潜流人工湿地处理系统在“生物+生态”组合工艺中作为深度处理环节,其目的就是利用湿地中的植物及其构成的生态系统脱氮除磷,进一步提升出水水质,实现氮磷资源化。为了提高污水中氮磷的资源利用率并获得更好的经济效益,采用水生蔬菜代替传统湿地中种植的一般景观植物。湿地对污水中氮磷的去除主要还是通过微生物的硝化-反硝化和湿地基质的吸附沉淀作用,植物吸收所占比重较低。研究构造多组经济植物湿地,提出改善植物吸收对湿地脱氮除磷贡献的诸多措施,从而提高氮磷的资源利用率。通过分析不同植物配置在其生长周期内的净化效果以及运行条件对湿地氮磷去除效率的影响,并利用一级反应动力学模型对湿地氮磷去除效果进行预测,得出以下主要结论:(1)从全年运行结果来看,不同植物配置人工湿地对氮磷的去除效果随季节变化较为显著。夏秋季,各组湿地氮磷去除效率最高主要集中在7～9月份,在水力负荷为0.24 m3/(m2·d)的条件下,除却植物种植初期的短期时间,各组湿地出水NH4+-N、TN、TP浓度基本可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。与夏秋季相比,冬春季各组湿地氮磷去除效率明显降低并出现一定程度的波动,从出水平均浓度看,NH4+-N可达到一级A标准,而大部分湿地TN和TP能达到一级B标准。冬季温室大棚对湿地保护具有一定的效果,而在气温大幅回暖的3月份之后,室内外处理效果差距逐渐缩小。(2)浸润线深度条件对湿地NH4+-N、TN、TP去除效率的影响因所种植物不同也有所差异。低浸润线深度(20cm)条件下水体复氧速率快,湿地溶解浓度高,有利于NH4+-N的去除,但由于相对水力停留时间较短以及缺氧环境的破坏,TN去除率不高,增加浸润线深度到30cm,TN去除率明显升高,而高浸润线深度下却有所降低,这是由于溶解氧不足限制了微生物硝化作用的进行。TP的去除效率随着浸润线深度增加而升高,这是因为在水力负荷条件不变的前提下,有效接触时间得到相对延长,有利于基质吸附更加充分。(3)采用“同端持续进水5天-停运两天-切换进水点”的双向进水方式,与单向进水湿地相比,双向进水湿地NH4+-N、TN、TP去除效率略低但差距并不明显,尤其是在夏秋季,出水仍能达到一级A标准,但两种进水方式的湿地中植物生长状况明显不同,双向进水湿地植物的植株高度、根系长度以及单位面积产量均有所提高,这表明双向进水对改善湿地前后段植物因营养不均衡导致长势差异的情况具有一定效果。(4)采用“瞬时进水—运行48h-瞬时排空—闲置6h”的间歇运行方式,与连续运行湿地相比,间歇运行湿地NH4+-N、TN、TP去除效率略高,间歇运行能有效改善湿地内部溶解氧环境,这对氮的去除十分有利,而闲置时间湿地基质重新充氧利于基质对磷的吸附。(5)对全年湿地植物生长状况及收割之后的全氮、全磷含量的分析,计算湿地在不同试验期内的氮磷去除总量,考察植物吸收在整个湿地氮磷去除中的贡献。结果表明,对于各种植物来说,氮、磷含量最高的部位均是叶片,夏秋季氮磷积累量最多的是空心菜,最少的是油麦菜,而冬春季最多的是水芹,最少的是香菜,夏秋季植物吸收对湿地TN、TP去除贡献率分别为9.74%和21.85%,冬春季则是6.56%和21.62%。(6)运用一级反应动力学模型对湿地氮磷去除过程进行模拟预测,以空心菜湿地和水芹湿地为研究对象,通过对比出水TN、TP浓度预测值与实测值,其相对误差均方根(RRMSE)较为接近于零值,表明一级动力学模型适宜用来模拟和预测湿地污染物的去除过程。而Arrhenius方程对氮、磷去除过程中面积去除速率常数K的拟合由于干扰因素的存在出现一定偏差,导致线性拟合相关系数不高,但能看出K值随温度升高而增大,说明温度对湿地氮磷去除具有重要影响。研究结果表明,控制浸润线深度、改变湿地进水方式与运行方式能有效改善湿地处理效果及植物生长状况,从而提高植物吸收的脱氮除磷贡献率。