本论文结合国家水专项“典型北方缺水城市湖泊水质水量保障与生境改善技术”,进行了污染河水的处理研究。针对污染河水中营养盐浓度较高的特点,选择垂直潜流湿地(VF)与水平潜流湿地(HF)串联的组合人工湿地处理系统。主要研究内容包括：①不同进水水质及运行水位对炉渣基质VF-HF组合潜流湿地系统处理效果的影响,②不同基质及不同串联方式组合潜流人工湿地系统对污染河水中污染物的处理效果,③组合湿地系统中污染物的沿程变化和降解动力学,④炉渣基质VF和HF处理单元的水力学特征。本研究的主要结论如下：(1)炉渣基质VF-HF组合潜流人工湿地对COD、NH4+-N、N03-N和TP的处理效果均较好。当进水COD、NH4+-N、N03-N和TP浓度为100mg·L-、8mg·L-、16mg·L-、1.5mg·L-1时,炉渣VF-HF系统对以上污染物质的平均去除率分别为98%、72%、54%和85%。炉渣基质VF-HF湿地系统内水位改变时,出水有机物和磷的浓度没有明显变化；第一级VF单元落空运行以前炉渣VF-HF系统湿地系统NH4+-N去除率为60%左右,落空后NH4+-N去除率达到了90%左右。(2)对沸石基质和炉渣基质HF-VF组合潜流人工湿地处理效果的对比分析表明,基质类型对COD、NH4+-N、N03-N和TP的处理效果影响较大。沸石基质HF-VF系统的NH4+-N去除率为87%,而炉渣基质NH4+-N去除率为61%。炉渣基质HF-VF系统的COD、NO3--N和TP去除率分别为87%、80%和64%,沸石基质HF-VF系统的COD、NO3--N和TP去除率分别为82%、72%和35%。炉渣HF-VF系统对COD、NO3-N和TP的处理效果好于沸石系统。沸石基质及炉渣基质HF-VF系统出水DO和T均为0.8mg·L-1和18℃。基质不同对HF-VF湿地系统出水的DO和水温基本没有影响。(3)组合方式对潜流湿地系统的处理效果有一定影响。VF处理单元前置时,两种基质VF-HF组合湿地系统COD去除率均在95%以上；HF处理单元前置时,两种基质湿地系统COD去除率均在85%左右。沸石湿地系统中,当VF段前置时,VF1-HF1系统NH4+-N去除率为77%；而HF段前置时,HF1-VF1系统NH4+-N去除率为87%。炉渣湿地系统中,VF段前置时,VF2-HF2系统NH4+-N去除率为58%；而HF段前置时,HF1-VF1系统NH4+-N去除率为61%。使用相同基质时水平潜流前置HF-VF系统的NH4+-N去除率更高。不同组合方式条件下,湿地系统的N03-N去除率均在75%-80%之间。沸石基质湿地系统中,当VF前置时,VF1-HF1系统TP去除率为20%；HF前置时,HF1-VF1系统TP去除率为61%。炉渣基质湿地系统中,当VF前置时VF2-HF2系统TP去除率为76%；HF前置时,HF1-VF1系统TP去除率为66%。(4)炉渣VF和HF处理单元的示踪试验结果表明,水位为75cm、60cm、45cm的VF处理单元及水位为75cm的HF处理单元的实际水力停留时间分别为5.5h、27.5h、12h和87.7h；但理论水力停留时间均为55.8h。(5)对组合湿地系统污染物降解动力学的研究结果表明,组合潜流湿地系统中,沸石VF1-HF1、沸石HF1-VF1及炉渣HF2-VF2系统COD降解符合一级动力学方程,其降解系数K分别为-0.3028、-0.4566和-0.4449。沸石HF1-VF1系统内NH4+-N的降解符合一级动力学方程,其降解系数K为-0.4982。沸石VF1-HF1系统内N03-N的降解符合一级动力学方程,降解系数K为-0.4114。
