傳統(tǒng)人工濕地的自然富氧速率較低，對(duì)N、P營(yíng)養(yǎng)元素的去除效率普遍不高。研究人員設(shè)計(jì)開發(fā)了一種微曝氣系統(tǒng)，以期強(qiáng)化人工濕地對(duì)生活污水中的C、N和P的去除。通過改變曝氣量（氣水比）以及在不同氣溫條件下檢測(cè)該人工濕地處理生活污水效果，詳細(xì)分析了經(jīng)微曝氣系統(tǒng)強(qiáng)化后的人工濕地對(duì)COD、TP以及各氮素污染物在系統(tǒng)的沿程去除情況。結(jié)果表明，微曝氣系統(tǒng)能顯著增強(qiáng)濕地對(duì)生活污水的處理效果。隨著氣水比由0:1升高至4:1，該濕地系統(tǒng)對(duì)污水中的COD和TP的去除率分別從約80%和60%提高到約93%和79%，而在3:1時(shí)TN的去除率達(dá)到最高水平（~75%）。低溫對(duì)系統(tǒng)除碳脫氮影響較大，COD及TN去除率分別降低了約7%和8%。濕地污染物濃度沿程變化狀況顯示，污染物的去除過程主要發(fā)生在第2濕地系統(tǒng)。

一、研究背景

人工濕地作為一種高效、低成本的污水處理技術(shù)而備受關(guān)注，其主要通過濕地內(nèi)植物、基質(zhì)以及微生物的復(fù)雜物理、化學(xué)和生物過程來達(dá)到污水凈化的效果。研究表明，人工濕地對(duì)污水中的懸浮顆粒和有機(jī)物的去除率可達(dá)到80%以上。然而，由于傳統(tǒng)人工濕地主要通過植物以及自然富氧，氧氣傳輸速率極低，造成人工濕地對(duì)N、P營(yíng)養(yǎng)元素的去除效率不高[5]，同時(shí)占地面積也較大。研究表明，雖然目前垂直流人工濕地的氧氣傳輸速率（17~25g/m2d[6]）與水平潛流濕地（氧氣傳輸速率1~8g/m2d）相比更高，但仍無法滿足濕地系統(tǒng)中氨化和硝化等微生物過程對(duì)氧氣的要求。Ye等發(fā)現(xiàn)垂直流人工濕地對(duì)N等營(yíng)養(yǎng)元素的去除率仍很低，僅30%~40%左右。

研究表明，增設(shè)曝氣系統(tǒng)提高人工濕地污染物去除率是一種可行的方法。馬劍敏等研究了曝氣對(duì)垂直流和水平潛流人工濕地對(duì)污染物去除的影響，發(fā)現(xiàn)曝氣顯著提高了COD、TN、NH4+-N和NO3–N的去除效率。Fan等在間歇曝氣的條件下，發(fā)現(xiàn)潛流人工濕地可以高效去除污染物，其COD、NH3-N和TN去除率與未曝氣相比分別提高了12%、71%和52%。然而，目前該方面研究通常僅探討了曝氣人工濕地處理污水的效能，并未詳細(xì)考察污染物沿程的去除規(guī)律，且大部分研究將人工濕地作為污水處理廠的后處理或者在人工濕地系統(tǒng)前端外接預(yù)處理構(gòu)筑物，而對(duì)實(shí)際高濃度生活污水的處理效果研究較少。

二、試驗(yàn)裝置

采用的曝氣系統(tǒng)為微量曝氣系統(tǒng)，曝氣量較傳統(tǒng)曝氣減少約50%。圖1為采用的微曝氣復(fù)合人工濕地系統(tǒng)，主要包括調(diào)節(jié)池、垂直流濕地主體、曝氣系統(tǒng)、填料和植物。設(shè)立A、B兩組系統(tǒng)，每組微曝氣濕地由直徑為1.3m、高為1.5m的3個(gè)加厚型塑料水桶串連組成，其有效水深為1m。以普通碎石作為基質(zhì)填料，粒徑為1~2cm，孔隙率為50%，每個(gè)塑料桶填充有1.1m厚的礫石基質(zhì)層。各桶均設(shè)取樣口（A1~A9、B1~B9），布水管位于桶底呈“王”字型排布，通過控制相應(yīng)閥門調(diào)整桶內(nèi)流態(tài)為下進(jìn)上出。僅在第2濕地系統(tǒng)添加曝氣裝置，曝氣采用穿孔曝氣管，距水面1m呈“王”字型排布，管徑DN25，曝氣孔孔徑2~4mm，孔間距1cm。A、B兩組系統(tǒng)濕地植物分別采用風(fēng)車草（Cyperusalternifolius L.）和黃花鳶尾（Iriswilsonii C.H.Wright），風(fēng)車草取自于白市驛清河污水處理廠，黃花鳶尾購(gòu)于花卉市場(chǎng)。

三、運(yùn)行分析與結(jié)論

設(shè)計(jì)的微曝氣系統(tǒng)能夠有效提高人工濕地內(nèi)的?C、N?和?P?的去除效果。合理的氣水比是系統(tǒng)保持高效率去除污染物的基礎(chǔ)，過度的曝氣影響系統(tǒng)的反硝化過程，造成?TN?去除率的下降。在氣水比為?3:1?的優(yōu)化條件下，濕地系統(tǒng)對(duì)?COD、TN?和?TP的去除率分別為?90.1%（A?組）和?91.0%（B?組）、75.0%（A?組）和?75.3%（B?組）、77.5%（A?組）和80.3%（B?組）。種植黃花鳶尾的濕地組在各氣水比的條件下的污染物去除率均略優(yōu)于風(fēng)車草組。低溫對(duì)?COD?和?TN?的去除率影響顯著，而對(duì)?TP?的去除率影響相對(duì)較小。該人工濕地系統(tǒng)中?COD、TP?和TN?的沿程去除特性具有相似規(guī)律，即在增設(shè)微曝氣裝置的第?2?濕地去除率最高。