二、結(jié)果與分析

1、水平潛流人工濕地對河流營養(yǎng)物的去除效果

　　兩組復(fù)合濕地的進出水水質(zhì)情況如圖 2所示。

圖 2 兩組水平潛流人工濕地的進出水水質(zhì)變化

濕地進出水中TN、TP的主要組分分別為NH3-N、PO43--P，且由于表流濕地有效去除了進水中的懸浮物，所以水中營養(yǎng)物以溶解性為主。在為期1 a的實驗中，1、2號濕地對TN、NH3-N、TP、PO43--P的平均去除率較高。與其他水平潛流濕地不同的是，2組濕地對NH3-N的去除效果都大于TN，造成這種差異的原因一方面是由于進水中較高的溶解氧有利于硝化的進行，另一方面是由于進水中可生化利用碳源的低濃度水平（BOD5 11.4±0.9 mg/L，COD69.9±4.8 mg/L），造成2組濕地中反硝化所需碳源的缺乏，進而限制了濕地的反硝化作用。而且從圖 2可以看出，1號和2號水平潛流濕地出水中TN、NH3-N平均質(zhì)量濃度分別為（13.7±1.6）、（8.1±1.2） mg/L和（15.9±1.4）、（8.7±1.1） mg/L〔p（TN）=0.103，p（NH3-N）=0.579〕。實驗過程中植物能夠促進水平潛流濕地的脫氮作用，特別是反硝化作用。這是因為植物根區(qū)釋放的溶解氧和碳源對硝化、反硝化有促進作用。此外可以看出2組濕地出水中的TN、NH3-N大部分時間處于較低水平，但在冬季去除率均明顯下降，這與植物、微生物在冬季的低溫條件下失活有關(guān)。

1號和2號濕地出水中的TP、PO43--P分別為（0.6±0.04）、（0.4±0.03） mg/L和（1.1±0.06）、（0.9±0.06） mg/L〔p（TP）=0.004，p（PO43--P）=0.000〕，說明與脫氮相比，植物對濕地除磷的影響更為明顯且差異性更為顯著，種植植物的水平潛流濕地對磷的去除效果更好且更加穩(wěn)定。這表明植物在水平潛流濕地中不僅對磷進行直接吸收，還優(yōu)化了濕地對磷吸附去除的條件。與脫氮不同的是水平潛流濕地對磷去除率的下降發(fā)生在春季，可能是這段時間濕地中藻類生長造成的。

2、基質(zhì)級配和植物對水平流人工濕地空間內(nèi)部去除營養(yǎng)物的影響作用

為提高水平潛流人工濕地的處理效果和預(yù)防堵塞，實驗在濕地上、下基質(zhì)層采用大粒徑礫石，以利于濕地通過上部空間進行富氧及植物根系向濕地下部深處進行繁殖；中間層采用小粒徑礫石，便于增加礫石表面積，從而加大濕地基質(zhì)與污水的接觸面積和微生物的附著面積。濕地對營養(yǎng)物去除率的空間變化情況如圖 3所示。

注：上、中、下分別指濕地內(nèi)部的上、中、下3個空間部分，為濕地3個沿程取樣點在相同高程的水樣混合后所得到結(jié)果。
圖 3 濕地對營養(yǎng)物去除率的空間變化

從圖 3可以看出，實驗采用的基質(zhì)級配對濕地脫氮除磷效果的空間分布有較大的影響，1號濕地對TN和NH3-N的空間去除率具有相似的趨勢，即隨著濕地深度的增加其處理效果逐漸降低，說明1號濕地能夠很好地實現(xiàn)同步硝化反硝化，濕地底部缺氧是其去除率低的限制因素；2號濕地上部脫氮效果略低于中部，而下部TN去除率則快速下降，表明了2號濕地下部因缺少碳源而控制了其反硝化能力。2組濕地的空間脫氮差異反映出植物可促進濕地的脫氮效果，這種促進作用在濕地上層空間表現(xiàn)得很明顯；在濕地中層由于小粒徑礫石表面積較大而部分彌補了植物造成的差距，使得2組濕地的脫氮效果較為相近；而濕地下部由于植物根系可在濕地下部擴展，1號濕地通過植物根部釋放的碳源顯著提高了反硝化能力。從2號濕地的空間變化可以看出粒徑級配避免了濕地內(nèi)部脫氮效果的空間差異，但由于無法彌補濕地下部碳源不足的缺點，從而不能改善濕地下部對總氮的去除效果。

從圖3可以看出，2組濕地對TP和PO43--P的空間去除具有相似的趨勢：中部較高，上、下部相似。但1號濕地各個空間對TP和PO43--P的去除效果要明顯高于2號濕地，說明植物能在水平潛流濕地的整個內(nèi)部空間范圍內(nèi)促進除磷效果。與濕地除氮不同的是，無論有無植物，水平潛流濕地都在小粒徑基質(zhì)處具有除磷效果。這說明對于磷的去除，基質(zhì)的作用更為明顯，小粒徑基質(zhì)更有利于磷的攔截與吸附。1號水平潛流濕地的除磷效果在上、中、下空間的差異小于2號濕地，說明植物的存在能夠有效彌補大粒徑基質(zhì)對磷吸附能力不足帶來的缺陷。因此在水平潛流人工濕地脫氮除磷中，植物和多級基質(zhì)相互補充、彌補對方對濕地造成的空間差異，可使整個濕地空間范圍內(nèi)具有較為均衡的性能。

3、植物對水平潛流人工濕地去除營養(yǎng)物的吸收和促進作用

秋季對1號濕地中的植物進行收割，通過測量植物干重和植物內(nèi)的氮磷含量，得到實驗期間通過植物吸收所去除的營養(yǎng)物總量，在進水負(fù)荷一致的條件下，植物能夠有效減少出水中的營養(yǎng)物負(fù)荷，1號濕地出水中TN、TP分別比2號濕地減少79.1、16.8 g/㎡，表明植物的存在能夠有效提高濕地的去除率特別是除磷效果。

1號濕地中植物直接吸收了43.9、8.7 g/㎡的TN、TP，這一數(shù)值處于研究報道中較高的水平，造成這種差異的原因是復(fù)合濕地的組成形式，導(dǎo)致水平潛流濕地中營養(yǎng)物大部分為利于植物吸收的溶解態(tài)。通過計算1號濕地中植物和其他組成對營養(yǎng)物的去除負(fù)荷得知，植物對營養(yǎng)物的直接吸收作用略大于植物對濕地其他組成的間接促進作用（間接促進可去除35.2 g/㎡ TN和8.1 g/㎡ TP，植物對氮的間接促進作用大于對于磷的間接促進作用）。綜合考慮植物的直接吸收和間接促進作用，植物對整個濕地脫氮除磷的貢獻(xiàn)在百分之二十至百分之三十五之間。

三、結(jié)論

1、植物能夠提高水平潛流濕地對污染河流營養(yǎng)物的脫氮除磷效果，與未種植植物濕地相比，種有植物的濕地對TN、TP的去除率均有提高。

2、兩組濕地的空間脫氮差異表明，植物能夠有效改善濕地內(nèi)部整個空間的脫氮和除磷效果。

3、小粒徑基質(zhì)能有效提高濕地的除磷效果，而通過不同基質(zhì)配比與植物的有效組合可以更好地保持濕地內(nèi)部空間脫氮除磷效果的均勻性。

4、植物對營養(yǎng)物的直接吸收作用略大于其對濕地其他組成的間接促進作用，植物吸收在濕地脫氮除磷所占比例均有所提高。