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人工湿地是一种非常有效的新型污水处理工艺,因出水水质稳定、耐冲击负荷强、基建成本及运行费用低、易维护、去污效果好、可脱氮除磷等优点,越来越受到重视。该技术已经广泛应用于我国的农业点源和面源污染治理、生活污水处理以及富营养水体的治理。本研究模拟生活污水,构建土壤-炉渣-珍珠砂(湿地1)和陶瓷环-蛭石-砾石(湿地2)的两种组合基质湿地,湿地均种植美人蕉和菖蒲,分别建立单一垂直流人工湿地,改进单一垂直流人工湿地和复合垂直流湿地三个小试系统,考察三种人工湿地系统对进出水溶解氧(DO)浓度变化的影响,以及对COD、BOD5、凯氏氮(KN)和总氮(TN)去除效果的影响,并进行不同水力负荷下的动力学分析。本论文研究表明:单一垂直流人工湿地在落空运行方式下,与土壤-炉渣-珍珠砂组合基质湿地比较,陶瓷环-蛭石-砾石组合基质湿地氧转移速率的能力更强,吸附能力也更好,去除COD、BOD5和KN的效果更明显;两湿地系统都利于大气复氧和植物的输氧,创造适合去除COD、BOD5和KN的环境,但是不利于去除TN。改进单一垂直流人工湿地在水位小幅度变化下(在40 cm、30 cm、20 cm和10 cm之间变化)和水位大幅度变化下(仅在40 cm和0 cm之间变化),都有利于大气复氧,尤其是当水位大幅度变化时,供氧速率更大;良好的DO环境使得COD和BOD5去除能力都得以提高,但是水位变化幅度对COD和BOD5去除的影响不大;当水位大幅度变化时,TN和KN的去除率都相对较高;两种水位运行状况下去除COD、BOD5、KN和TN能力的差异是在溶氧环境、基质吸附和植物共同作用下形成的。复合垂直流人工湿地是将湿地1和湿地2合并而成,与单一垂直流人工湿地和改进单一垂直流人工湿地比较,出水DO浓度虽然偏低,但去除COD、BOD5、KN和TN的效果最好。复合垂直流人工湿地水力负荷在5-20 cm3/cm2·d之间变化时,COD、BOD5、KN和TN的去除均随着水力负荷的增加而降低,水力负荷在8-10 cm3/cm2·d时,适宜去除COD、BOD5、KN和TN;同时进行不同水力负荷下的动力学分析,表明一级动力学模型可以较好的说明复合垂直流人工湿地系统中COD、BOD5、KN、TN的降解规律。