污染河水处理（二）

二、结果与分析

1、水平潜流人工湿地对河流营养物的去除效果

　　两组复合湿地的进出水水质情况如图 2所示。

图 2  两组水平潜流人工湿地的进出水水质变化

湿地进出水中TN、TP的主要组分分别为NH3-N、PO43--P，且由于表流湿地有效去除了进水中的悬浮物，所以水中营养物以溶解性为主。在为期1 a的实验中，1、2号湿地对TN、NH3-N、TP、PO43--P的平均去除率较高。与其他水平潜流湿地不同的是，2组湿地对NH3-N的去除效果都大于TN，造成这种差异的原因一方面是由于进水中较高的溶解氧有利于硝化的进行，另一方面是由于进水中可生化利用碳源的低浓度水平（BOD5 11.4±0.9 mg/L，COD69.9±4.8 mg/L），造成2组湿地中反硝化所需碳源的缺乏，进而限制了湿地的反硝化作用。而且从图 2可以看出，1号和2号水平潜流湿地出水中TN、NH3-N平均质量浓度分别为（13.7±1.6）、（8.1±1.2） mg/L和（15.9±1.4）、（8.7±1.1） mg/L〔p（TN）=0.103，p（NH3-N）=0.579〕。实验过程中植物能够促进水平潜流湿地的脱氮作用，特别是反硝化作用。这是因为植物根区释放的溶解氧和碳源对硝化、反硝化有促进作用。此外可以看出2组湿地出水中的TN、NH3-N大部分时间处于较低水平，但在冬季去除率均明显下降，这与植物、微生物在冬季的低温条件下失活有关。

1号和2号湿地出水中的TP、PO43--P分别为（0.6±0.04）、（0.4±0.03） mg/L和（1.1±0.06）、（0.9±0.06） mg/L〔p（TP）=0.004，p（PO43--P）=0.000〕，说明与脱氮相比，植物对湿地除磷的影响更为明显且差异性更为显著，种植植物的水平潜流湿地对磷的去除效果更好且更加稳定。这表明植物在水平潜流湿地中不仅对磷进行直接吸收，还优化了湿地对磷吸附去除的条件。与脱氮不同的是水平潜流湿地对磷去除率的下降发生在春季，可能是这段时间湿地中藻类生长造成的。

2、基质级配和植物对水平流人工湿地空间内部去除营养物的影响作用

为提高水平潜流人工湿地的处理效果和预防堵塞，实验在湿地上、下基质层采用大粒径砾石，以利于湿地通过上部空间进行富氧及植物根系向湿地下部深处进行繁殖；中间层采用小粒径砾石，便于增加砾石表面积，从而加大湿地基质与污水的接触面积和微生物的附着面积。湿地对营养物去除率的空间变化情况如图 3所示。

 注：上、中、下分别指湿地内部的上、中、下3个空间部分，为湿地3个沿程取样点在相同高程的水样混合后所得到结果。 
     图 3 湿地对营养物去除率的空间变化

从图 3可以看出，实验采用的基质级配对湿地脱氮除磷效果的空间分布有较大的影响，1号湿地对TN和NH3-N的空间去除率具有相似的趋势，即随着湿地深度的增加其处理效果逐渐降低，说明1号湿地能够很好地实现同步硝化反硝化，湿地底部缺氧是其去除率低的限制因素；2号湿地上部脱氮效果略低于中部，而下部TN去除率则快速下降，表明了2号湿地下部因缺少碳源而控制了其反硝化能力。2组湿地的空间脱氮差异反映出植物可促进湿地的脱氮效果，这种促进作用在湿地上层空间表现得很明显；在湿地中层由于小粒径砾石表面积较大而部分弥补了植物造成的差距，使得2组湿地的脱氮效果较为相近；而湿地下部由于植物根系可在湿地下部扩展，1号湿地通过植物根部释放的碳源显著提高了反硝化能力。从2号湿地的空间变化可以看出粒径级配避免了湿地内部脱氮效果的空间差异，但由于无法弥补湿地下部碳源不足的缺点，从而不能改善湿地下部对总氮的去除效果。

从图3可以看出，2组湿地对TP和PO43--P的空间去除具有相似的趋势：中部较高，上、下部相似。但1号湿地各个空间对TP和PO43--P的去除效果要明显高于2号湿地，说明植物能在水平潜流湿地的整个内部空间范围内促进除磷效果。与湿地除氮不同的是，无论有无植物，水平潜流湿地都在小粒径基质处具有除磷效果。这说明对于磷的去除，基质的作用更为明显，小粒径基质更有利于磷的拦截与吸附。1号水平潜流湿地的除磷效果在上、中、下空间的差异小于2号湿地，说明植物的存在能够有效弥补大粒径基质对磷吸附能力不足带来的缺陷。因此在水平潜流人工湿地脱氮除磷中，植物和多级基质相互补充、弥补对方对湿地造成的空间差异，可使整个湿地空间范围内具有较为均衡的性能。

3、植物对水平潜流人工湿地去除营养物的吸收和促进作用

秋季对1号湿地中的植物进行收割，通过测量植物干重和植物内的氮磷含量，得到实验期间通过植物吸收所去除的营养物总量，在进水负荷一致的条件下，植物能够有效减少出水中的营养物负荷，1号湿地出水中TN、TP分别比2号湿地减少79.1、16.8 g/㎡，表明植物的存在能够有效提高湿地的去除率特别是除磷效果。

1号湿地中植物直接吸收了43.9、8.7 g/㎡的TN、TP，这一数值处于研究报道中较高的水平，造成这种差异的原因是复合湿地的组成形式，导致水平潜流湿地中营养物大部分为利于植物吸收的溶解态。通过计算1号湿地中植物和其他组成对营养物的去除负荷得知，植物对营养物的直接吸收作用略大于植物对湿地其他组成的间接促进作用（间接促进可去除35.2 g/㎡ TN和8.1 g/㎡ TP，植物对氮的间接促进作用大于对于磷的间接促进作用）。综合考虑植物的直接吸收和间接促进作用，植物对整个湿地脱氮除磷的贡献在百分之二十至百分之三十五之间。

三、结论

1、植物能够提高水平潜流湿地对污染河流营养物的脱氮除磷效果，与未种植植物湿地相比，种有植物的湿地对TN、TP的去除率均有提高。

2、两组湿地的空间脱氮差异表明，植物能够有效改善湿地内部整个空间的脱氮和除磷效果。

3、小粒径基质能有效提高湿地的除磷效果，而通过不同基质配比与植物的有效组合可以更好地保持湿地内部空间脱氮除磷效果的均匀性。

4、植物对营养物的直接吸收作用略大于其对湿地其他组成的间接促进作用，植物吸收在湿地脱氮除磷所占比例均有所提高。