针对低碳氮比的污水的水质特点,考虑到常规人工湿地系统在处理低碳氮比污水时因碳源不足而导致的反硝化脱氮速率较低的问题,本研究构建了一个带挡板的潜流人工湿地系统,该系统以铝污泥和木屑碳源混合填料为基质。铝污泥作为主要基质目的是微生物的生长提供附着介质,并强化系统对磷的去除效果。木屑的作用主要是作为补充碳源为反硝化过程提供可利用的有机物。整个试验共分成4个周期,每个周期的运行方式均有不同。周期1的进水的COD/TN比为1.88左右,各污染物的理论进水浓度分别为150 mg COD/L、30 mg NH4+-N/L、50 mg NO3--N/L和7.8 mg TP/L;周期2在维持周期1的进水污染物浓度不变的基础上,采用了出水回流操作,回流比为1:1;在周期3阶段,进水硝态氮浓度为100 mg/L左右,进水COD/TN比降低为1.15,其它条件与周期1相同;周期4是把周期3的进、出水口位置对调后的运行阶段,该阶段的进水各污染物浓度与周期3相同。本研究分析讨论了在4个周期内,人工湿地系统处理低碳氮比污水的总体处理效果,并对比分析了4个周期湿地系统对COD和含氮污染物的去除效能的时空差异性。本研究的主要结果和结论如下:(1)在周期1、周期2、周期3和周期4内,COD的总的去除率分别为43.0±16.5%、81.9±4.7%、80.3±5.2%和80.5±2.6%。周期1的出水COD浓度较高的最主要的原因是木屑释放出来的碳源随污水流出系统。周期2内出水回流可以提高COD的去除效果。周期3和周期4内进水硝态氮浓度的增加提高了COD的去除率。本文进一步研究了COD在系统内部的去除规律,发现污水中原有COD的去除主要发生在系统的前段;木屑能够不断地释放大量的有机物;较高的氧化还原电位有利于COD的降解。(2)在周期1、周期2、周期3和周期4内,硝态氮指标的总体去除率分别为96.1±3.8%、94.8±3.1%、79.3±9.7%和63.6±5.5%。周期1和周期2得到了较高的硝态氮去除率,说明木屑为反硝化过程提供了充足的碳源。周期3和周期4的去除率相对较低,可能是因为木屑释放碳源的速率限制了反硝化过程。本文进一步研究了硝态氮在系统内部的去除规律,发现系统内较低的氧化还原电位有利于硝酸盐氮的去除;出水回流可以降低系统内硝酸盐氮浓度;当木屑装填在第二段时,系统的硝酸盐氮去除效果更好;在系统内部检测到了亚硝酸盐氮的出现,但是在碳源充足的木屑区域内亚盐硝酸盐又被迅速降解,说明系统的反硝化反应过程进行的很彻底。(3)在周期1、周期2、周期3和周期4内,氨氮的总体去除率分别为11.8±4.7%、19.0±10.1%、56.0±15.2%和75.3±2.3%。周期1的去除率较低的主要原因是COD的降解会消耗大量的氧气而抑制了硝化作用。周期2的出水回流可以提高氨氮的去除效果。在周期3和周期4内,随着进水硝酸盐氮负荷的增加氨氮的去除率得到了提高,说明系统出现了厌氧氨氧化过程。本文进一步研究了氨氮在系统内部的去除规律,发现木屑对氨氮的去除具有一定的促进作用。(4)在周期1、周期2、周期3和周期4内,TN的总的去除率分别为67.4±8.4%、61.9±4.0%、74.4±5.1%和63.7±7.2%。周期1和周期3的进水总氮浓度分别为75.38 mg TN/L和145.57 mg TN/L,而两者的出水TN浓度相近,说明本试验构建的以木屑为缓释碳源的带挡板的潜流人工湿地具有较强的抗总氮负荷能力。周期3和周期4的TN去除率之间之所以会有差异,是因为木屑的装填位置的不同造成的结果。通过与前人的研究对比分析,结果表明本研究的人工湿地系统对于总氮的去除具有一定的优势。(5)在周期1、周期2、周期3和周期4内,TP的去除率分别为98.6±1.4%、75.0±5.0%、98.8±0.6%和98.9±0.4%。在本研究中,以铝污泥为主要填料的人工湿地系统表现出了较高的总磷去除能力,表明了铝污泥填料在磷去除方面具有显著的优势。