水平潜流人工湿地中污染物的空间变化特性分析

1.氮在人工湿地基质床体中的空间变化规律

本实验监测了两种水平潜流人工湿地在暖季（温度≥20℃）和寒季（温度≤10℃）HRT=2 d时的污染物沿程变化。分别从水平潜流人工湿地的进口、床体的1/4，1/2，3/4处以及出口取样，通过研究湿地中的污染物沿程变化规律，以期为人工湿地的污染物机理研究和人工湿地的设计提供参考依据。

NH3-N在水平潜流人工湿地中的浓度沿程变化如图6-11所示。由图可知，不论是在暖季还是在寒季，湿地中NH3-N的浓度都是从前向后逐步降低。暖寒两季CW-1，CW-2湿地对NH3-N的去除主要都是发生在系统的前段（湿地前1/2部分），去除率分别为66.6%和72.4%（暖季）、31.3%和42.9%（寒季）。在湿地的前1/4段，CW-1，CW-2系统对NH3-N的去除效果不是非常好，去除率分别为46.9%和49.7%（暖季），14.2%和20.3%（寒季），这可能是由于在前1/4段有机氮的分解释放作用降低了人工湿地的除NH3-N效果。从图可明显看出，寒季人工湿地的去除效果较低，在冬季植物微生物生理活性的降低会大大降低系统对NH3-N的去除效果，并且植物的枯萎和微生物的死亡也会导致湿地中NH3-N浓度的增加。由于沸石对于NH3-N有吸附作用，所以CW-2湿地对NH3-N的去除效果要略好于CW-1。

图6-11　水平潜流人工湿地中NH3-N的浓度沿程变化

TN在水平潜流人工湿地中的浓度沿程变化如图6-12所示。由图可知，不论是在暖季还是在寒季，湿地中TN的浓度都是从前向后逐步降低。在暖季CW-1，CW-2湿地对TN的去除主要发生在系统的前1/4段，去除率分别为54.2%和61.1%；在寒季CW-1湿地中TN的浓度沿程依次降低，去除率分别为15.9%，7.1%，10.6%，7.5%，CW-2湿地对TN的去除主要集中在湿地的前段（湿地前1/2部分），去除率为39.3%。TN的去除规律与NH3-N类似，在暖季大部分TN都在湿地前1/4段被去除，在寒季TN的去除率较低，但TN的浓度还是随着污水在湿地床内流动距离的增加而降低。

图6-12　水平潜流人工湿地中TN的浓度沿程变化

2.磷在人工湿地基质床体中的空间变化规律(www.xing528.com)

TP在水平潜流人工湿地中的浓度沿程变化如图6-13所示。由图可知，不论是在暖季还是在寒季，湿地中TP的浓度都是从前向后逐步降低。在暖季CW-1，CW-2湿地对TP的去除主要发生在系统的前1/4段，去除率分别为69.4%和65.1%，而在寒季CW-1，CW-2湿地对TP的去除主要集中在湿地的前段（湿地前1/2部分），去除率分别为52.5%和39.3%，可见人工湿地床前段是去除TP的主要区域。人工湿地中TP的去除主要是通过基质的固定、植物的吸收以及微生物作用这三条平行的途径。有研究表明，这三条途径对TP去除的贡献大小为：基质＞植物≥微生物（短期效果），或者植物＞基质≥微生物（长期效果），最终TP从系统中的去除靠的是湿地植物的收割和饱和基质的更换。通过观测到两种湿地系统中的植物生长状况，前段植物的平均株高分别高出后段30 cm和25 cm左右，可知污水中的TP大部分在湿地前段被去除，前段植物对TP的去除贡献很大。

图6-13　水平潜流人工湿地中TP的浓度沿程变化

3.有机物在人工湿地基质床体中的空间变化规律

CODCr在水平潜流人工湿地中的浓度沿程变化如图6-14所示。从图可知，无论是在暖季还是在寒季，CODCr的降解速率沿程都表现了逐步降低的趋势。在暖季，CW-1，CW-2湿地对CODCr的去除主要发生在系统的前1/4段，去除率分别为59.9%和42.6%，而在寒季，CW-1，CW-2湿地对CODCr的去除主要集中在湿地的前段（湿地前1/2部分），去除率分别为46.1%和36.4%。这主要是因为污水刚进入湿地时，水体供养充足，微生物降解有机物的速率较快，并且填料和植物根部吸附截留了很大一部分不溶性有机物，使有机物去除率大幅度提高。污水在进入湿地后部后，有机物降解率达到一定的水平，反应速率大大降低。通过上面的分析也可知道，本实验条件下水平潜流人工湿地中水流已经接近推流，有机物的去除服从一级降解动力学。同时也可观测到，在两种湿地系统中前段植物的平均株高比后段分别高出30 cm和25 cm左右，生物量较大，也可知道污水中的有机物大部分在湿地前段被去除，湿地后段的植物由于可利用的有机物含量较低，所以其生长状况远不如前段。考察两种人工湿地系统前段的CODCr去除率可知：暖季CW-1的去除速率比CW-2的高出14.6%，寒季为26.5%。这说明HRT=2d时，CW-1的前段在去除率上具有较大优势。

图6-14　水平潜流人工湿地中CODCr的浓度沿程变化