山 东 化 工
收稿日期：２０２０－０９－０８
基金项目：国家自然科学基金（４１７０３０９９），企业委托项目（９１０１／２１９３７７）作者简介：滕昊蔚（１９９７—），山东烟台人，硕士研究生，主要研究方向为湿地生态保护及水环境治理；通信作者：牛晓音（１９７７—），女，山东淄博人，副教授，硕士生导师，主要研究方向为生态水文保持、湿地污染生态修复及环境演变。
滕昊蔚１，周子柯１，王永平１，华 磊２，牛晓音２
，
（１．山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博 ２５５０４９；２．山东理工大学资源与环境工程学院学院，山东淄博 ２５５０４９）
摘要：人工湿地作为新型生态修复技术对地表富营养化水体具备一定净化能力。为探究人工湿地对景观水体净化能力，本研究以大学
校园内景观湖水为研究对象，采用模块化人工湿地模拟装置进行水质净化实验，通过对比不同水力负荷、水力驻留时间下化学需氧量（ＣＯＤ）、硝酸盐氮（ＮＯ３－
Ｎ）、总磷（ＴＰ）的净化效果，探究人工模拟装置处理校园景观水体的最佳处理条件。结果表明：（１）在０．２１６～０ ８６４ｍ３／ｄ水力负荷条件下对ＣＯＤ、ＮＯ３－
Ｎ、ＴＰ净化效果最佳的水力负荷分别为０．４３２ｍ３／ｄ、０．２１６ｍ３／ｄ和０．２１６ｍ３
／ｄ。（２）在１２～７２ｈ的水力驻留时间下，最佳水力驻留时间均为７２ｈ。小试试验结果表明，人工湿地模拟装置对校园景观水净化的最佳水力负荷为０．
２１６ｍ３
／ｄ，最佳水力驻留时间为７２ｈ，ＣＯＤ、ＮＯ３－
Ｎ、ＴＰ的去除率分别为５２．０６％、３９．３１％、３９．４４％。关键词：人工湿地；校园景观水；水力负荷；水力驻留时间中图分类号：Ｘ５２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）２４－０２６０－０３
ＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＥｆｆｅｃｔｏｆＭｏｄｕｌａｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＷｅｔｌａｎｄｏｎＬａｎｄｓｃａｐｅＷａｔｅｒ
ＴｅｎｇＨａｏｗｅｉ１，ＺｈｏｕＺｉｋｅ１，ＷａｎｇＹｏｎｇｐｉｎｇ１，ＨｕａＬｅｉ２，ＮｉｕＸｉａｏｙｉｎ
２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＦｏｏｄＳｃｉ
互质是什么概念ｅｎｃｅ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｉｂｏ ２５５０４９，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｉｂｏ ２５５０４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｈａｓａｃｅｒｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙｔｏｐｕｒｉｆｙｅｕｔｒｏｐｈｉｃｓｕｒｆａｃｅｗａｔｅｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｔｏｐｕｒｉｆｙｌａｎｄｓｃａｐｅｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｔｏｏｋｔｈｅｌａｎｄｓｃａｐｅｌａｋｅｗａｔｅｒｏｎｔｈｅｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｃａｍｐｕｓａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ａｎｄｕｓｅｄｍｏｄｕｌａｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓｔｏｃｏｎｄｕｃｔｗａｔｅｒｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｏａｄｓ，ｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｙｇｅｎｄｅｍａｎｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｓｉｄｅｎｃｅｔｉｍｅＴｈｅｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆＣＯＤ，ｎｉｔｒａｔｅｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＮＯ３－
Ｎ），ａｎｄｔｏｔａｌｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（ＴＰ），ｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｂｅｓｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｍｐｕｓｌａｎｄｓｃａｐｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｅｄｂｙａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ
：（１）Ｕｎｄｅｒｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ０．２１６～０．８６４ｍ３／ｄ，ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｏａｄｓｗｉｔｈｔｈｅｂｅｓｔｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｏｎＣＯＤ，ＮＯ３－
ＮａｎｄＴＰｗｅｒｅ０．４３２ｍ３
／ｄ，０．２１６ｍ３／ｄａｎｄ０．２１６ｍ３
／ｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．（２）Ｔｈｅｂｅｓｔｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｓｉｄｅｎｃｅｔｉｍｅｉｓ７２ｈｕｎｄｅｒｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｓｉｄｅｎｃｅｔｉｍｅｏｆ１２～７２ｈ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｏａｄｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｉｍｕｌａｔｏｒｆｏｒｗａｔｅｒｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｃａｍｐｕｓｌａｎｄｓｃａｐｅ
ｉｓ０．２１６ｍ３
／ｄ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｓｉｄｅｎｔｔｉｍｅｉｓ７２ｈ，ａｎｄｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆＣＯＤ，ＮＯ３－ＮａｎｄＴＰａｒｅ５２．０６％，３９．３１％ａｎｄ３９．４４％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄ；ｃａｍｐｕｓｌａｎｄｓｃａｐｅｗａｔｅｒ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｏａｄ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｓｉｄｅｎｃｅｔｉｍｅ
地表水体富营养化是全球性环境问题，人工湿地（ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＷｅｔｌａｎｄｓ）作为一种生态化污水处理技术，由天然湿地发展而来，对于富营养化水体等低污染浓度水体净化效果
显著［１－３］
。人工湿地在净化水体的同时也可以美化环境，具有
较高的抗冲击能力、低投资以及利于维护等优点［４］
，在生活污水［５］、城市暴雨［６］、景观水［７］、富营养化水［８］
等净化方面广泛应用。然而，人工湿地对水体的净化效果极易受植物种类、水力
负荷及水力驻留时间等因素的影响［９］
。此外，人工湿地需要较大的占地面积，受这一因素制约，该技术的推广受到限制。模块化人工湿地作为新型人工湿地技术，以其高灵活性，占地面
积小，不易堵塞等优点［１０］
，在净化景观水、农村生活废水以及重
金属废水方面成为更理想的方式［１１－１２］
。
本文以校园景观水体为研究对象，采用自建垂直复合流人工湿地模块化装置分析水质净化效果，筛选最佳水力负荷及水力驻留时间，为模块化湿地装置在处理景观水体方面应用提供数据参考和设计依据。
１ 材料与方法
１．１ 实验装置
垂直复合流人工湿地模拟装置如图１，内径１２０ｃｍ×６０ｃｍ
×５５ｃｍ
。装置选取粒径为２０～４０ｍｍ鹅卵石、１０～２０ｍｍ碎石，细沙及土壤进行装填，填料高度分别为２０，２０，５，２ｃｍ，进水口、出水口均位于装置顶部，
装置底部设置排空管。
图１ 模拟装置示意图
Ｆｉｇ．１ ＳｃｈｅｍａｔｉｃＤｉａｇｒａｍｏｆＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅ
１．２ 植物选择
实验选取对环境适应能力及去污能力较强的萱草
（Ｈｅｍｅｒｏｃａｌｌｉｓｆｕｌｖａ（Ｌ．）Ｌ．）及鸢尾（ＩｒｉｓｔｅｃｔｏｒｕｍＭａｘｉｍ．）作为
人工湿地模拟装置中的植物，植物的种植密度为１
０株·ｍ－
２。·
０６２·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０２０年第４９卷
第２４期
１．３ 实验用水
本研究中人工湿地模拟装置进水取自淄博市山东理工大学西校区校园景观水。进水ＣＯＤ、ＮＯ
３移动手机积分兑换商城
－Ｎ、ＴＰ的平均浓度分别为６９．７２±１３．１２ｍｇ·Ｌ－１、２３．０８±１．３４ｍｇ·Ｌ－１、０．３４±０．０３ｍｇ·Ｌ－１，进水水质属于地表劣Ⅴ类水，未达到一般景观水要求，即地表水Ⅴ类环境质量标准（地表水环境质量标准ＧＢ３８３８－２００２）。
１．４ 实验方法
２０１９年４月，将萱草、鸢尾（株高２５ｃｍ）移植到人工湿地模拟装置中，定植１个月后进行实验。实验对进出水水质理化指标进行监测。ｐＨ测定采用ｐＨ测定仪（型号：ＰＨＳ－２Ｆ），ＣＯＤ
测定采用重铬酸钾法（ＨＪ９２４－２０１７），ＮＯ
３
－Ｎ的测定采用紫外分光光度法（ＨＪ／Ｔ３４６－２００７），ＴＰ的测定采用流动注射－钼酸铵分光光度法（ＨＪ６７１－２０１３）。
２ 结果分析与讨论
２．１１ 不同水力负荷条件下水质净化效果
实验设置在０．２１６，０．４３２，０．６４８ｍ３／ｄ及０．８６４ｍ３／ｄ四种不同水力负荷下进行。
桂林恭城油茶ｐＨ作为水环境中重要的理化指标，会对人工湿地系统净
化水体造成影响［１３］。在本研究中，进水水体的ｐＨ值在７．２０～８．０４之间，平均值为７．９０±０．０９，符合地表景观水标准。
如图２，人工湿地模拟装置在不同水力负荷下对校园景观水中ＣＯＤ、ＮＯ
３
－Ｎ、ＴＰ均起到净化作用。其中，在０．２１６～０ ８６４ｍ３／ｄ水力负荷下，ＣＯＤ去除效率呈现出先增大后减小的趋势。人工湿地对于ＣＯＤ的去除主要依靠基质吸附及好氧作用，其中好氧反应对于ＣＯＤ的去除起决定性作用［１４－１５］，低水力负荷有利于人工湿地模拟装置中溶解氧的增加，更有利于ＣＯＤ的净化［１６－１８］。在本研究中去除ＣＯＤ的最佳水力负荷为０．４３２ｍ３／ｄ，可能与进水中ＣＯＤ浓度过高，基质对于ＣＯＤ吸附能力增
强等因素有关［１９］。对于ＮＯ
３
－Ｎ和ＴＰ的去除而言，随着水力负荷的增大，去除率逐渐降低，最佳水力负荷为０．２１６ｍ３／ｄ。
综合人工湿地模拟装置对于ＣＯＤ、ＮＯ
３
－Ｎ以及ＴＰ的去除，人工湿地模拟装置净化校园景观水最佳水力负荷为０．２１６ｍ３／ｄ，
同时，该水力负荷下ＣＯＤ、ＮＯ
３
－Ｎ、ＴＰ的去除率分别为３０ ７０％、２７．３２％、３０．３０％，出水基本满足地表Ⅴ
类水标准。
图２ 不同水力负荷下各理化指标的净化效果
Ｆｉｇ．２ ＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＥｆｆｅｃｔｓｏｆＶａｒｉｏｕｓＰｈｙｓｉｃａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｉｃａｔｏｒｓｕｎｄｅｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔＨｙｄｒａｕｌｉｃＬｏａｄｓ
２．２２ 不同水力驻留时间下水质净化效果
在１２，２４，３６，４８，６０ｈ和７２ｈ的水力驻留时间下，研究人工
湿地模拟装置对于校园景观水的净化效果（如图３）。
研究表明，水力驻留时间的增加对ＣＯＤ、ＮＯ
３
－Ｎ、ＴＰ的去
除有明显的影响，在相同水力负荷下，水力驻留时间越长对于
ＣＯＤ、ＮＯ
３
－Ｎ净化效果越好，其中最佳水力驻留时间为７２ｈ。
高水力驻留时间有利于人工湿地模拟装置中溶解氧的增加，更
有利于好氧作用对于ＣＯＤ的去除，同时ＣＯＤ去除消耗大量溶
解氧，使得装置净化ＣＯＤ后又呈现出较好的厌氧状态。ＮＯ
３
应用统计学专业就业前景－
Ｎ的去除主要依靠微生物的反硝化作用［２０］，水力驻留时间较长
时，厌氧环境更有利于反硝化过程地进行，从而提高人工湿地
模拟装置对于ＮＯ
３
－Ｎ的净化效果［２１－２２］。人工湿地模拟装置
对于ＴＰ的去除主要通过聚磷菌的吸收及基质的吸附来实现，
其中又以基质吸附为主［１５，２３］。所以，在ＴＰ的去除方面，水力驻
留时间的延长能够极为有效地提高ＴＰ的净化效率。在不同的
水力驻留时间下，ＴＰ的去除效率呈现出先增大后减小再增大的
趋势，这可能由于在一段时间内聚磷菌对于ＴＰ的吸收达到饱
和状态［２４，２５］，同时又随着水力驻留时间的增加，基质对于ＴＰ的
吸附增强，使ＴＰ的净化效果进一步增加。在７２ｈ的水力驻留
时间下人工湿地模拟装置对ＴＰ呈现出最佳的净化效果。综上
所述，人工湿地模拟装置对于校园景观水净化的最佳水力驻留
时间为７２ｈ，且在该水力驻留时间下对于ＣＯＤ、ＮＯ
３
－Ｎ、ＴＰ的
去除率可达到５２．０６％、３９．３１％、３９．４４％，出水水质优于地表
Ⅴ类水标准，
满足一般景观水要求。
图３ 不同水力驻留时间下各理化指标的净化效果
Ｆｉｇ．３ ＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＥｆｆｅｃｔｏｆＥａｃｈＰｈｙｓｉｃａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｅｘｕｎｄｅｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔＨｙｄｒａｕｌｉｃＲｅｓｉｄｅｎｃｅＴｉｍｅ
·
１
６
２
·
滕昊蔚，等：模块化人工湿地对景观水的净化作用
山 东 化 工
３ 结论
（１）人工湿地模拟装置对于校园景观水中ＣＯＤ、ＮＯ
３
－Ｎ、ＴＰ均表现出较好的净化效果。在０．２１６～０．８６４ｍ３／ｄ不同水力负荷条件下，人工湿地模拟装置对于校园景观水净化的最佳水力负荷为０．２１６ｍ３／ｄ。
（２）在１２～７２ｈ不同水力驻留时间下，人工湿地模拟装置
对于校园景观水中ＣＯＤ、ＮＯ
３
－Ｎ、ＴＰ净化的最佳水力驻留时间均为７２ｈ。
（３）综合各水质指标的去除效果，人工湿地模拟装置对于校园景观水净化的最佳水力负荷为０．２１６ｍ３／ｄ，最佳水力驻留时间为７２ｈ。水力负荷及水力驻留时间对于人工湿地净化污染水体至关重要，也应该根据实际情况合理选择。
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［２５］万正芬，张学庆，卢少勇．１９种人工湿地填料对磷吸附解吸效果研究［Ｊ］．水处理技术，２０１５（４）：３５－３９．
（本文文献格式：滕昊蔚，周子柯，王永平．模块化人工湿地对景观水的净化作用［Ｊ］．山东化工，２０２０，４９（２４）：２６０－２６２．
李宗盛林忆莲女儿檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
）
（上接第２５９页）七月半写包称呼大全写包格式
（１）入场生活垃圾筛分产物分为筛下细料、金属类、玻璃类、硬质塑料制品、筛上轻质物五大类，
各物质占比分别为２３．５％～３４．５％、０．９％～１．１％、１．２％～１．９％、１．５％～６．０％和５８．５％～７２．０％；其中，高价值可回收物，其经清洁提质后，可售卖再利用，筛下细料含有３９％～６２％有机质，主要为易腐有机垃圾，可进行简易堆肥腐熟，作为填埋场植被的施用肥料。
（２）筛上轻质物经打包后垃圾密度大幅增加，由原来的散装０．３～０．５ｔ／ｍ３增至为０．８～１．０ｔ／ｍ３，可显著降低填埋占地面积，增加库容利用效率；打包后垃圾能显著削减ＶＯＣ和ＮＨ
３的散发，相比散装垃圾填埋，ＮＨ
３
平均削减率大于９５％，有效削减生活垃圾填埋场恶臭污染。
（３）生活垃圾筛分与打包块状填埋新技术一方面实现废物资源化，另一方面节约填埋库容、削减填埋场恶臭、延长填埋场使用时间和降低了环境影响，是实现可持续填埋的重要措施。
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（本文文献格式：王 巍．生活垃圾筛分减量与打包填埋新技术工艺探讨［Ｊ］．山东化工，２０２０，４９（２４）：２５７－２５９＋２６２．）
·
２
６
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·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０２０年第４９卷
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