.[2]2006年《全国环境统计公报》. 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