第6卷第3期环境工程学报Vol ．6，No ．32012年3月Chinese Journal of Environmental EngineeringMar ．20122种人工湿地的水力停留时间及净化效果靳同霞1张永静1王程丽1代克岩1郭萌1徐婷婷1马剑敏1，2*(1．河南师范大学生命科学学院，新乡453007;2．河南省环境污染控制重点实验室，新乡453007)摘要以复合垂直流人工湿地(IVCW )和水平潜流人工湿地(HSCW )为研究对象，研究了2种湿地运行的季节性最佳水力停留时间(HRT )参数，并监测了2种湿地在最佳HRT 参数下运行时对污水的净化效果。
结果显示:(1)在IVCW 中，最佳HRT 在春、秋季为8 10h ;夏季为6h ;冬季为12h 。
在HSCW 中，最佳HRT 在春、秋季为10 12h ;夏季为6 8h ;冬季为24 36h 。
(2)2种湿地对COD 的去除率均无显著的季节性差异;湿地进水中NH +4-N /TN 比值与TN 去除率显著负相关;不同季节下IVCW 对TN 的去除效果均高于HSCW 。
(3)水温对TN 、TP 去除率的影响在IVCW 中比HSCW 中的明显;水温高时，2种湿地中的TN 去除率较高，IVCW 中的TP 去除率也较高，但HSCW 中的TP 去除率则较低，它们间均未达到显著的相关性。
关键词复合垂直流人工湿地水平潜流人工湿地水力停留时间污水净化中图分类号X703文献标识码A文章编号1673-9108(2012)03-0883-08Hydraulic retention time and purification effectof two kinds of constructed wetlandsJin Tongxia 1Zhang Yongjing 1Wang Chengli 1Dai Keyan 1Guo Meng 1Xu Tingting 1Ma Jianmin 1，2(1．College of Life Sciences ，Henan Normal University ，Xinxiang 453007，China ;2．Henan Key Laboratory for Environmental Pollution Control ，Xinxiang 453007，China )Abstract Two kinds of constructed wetlands were as the research objects ，integrated vertical flow construc-ted wetland (IVCW )and horizontal subsurface flow constructed wetland (HSCW )．The optimum hydraulic re-tention time (HRT )was studied in the two constructed wetlands in different seasons．The effects of wastewater purification were got when the two constructed wetlands were with the best HRT respectively．The results showed that :(1)The best HRT in IVCW was eight to ten hours in spring and autumn ，six hours in summer ，twelve hours in winter．The best HRT in HSCW was ten to twelve hours in spring and autumn ，six to eight hours in summer ，twenty four hours to thirty six hours in winter．(2)The removal efficiency of COD were no significant seasonal variations in the two kinds of constructed wetlands．Between the proportion of NH +4-N /TN (total nitro-gen )in the two wetlands ’influent sewerage and TN removal efficiency there was a significant negative correla-tion．TN removal efficiency in IVCW was higher than that in HSCW in four seasons．(3)The effects of water temperature on removal efficiency of TN and TP in IVCW were more obvious than those in HSCW．When the wa-ter temperature of the wetland was high ，the TN removal efficiency in the two wetlands and TP removal efficiency in the IVCW were high ，whereas the TP removal efficiency in the HSCW was low．There was not obvious correla-tion between the water temperature and the removal efficiency of TN or TP．Key words integrated vertical flow constructed wetland ;horizontal subsurface flow constructed wetland ;hydraulic retention time ;wastewater purification基金项目:河南省教育厅科技攻关计划项目(2009A180010);河南省科技攻关计划项目(0624440039);新乡市科技攻关计划项目(08S045)收稿日期:2010－07－21;修订日期:2010－10－02作者简介:靳同霞(1964 )，女，硕士，主要从事环境生物学方面的研究工作。
E-mail :569071823@qq．com *通讯联系人，E-mail :mjm6495@sina．com水力停留时间(HRT )被认为是人工湿地污水处理系统中重要的设计参数之一［1，2］，对其深入研究可以为人工湿地的高效运行提供有力保障。
研究发现，适当的延长HRT 可以提高湿地系统中有机物［3］、含氮化合物［4，5］的去除率，选用不同的HRT参数可直接影响人工湿地的运行效率。
HRT 理论上可以利用平均流量、系统几何形状、操作水位和初环境工程学报第6卷始孔隙率等来估算［1］，但有研究显示，实际HRT通常为理论值的40% 80%［6］。
国内外有关HRT参数的研究对象多集中在膜生物反应器［7，8］、人工渗滤系统［9］及水塘湿地［10］方面;有关潜流人工湿地中HRT参数的研究，多集中在HRT分布方面［11］。
Timothy等［12］在停留时间分布理论方面的研究工作，使得比较和分析来自稳定流态和非稳定流态系统的数据更为容易。
有关复合垂直流和水平潜流2种人工湿地的季节性HRT参数研究少见报道，导致实际应用时缺少必要的参考依据。
实践中仅凭经验运行人工湿地，造成了各地潜流人工湿地的运行效率差异较大［13］。
为了填补上述研究空缺，解决人工湿地的运行效率问题，本实验中选取上述2种人工湿地为研究对象，设计了HRT的季节性梯度，对HRT参数及在最佳HRT参数下运行时的污水净化效果进行了较系统的研究，以期在豫北地区推广应用人工湿地并进行工程设计时提供参考依据。
1材料与方法1.1实验装置湿地建于河南师范大学生物实验基地。
复合垂直流人工湿地(integrated vertical flow constructedwetland，IVCW)由下行池和上行池两部分组成。
下行池长ˑ宽ˑ高=60cmˑ60cmˑ100cm，基质层高95cm，由上到下由1层20cm厚的烧结滤料和2层不同粒径的碎石组成。
上行池为60cmˑ60cmˑ90cm，基质层高85cm，由2层不同粒径的碎石组成。
填料层的空隙率约为42%(图1)。
水平潜流人工湿地(horizontal subsurface flow constructedwetland，HSCW)的长ˑ宽ˑ高=120cmˑ60cmˑ100cm，基质层高95cm，沿水流方向由前往后由图1IVCW示意图Fig.1Sketch map of integrated vertical flow constructed wetland 3层不同粒径的碎石和1层20cm厚的烧结滤料(质地同IVCW中的)组成，出水口位于湿地底端。
填料层的孔隙率约为39%(图2)。
两人工湿地基质表面种植有芦苇，密度为16棵/m2。
图2HSCW示意图Fig.2Sketch map of horizontal subsurfaceflow constructed wetland1.2实验设计装置自2008年11月初建成后开始通水，并进行调试。
2009年3月下旬开始监测湿地出水水质指标。
分别在2009年4月、7月、10月和12月研究了2种湿地每个季节的最佳HRT参数，每个季节的HRT参数研究做3次重复。
在确定最佳HRT后，在每个季节分别运行一段时间，运行期间监测3次数据。
每个季节设计不同的HRT梯度:春季，2、4、6、8、10h;夏季，4、6、8、10、12h;秋季，6、8、10、12h;冬季，12、24、36h。
2种湿地全年间歇运行(冬季上冻期间停止运行)，每次进水至湿地的水位线高度时停止进水，污水在湿地填料中停留1 2d后放空，轮空12h后再次进水。
1．3水样的采集测试与数据处理2种湿地的实验用水为生活污水与水产养殖废水的混合液(进水前进行充分混匀，以保持浓度恒定)，其主要水质指标见表1。
采集每次实验进水及不同的HRT下2种湿地的出水水样。
每次采集IVCW的出水水样时都要借助进水水压来完成。
对水样进行测试的指标有温度(T)、溶解氧(DO)、pH、总氮(TN)、总磷(TP)、COD和铵态氮(NH+4-N)。