摘要：采用下行流和上行流复合垂直流以及水平流组合人工湿地系统对污水进行处理。主要分析组合人工湿地系统在不同季节、不同水力负荷条件下对污水的净化效果。
关键词：组合人工湿地系统；水力负荷；净化效果
一、材料与方法
（一）试验装置
根据本次试验要求，在实验室中建立组合人工湿地装置，具体工艺流程是：污水首先经废水箱完成搅拌，再通过蠕动泵泵入复合垂直流人工湿地装置。复合垂直流人工湿地分别由下行流和上行流组成，内部填充粒径为5cm左右的砾石。其中，上行流湿地填充高度要高于下行流湿地，分别是50cm和46cm。复合垂直流湿地出水通过上端的出水阀后流入第二级水平流湿地，采用左侧进水，右侧出水的推流式，填充基质是陶粒和砾石的混合物，基质填充高度为25cm。湿地植物选用菖蒲。
（二）试验用水
本试验污水取自某河道，河道水质为劣V类。
（三）试验方法
分析不同季节、不同水力负荷条件下，组合人工湿地系统对污染物的去除效果。
在装置安装完成之后，进行试运行，定期检测出水中高猛盐酸指数、TN、TP以及氨氮的浓度。在装置运行稳定之后，研究不同的工艺参数对运行效果的影响。试验设置两个取样点，分别对复合垂直流人工湿地出水和水平流人工湿地出水进行取样。
二、结论与讨论
（一）组合人工湿地系统对TP的去除效果
TP的净化主要是通过填料床的物理和化学反应的作用、微生物的同化作用以及植物的摄取作用来完成。在不同季节、不同水力负荷的影响下，组合人工湿地系统对于TP的净化效果如图1所示。
由图1知，组合人工湿地系统在秋季水力负荷为0.3m3（m2·d）时，对TP的净化效果最为理想。这主要是因为在秋季时，系统中的微生物的数量最多，并且同化能力达到最强的状态。在水力负荷过低时，容易造成系统总的氧含量急剧减少，使得微生物过量吸收的磷又重新被释放出去，降低TP的净化效果。而在水力负荷过大时，水流速度也非常大，又容易导致之前被吸收的磷随水流直接冲出系统，从而影响TP的去除率。
通过对试验的整体情况进行分析，复合垂直流湿地对TP的净化起到了决定性的作用。这主要是复合垂直流湿地中的植物、填充料以及附着在填料表面的微生物共同作用的结果。复合垂直流人工湿地系统对TP的净化率较高，净化效果比较出色。从水平流的净化效果来看，水平流对TP的净化效果要远远低于复合垂直流系统。这主要是因为水平流系统中以厌氧环境为主，厌氧条件不利于植物和填料对磷的吸收。
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图1不同季节不同水力负荷下对TP的去除率
（二）组合人工湿地系统对TN的去除效果
TN包括硝态氮、氨态氮以及有机氮三种形式，不同季节、不同水力负荷下，组合人工湿地系统对于TN的去除效果如图2所示，由图2知，组合人工湿地系统在夏季水力负荷为0.1m3（m2·d）时，对TN的净化效果最为理想。这主要是由于较大的水力负荷会使污水在系统中的停留时间缩短，并且容易导致部分硝化菌被水流带走，从而影响了硝化、反硝化作用，造成TN的去除率严重下降。此外，过低的温度也会影响硝化菌的活性，造成硝化、反硝化能力降低，TN的净化效果受到影响。总的来说，水平流系统在TN的净化方面明显要高于复合垂直流系统，由于水平流系统中一直保持一个厌氧的环境，且水力负荷非常低，系统的反硝化能力一直处于较为理想的状态。
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图2不同季节不同水力负荷下对TN的净化率
（三）组合人工湿地系统对NH?-N的去除效果
在不同季节、不同水力负荷情况下，组合人工湿地系统对于NH?-N的净化效果如图3所示。
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图3不同季节不同水力负荷下对NH?-N的去除率
由图3可知，NH?-N的净化主要是遵循秋季＞夏季＞春季＞冬季的规律。不同季节水温不同，在温度较高时，组合人工湿地系统的特殊流态导致其输氧能力增强，同时，秋季的温度会促使硝化细菌的活性提高。而冬季微生物的活性较低、植物衰亡，NH?-N的净化能力最弱。春季、夏季植物处于生长阶段，所以对NH?-N的净化效果非常理想。
经分析，复合垂直流系统对NH?-N的净化效果要低于水平流系统，主要原因是因为复合垂直流的水流分别是下行流和上行流，复氧效果非常好，造成系统中反硝化反应效果不理想，系统对NH?-N的净化效果不理想。而水平流系统厌氧效果比较好，所以对于NH?-N的净化效果比较好。
（四）组合人工湿地系统对高锰酸盐指数的去除效果
高锰酸盐指数是反应污染河道中有机物污染综合指数的较为常用的指标，经试验分析，高锰酸盐指数在0.3m3（m2·d）时的净化效果最好，主要是因为水力负荷越大，污水在组合人工湿地系统中的停留时间就越短，使得吸附在生物膜表面的有机物还没被降解就被水带出；而水力负荷过小，会造成有机物的沉积，堵塞湿地。高锰酸盐指数在冬季时最低，因为冬季微生物的代谢缓慢，有机物分解速度非常低，导致湿地运行效率降低。
组合人工湿地系统中，复合垂直流湿地在净化有机物的过程中起到非常关键的作用，水平流湿地对有机物的去除只能起到辅助作用。
（五）组合人工湿地系统讨论
（1）组合人工湿地系统对于TP的净化方面，冬季、春季、夏季、秋季在不同的水力负荷下，其净化率也存在明显的差异。组合人工湿地系统在秋季时，对于TP的净化效果最好。在这个过程中，起到主要作用的是复合垂直流湿地。（2）组合人工湿地系统在夏季时，对TN的净化能力最强，在冬季最弱，水平流湿地在TN的净化能力方面要明显高于复合垂直流湿地。（3）组合人工湿地系统中复合垂直流对NH?-N要明显低于水平流。（4）组合人工湿地系统中对高锰酸盐指数在水力负荷为0.3m3（m2·d）时，净化效果最好，在冬季最弱。春季、夏季和秋季名优明显区别。
参考文献：
[1]贾树胜,黄明,刘绍根,王坤.复合垂直流水平流人工湿地净化效果及菌落多样性研究[J].洛阳理工学院学报(自然科学版),2020,30(01):1-4.
[2]张国珍,马凯,薛彦茵,武福平,周添红.不同水力负荷下复合垂直-水平流人工湿地的污染处理效果分析[J].安全与环境学报,2019,19(06):2166-2175.