Kickuth 等对人工湿地中氧的分布规律与传递机理的研究表明[1~3] ，人工湿地系统中的氧被消耗于有机物和氮等营养物质的降解过程，对湿地的净化作用有着非常重要的影响。但由于湿地自身构造的限制，湿地内溶解氧（DO）浓度较低，抑制了微生物活性和各种生化反应的进行，使人工湿地的除污效果尤其是对氮类物质的脱除受到了制约，因此，改善湿地中的氧环境将有助于提高湿地的净化效率，目前对湿地强化措施的研究较少，国内尚无此方面试验的报道。笔者研究了多种氧环境改善措施下湿地的运行特性和氧分布状况，为湿地的强化设计提供了理论基础和参考。

《1 试验装置》

1 试验装置

试验在南京锁金村污水处理厂进行，试验湿地的进水来自该厂初沉池。湿地模型为 3 m × 1.0 m × 1.0 m，底面坡度为 1 %，处理区填料由四层组成，分别为粗糙砾石、中等砾石、细小砾石，表层覆土约 20 cm 。在湿地床的上层､中层和底层沿程设置共 15 处取样点｡ 湿地中分别栽种有芦苇( phragmites communis trin )、富贵竹( dracaena sanderiana )和美人蕉( canna generalis )等植物。

《2 试验结果及分析》

2 试验结果及分析

《2.1 串联型人工湿地氧环境及净化特性》

2.1 串联型人工湿地氧环境及净化特性

试验采用芦苇床＋芦苇床串联和芦苇床＋富贵竹床的不同植物串联形式，单元湿地间采用塑料管连接，由一级湿地出水经管道进入二级湿地布水区。

2.1.1　串联湿地氧分布规律   在稳态下平均温度 25 ℃ 左右，进水 DO 平均浓度约 0.84 mg/L，取样时间为上午 9 时至 10 时，研究芦苇—芦苇、芦苇—富贵竹潜流式水平流串联湿地的氧分布规律。结果表明，由芦苇湿地进入第二级湿地后，湿地上层 DO 浓度继续下降，后部下降趋势变缓；湿地中层和下层的 DO 浓度下降不明显。分析认为，湿地内 DO 浓度低于一定值后，已经不能满足耗氧反应所需的氧环境，使反应迟缓，DO 消耗量减少，故 DO 浓度下降在上层后部变缓，中层和下层不再下降，当湿地内 DO 浓度低于 0.2 mg/L 时，耗氧反应不能进行。由于芦苇的产氧能力优于富贵竹，故在二级湿地中，芦苇湿地的上层氧浓度高于富贵竹湿地。

2.1.2　串联湿地净化效率   串联型人工湿地净化效率的沿程变化试验结果表明，污水经一级湿地后进入二级湿地，有机物被大量去除，进入二级湿地的少量有机物，虽然进一步被降解，但去除率提高不明显；两种植物湿地的去除率相差很小；人工湿地对磷类物质的去除主要依靠基质的物化作用，湿地串联后，二级出水的总磷（TP）去除率比一级出水显著提高；串联后湿地对 - N 去除率有所增加，是因为污水进入二级湿地后有机物浓度不高，硝化菌得以大量生长繁殖，硝化反应顺利进行，氨氮去除率上升，同时硝化反应消耗了 DO，湿地氧环境没有得到明显改善，故湿地氨氮去除率提高幅度比较缓慢；串联湿地对总氮（TN）的去除率提高不及 - N，是因为可截留吸附的氮类物质在前部已经被基本去除，后部湿地主要依靠微生物的生化反应降解，不足的有机物浓度抑制了反硝化反应的进行，使 TN 去除率不能随 - N 的大量去除而有明显提高。

《2.2 曝气条件下人工湿地的氧环境和净化特性》

2.2 曝气条件下人工湿地的氧环境和净化特性

和串联湿地相比，充氧曝气是较为直接的补氧措施。试验采用美人蕉湿地，以空压机进行曝气，曝气位置为湿地中层中部，控制水力负荷为 35 cm/d，停留时间为 2 ~ 5 d，湿地保持高水位运行。平均温度为 25 ℃ 左右，进水 DO 平均浓度约 0.84 mg/L，取样时间为上午 9 时至 10 时。

2.2.1 最佳气水比的确定   研究了 0.5 ~ 6.0 之间 13 个不同气水比下美人蕉湿地出水 DO 浓度和净化效率的变化，结果显示，随着气水比的增加，出水 DO 浓度呈显著上升趋势，说明充氧曝气措施对湿地内氧环境改善明显。当气水比 ＜ 1 时，DO 浓度没有明显提高，1 ＜ 气水比 ＜ 5 时，出水 DO 浓度直线上升，当气水比 ＞ 5 后，上升趋势趋于平缓。相关分析发现，气水比和出水 DO 浓度两者呈显著线性相关，相关系数为 0.97 。

研究了不同气水比湿地对各类污染物的去除效果。结果为：曝气后湿地对有机物的去除率有所提高，气水比为 4 时达到最高去除效果。当气水比 ＞ 4 后， DO 虽有所增大，但气体对湿地中基质产生了冲刷作用，影响了基质对于有机物的吸附，降低了微生物对营养物质的利用，从而导致有机物的去除率降低；磷的去除率没有明显提高，而且当气水比加大后，由于水流湍动剧烈，影响了污水和基质的接触，使磷类物质的吸附截留作用受到影响，去除率降低；气水比 ＞ 3 后， - N 去除率提高了 10 %，TN 的去除率增加了 7 % ~ 8 %，但曝气量过大，湿地内 DO 浓度普遍较高时，会影响反硝化作用的进行，导致 TN 的去除受到限制。综合考虑不同气水比对湿地 DO 浓度提高效果和各类污染物的去除率的影响，最佳气水比宜为 4 ~ 5 之间，试验中采用了 4.5 为最佳值对湿地进行曝气试验。

2.2.2 曝气湿地氧分布及净化特性研究   在美人蕉湿地中层中部进行充氧曝气后，湿地内 DO 浓度有明显上升，曝气前床层内 DO 浓度普遍低于 0.6 mg/L，曝气后上升至 1 mg/L 以上，出现好氧环境。试验中发现，原湿地由于主要依靠植物光合作用向根部供氧和大气复氧作用，故床层内上中下 DO 浓度差异明显，下层很低，处于完全厌氧状态，曝气后垂直方向上 DO 浓度均显著提高，下层也能达到 1 mg/L 。

比较了曝气湿地和无曝气湿地净化效率的沿程变化，结果表明，曝气后湿地中 DO 浓度增加，微生物活性增强，好氧反应速率增大，湿地对有机物的去除率增加，尤其在湿地中部有机物去除率提高了 10 %；磷类污染物在两类湿地中无明显差别； - N 和 TN 去除率在沿程方向上均有明显提高，可达 60 % 左右。

《2.3 多点进水人工湿地氧环境和净化特性》

2.3 多点进水人工湿地氧环境和净化特性

对芦苇湿地进行多点进水分布，进水点为湿地前端、1/3 处和 2/3 处，平均温度为 25 ℃ 左右，进水 DO 平均浓度在 0.84 mg/L 左右，取样时间为上午 9 时至 10 时的芦苇潜流式水平流人工湿地。

2.3.1 最佳流量分配比的确定   试验分别以 1∶1∶1，2∶1∶1，1∶2∶1，1∶1∶2 的分配比进水，试验结果表明，有机物的去除效果差异不大，以 2∶1∶1 的分配比下人工湿地的去除率略高；磷的去除随分配比加大而下降。在 1∶2 ∶1 流量分配比下脱氮效果最好，比其他 3 种湿地的去除率高 5 % ~ 10 % 。

综合不同进水分配比对各种污染物去除效率的影响，同时考虑强化脱氮是人工湿地氧环境改善措施研究的主要目的，后期试验以 1∶2∶1 为最佳流量分配比。

2.3.2 多点进水人工湿地的氧分布及净化效果   试验结果为：多点进水湿地的 DO 浓度普遍高于前端进水湿地；在湿地前段，DO 浓度下降较平缓；1/3 处进水 DO 浓度显著高于原湿地；湿地中后部 DO 浓度与前端进水湿地相差不大。

表 1 为多点进水与前端进水人工湿地的净化效果比较，可以看出，两者有机物的去除率相差不大，在正常波动范围内；TP 的去除率变化较为明显，多点进水湿地的磷去除率比前端进水湿地低 15.8 %；对氮的去除率有较明显的提高，氨氮和总氮的去除率均增加了 5 % 左右。

《表1》

表1 多点进水与前端进水人工湿地净化效果比较

Table1 Comparison of purifying efficiency in multi－inflow wetlands and

former inflow wetlands                                             ％

《2.4 回流人工湿地氧环境和净化特性》

2.4 回流人工湿地氧环境和净化特性

回流对湿地 DO 影响显著。回流湿地出水 DO 浓度均高于未回流湿地；回流比越大，出水 DO 浓度越高。但在回流比大于 2 以后，DO 氧浓度增加不明显。

有机物去除率表明，回流后 COD 的去除率从 61 % 提高到 81.2 %；回流显著提高了 TN 和 NH3 - N 的去除率，分别提高了 16.4 % 、17.5 %；回流对 TP 去除率影响不大，仅提高了 4.2 % 。

《3 结论》

3 结论

通过对氧环境改善措施的试验研究，得到以下结论：

1) 串联型人工湿地对湿地内氧环境的改善没有明显作用，有机物去除效果变化不大，磷类物质的去除率随湿地长度增加而增加， - N 的去除率有所上升，TN 去除率的提高幅度不大。

2) 对美人蕉湿地进行曝气试验结果表明，湿地曝气的最佳气水比为 4 ~ 5 时，湿地内 DO 浓度明显增加，氧环境的改善使湿地对于有机物和氮类污染物的去除率有显著提高，对磷的脱除影响不大。

3) 不同流量分配比的多点进水试验结果表明，以强化脱氮为主要目标的前提下，1∶2∶1 为最佳分配比例。多点进水人工湿地能够有效改善湿地的氧环境，提高脱氮效果，对有机物的去除影响不大，对磷的去除率有所降低。

4) 湿地出水回流对湿地净化效果改善明显。在回流比为 1 时，各种污染物的去除率提高最大。回流比不同，出水 DO 浓度也不同，回流比越大，出水 DO 浓度越高。