水土保持畢業(yè)論文.doc

水土保持畢業(yè)論文 水土保持畢業(yè)論文 前言人工濕地是一種由人工建造和管理的綜合生態(tài)系統(tǒng)。迄今為止，各地區(qū)已經(jīng)把人工濕地技術(shù)充分地應(yīng)用到了污水處理中，并且對于污水處理的對象已經(jīng)由生活污水、農(nóng)業(yè)污水拓展到處理污染物含量較為復(fù)雜的工業(yè)廢水，使得生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益的有效提升。目前，在美國約有600多座人工濕地工程用于處理市政、工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢水，在丹麥、德國、英國每個國家也都至少有200個地下潛流濕地系統(tǒng)在運行，新西蘭也有80多個人工濕地系統(tǒng)被投入使用1。根據(jù)人工濕地的運行經(jīng)驗，正常情況下濕地的出水水質(zhì)可達到農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)要求，濕地系統(tǒng)為水禽提供了舒適的沼澤棲息地，并且對于濕地植物收割后，對濕地基本無破壞，濕地的運行維護管理費用低廉。因此，人工濕地的出水一般用于控制農(nóng)村面源污染或灌溉工程；在挪威，正探索采用人工濕地處理高濃度難降解廢水的研究，雖然穩(wěn)定性和出水指標(biāo)正在進行著研究，但對污染物的處理效果特別是cod、bod、tp和tn的去除率都達到了較優(yōu)的效果；英國提出的有關(guān)人工濕地可持續(xù)排水系統(tǒng)方案，將人工濕地成功應(yīng)用于住宅、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、公路和機場等地，用于給排水；澳大利還采用人工濕地取代傳統(tǒng)的雨水調(diào)蓄池凈化合流制溢流污水，并積累了大量相關(guān)工程經(jīng)驗。我國對于人工濕地生態(tài)去污技術(shù)的研究以在中小城鎮(zhèn)構(gòu)筑節(jié)約型人工濕地為主，成本低廉且運行效果也很好；同時，結(jié)合人工濕地技術(shù)利用荒漠化的土地對污水進行物理、化學(xué)和植物處理，不僅使污水的處理效果有了大大提升，也使荒漠化土地有了可持續(xù)利用的價值，在人工濕地構(gòu)筑的過程中，可以建立大片的生態(tài)濕地，對小環(huán)境有著良好的作用。目前，國內(nèi)研究主要針對于人工濕地各個組成成分對tn、tp的去除效果進行研究和分析，并得到了不同濕地構(gòu)成、不同污染物濃度、不同植物配置對污染物去除率的影響，并得到了人工濕地最優(yōu)的配置體系。本文以滿堂河小流域人工濕地為實例，滿堂河人工濕地位于沈陽市東陵區(qū)滿堂河小流域，緯度:41.9，經(jīng)度:123.6，屬于受季風(fēng)影響的溫帶濕潤大陸性季風(fēng)氣候。氣候特點是：一年四季分明，寒冷期長，雨熱同期，干冷同季，降雨充沛，溫度適宜，光照充足。年平均氣溫為7.4，全年無霜期約為153天，年平均降水量為705.4毫米，在滿堂河小流域人工濕地 滿堂河小流域人工濕地即沈陽市滿堂河污水處理廠人工濕地系統(tǒng)，簡稱滿堂河人工濕地。中，共有兩種人工濕地類型，24個處理單元，總面積270畝，包括潛流式構(gòu)筑濕地和景觀濕地，其中構(gòu)筑濕地配置有蘆葦、茭白等植物群落，景觀濕地利用處理后的出水的污水排入人工濕地進行生態(tài)改造，進而建立平衡的濕地生態(tài)系統(tǒng)，帶動了環(huán)境綠化恢復(fù)原有的野生群落。然而由于人工濕地在世界范圍內(nèi)只是處于剛起步的階段，此時針對構(gòu)筑濕地對污染物消減的數(shù)據(jù)以及景觀濕地的作用分析還是比較少的。目前尤其是冬季，低溫對人工濕地中主要機制的影響還在進行著不斷的試驗及發(fā)現(xiàn)工作。人工濕地對污染物的消減作用是不言而喻的，但怎樣保護人工濕地以延長其使用年限，在使發(fā)揮最大效益的任務(wù)中起著關(guān)鍵的作用。人工濕地技術(shù)的興起和進一步的研究，對污水處理及小流域的生態(tài)修復(fù)有著強有力的推動作用，因此對人工濕地的各項指標(biāo)數(shù)據(jù)及其保護措施已經(jīng)日益成為了人們關(guān)注的焦點。在仔細研究了生態(tài)去污技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合水土保持專業(yè)涵蓋的植物學(xué)、分析化學(xué)等課程進行人工濕地植物配置的研究，得出植物對人工濕地中污染物的脫除作用，并結(jié)合園林工程、土壤學(xué)等課程對景觀濕地的作用進行分析。最后通過計量學(xué)方法對該地區(qū)人工濕地的現(xiàn)狀和生命周期進行評估。相關(guān)實驗具體實施在滿堂河污水處理廠和東陵區(qū)環(huán)保局實驗室做得，實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過校對均在誤差允許值之內(nèi)，其中一部分數(shù)據(jù)由實驗所在單位提供。文中圖片由現(xiàn)場拍攝，雖然文中還不免有不足之處，但還是希望可以為東北城郊接壤地區(qū)人工濕地在冬季的保護和恢復(fù)方面提供支持。1 滿堂河人工濕地的組成、凈化機理及工藝流程近年來，人工濕地污水處理技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于處理工業(yè)廢水和生活污水。隨著濕地技術(shù)的進一步開發(fā)與完善，沈陽市滿堂河污水處理中心于2003年9月竣工并試運行，是東北地區(qū)第一座采用人工濕地技術(shù)進行污水生態(tài)處理的示范工程，也是沈陽市污水處理的重點工程之一。人工濕地污水處理系統(tǒng)的優(yōu)點：1）建造和運行費用低廉；2）易于維護，技術(shù)含量低；3）廢水處理效果優(yōu)越，并具有一定的可靠性；4）可緩沖對水力和污染負荷的沖擊；5）可提供和間接提供生態(tài)、農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟效益。1.1 滿堂河人工濕地的組成與結(jié)構(gòu)滿堂河人工濕地在功能上分為構(gòu)筑濕地和景觀濕地。其中構(gòu)筑濕地屬于潛流型濕地，填料床內(nèi)基質(zhì)為粘土、礫石等，共分為七層分布于濕地植物根系和水管中。亞粘土層和砂土層用于提供濕地植物生長所必須的營養(yǎng)物質(zhì)，并能通過密實的物理結(jié)構(gòu)過濾污水中的污泥等有機污染物。布水管中的污水通過高進低出的水壓作用，并經(jīng)過上述濕地植物根系的吸收以及填料的過濾，到達集水管后，統(tǒng)一流入表流人工濕地進行進一步的過濾，然后再由出水口匯入滿堂河下流的河道中完成污水凈化過程。具體分布見下圖：圖1-1 滿堂河潛流型構(gòu)筑濕地剖面圖fig.1-1 profile of mantangriver subsurface flow artificial wetlands上圖清晰的表明了潛流型構(gòu)筑濕地上種植作物為蘆葦時的布置，包括七層土壤結(jié)構(gòu)構(gòu)成的床體和布、集水管道。 景觀濕地是由一系列相互配置的植物群落組成的，主要通過植物根系及土壤完成對污水的進一步凈化。滿堂河小流域的人工濕地中的景觀濕地的構(gòu)成不僅達到了一定的園林效果，還為周圍的鳥類提供了環(huán)境良好的棲息地。在草本植物的基礎(chǔ)上進行了喬灌木混交，并種植有果樹、景觀花卉，達到了經(jīng)濟效益與生態(tài)效益的均衡發(fā)展。1.2 人工濕地的凈化機理人工濕地生態(tài)系統(tǒng)由相互聯(lián)系的三類要素組成：人工基質(zhì)、水生植物和微生物。人工基質(zhì)為微生物的生長提供穩(wěn)定的依附表面，為水生植物提供載體和營養(yǎng)物質(zhì)；水生植物除直接吸收利用污水中的營養(yǎng)物質(zhì)及吸附、富集一些有毒有害物質(zhì)外，還有輸送氧氣到植物根部和維持水力傳輸?shù)淖饔茫欢⑸锿ㄟ^代謝作用降解污水中的有機污染物。滿堂河人工濕地擁有兩種形式的濕地，它們分別具有不同的污水處理作用和價值。其中構(gòu)筑濕地屬于水平潛流式人工濕地，是滿堂河污水處理中心的核心處理單元，包括農(nóng)大濕地系統(tǒng)、滿堂濕地系統(tǒng)和試驗田三大部分組成。在試驗田中包括有3個單元，每個單元分別填充土壤和一定級別的填料形成的混合結(jié)構(gòu)，床體表面種植蘆葦和茭白。水生植物與在水中、填料中生存的動物和微生物形成利于污水凈化的生態(tài)環(huán)境。當(dāng)污水流經(jīng)構(gòu)筑人工濕地的同時，生物系統(tǒng)與填料系統(tǒng)共同作用，通過過濾、吸附、沉淀、植物吸收和微生物分解，實現(xiàn)對污水的高效率凈化處理；景觀濕地由3個人工湖、2條溪流和各種植物群落組成，典型植物包括楊樹、柳樹、銀杏、火炬樹等喬木，杏、李、櫻桃、山楂等果樹，四季玫瑰、錦帶、丁香、連翹、木繡球等觀花灌木，福祿考、景天、月季等花卉，苔草、荇菜、澤瀉、菖蒲等溪邊植物。建設(shè)植物群落通過疏密和高低錯落的樹種、花卉特點配置出形狀多樣，層次分明，色彩豐富的濕地園林綠地景觀。以常綠樹種作用背景，依據(jù)各種灌木和草本花卉的生長條件和特性，因地制宜地點綴其中，在春季有萬花爭春，在夏季供動物飛鳥及人類休憩，秋季有果實成熟，冬季的銀裝素裹更為滿堂河小流域增添了景觀效果。景觀濕地將處理后的污水再次深加工，效果成倍增加，排入滿堂河下流后，降低了原被污染的河流的有害污染物的含量。1.2.1 有機物去除機理廢水中有機物種類繁多，但對于主要含烴類、脂肪、蛋白質(zhì)以及揮發(fā)性物質(zhì)（如乙醇、丙酮等），對不溶性有機物的去除主要依靠人工濕地中填料的吸附、過濾作用和自身的沉淀功能。有資料表明：如不溶性ss，可在進水的10m以內(nèi)去除90%2。但對于濃度過高的污水，需要通過一定的停留時間來進行過濾和沉降?？扇苄杂袡C物則主要依靠濕地中植物的吸收作用。濕地植物的根系通過動力將可溶性有機物運送并固定，也可利用根系生物膜的吸附作用達到吸收凈化效果。同時濕地中的微生物則利用分解代謝作用除去了污染物。由于本人工濕地的來水中主要有機物有甲苯、淀粉、油脂等物質(zhì)，微生物先將污染物水解成小分子有機物后，通過同化作用吸收。經(jīng)過測定，有預(yù)處理的人工濕地對ss的去除率為87.5%，無預(yù)處理的人工濕地為80%。1.2.2 氮的去除機理污水中的氮元素主要是通過植物對含氮化合物的吸收利用作用，主要是nh4-n；填料和植物根部對含氮化合物吸附、過濾作用；微生物的硝化與反硝化的分解作用以及氨自身的物理揮發(fā)。滿堂河人工濕地主要針對生活污水的處理，污水中的nh4-n含量較多，主要采用植物和微生物去氮，無機氮作為營養(yǎng)元素被供給植物生長，后經(jīng)過收割完成去除過程；流經(jīng)人工濕地的污水中含有豐富的碳源，當(dāng)碳源和系統(tǒng)壓力發(fā)生變化時，可發(fā)生以下微生物反應(yīng)：1）存在于土壤中的微生物在壓力平衡的條件下進行呼吸作用：2）當(dāng)壓力降低和壓力升高時，分別進行硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)： ; 此時，微生物將nh4-n轉(zhuǎn)化成氨，生成的氨在有氧狀態(tài)時通過硝化作用，亞硝酸氧化細菌將氨氧化成亞硝酸，或硝酸氧化細菌將亞硝酸氧化成硝酸，生成的產(chǎn)物可以直接被植物利用。同時發(fā)生另一種反應(yīng)的可能性增加，這就是氨的氧化反應(yīng)：;而另一部分沒有被植物吸收利用的氨在水體中的循環(huán)，其中的一部分還可以與土壤中的陽離子發(fā)生反應(yīng)，但生成的化學(xué)物質(zhì)都比較活潑，這樣氨又有可能被再次釋放到水體中，造成了氨的循環(huán)。從上述反應(yīng)式和敘述的氨元素轉(zhuǎn)化過程可以看出，參加反應(yīng)的氨被轉(zhuǎn)化成有機物吸收到植物體內(nèi)或成為、氣體從人工濕地排放出去。1.2.3 磷的去除機理對于生活污水，p的含量也是不容忽視的。p元素過多易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。與去除n元素相似，滿堂河人工濕地對p元素的去除主要也是通過植物、填料以及微生物的共同作用來完成的。有研究者指出上述三者對磷的去除速度以填料最快，水生植物最慢2。由于滿堂河人工濕地采用的填料是由土壤、砂和礫石組成，礫石和土壤對的最大吸附量分別為0.107mg/g和1.11mg/g3。人工基質(zhì)密實的結(jié)構(gòu)可通過吸附、過濾、沉淀和離子交換作用將不可溶的大分子p去除；可溶性的磷化物在污水中與一些金屬離子如鋁、鎂等發(fā)生離子交換反應(yīng)，從而生成不溶性磷化物。不溶性的磷化物將被人工基質(zhì)吸附、沉淀，后通過水壓對磷化堆積物的沖刷，將這些污染物以污泥的方式排除濕地。浮水植物對p元素的去除主要是通過自身的吸附作用，依據(jù)經(jīng)驗蘆葦、茭白的除去能力較其他品種的植物強，實驗證實，植物根部的吸收能力大于莖部，葉片和莖對n、p的積累量最大。1.2.4 有害微生物的去除機理有害微生物可通過物理、化學(xué)和生物的綜合作用被去除。在人工濕地的環(huán)境下，去除有害微生物的物理因素包括過濾、沉淀、富集和紫外輻射作用；也可通過氧化及其他植物或微生物產(chǎn)生的抗生素、噬菌體等生物化學(xué)作用使有害微生物自然死亡或被吸收消化。1.3 構(gòu)筑濕地系統(tǒng)流程及運行圖1-3 構(gòu)筑濕地布水圖fig.1-3 water distribution plan of artificial wetlands圖中所示為組成滿堂河構(gòu)筑濕地的兩大部分的布水系統(tǒng)，即水處理運行圖。其中農(nóng)大處理系統(tǒng)是滿堂河人工濕地處理的核心部分，處理對象針對沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)的生活污水。面積占整個潛流構(gòu)筑濕地面積的2/3。分為24個處理單元，并由一條長約280m的布水渠平均分為兩部分，兩側(cè)設(shè)有與布水渠平行分布的集水渠，位于距離布水渠東西25m處，用于集流和壓流。集流渠兩側(cè)設(shè)有11個操作井，以便觀察濕地水流狀況，隨時調(diào)整水位，最后統(tǒng)一匯入出水口。1.4 景觀濕地系統(tǒng)的運行景觀濕地回用水主要來源于經(jīng)構(gòu)筑濕地二次凈化處理后的部分中水。景觀水的布水流程是通過總集水渠內(nèi)的水流經(jīng)三通閥門井，一部分水經(jīng)過水流量計排入滿堂河，另一部分進入景觀濕地。在景觀濕地中設(shè)有回流泵，經(jīng)pvc管線連接，將水直接調(diào)入濕地中的一個人工湖，形成大回流。同時在集水井中也設(shè)有回流泵，經(jīng)另外一條pvc管線，調(diào)入另一人工湖，形成小回流。 為了便于清理和維護，利用操作井下方的憋水點分別調(diào)控兩個溪流的水流量，以達到利用水的流速變化帶動水體內(nèi)綠苔等雜物向下游流走。另外，憋水點除了可以調(diào)控上述兩個溪流的流量外，還可以起到抬高湖面的整體水位的效果。在清理湖后，利用打開憋水點的辦法，可以因瞬時水流速的增大而帶走大量的漂浮雜物，達到清理濕地床的目的。 景觀濕地中的大小回流還可以調(diào)節(jié)，人工濕地的水質(zhì)。當(dāng)人工湖或構(gòu)筑濕地出水的水質(zhì)過差時，可以及時關(guān)閉大小回流，防止各湖水的水質(zhì)受到影響。如果是由于藻類瘋長所致要及時清理水體中的綠苔，如果是由于構(gòu)筑濕地來水水質(zhì)變差所致，則等到水質(zhì)變好后再可開大大小回流。當(dāng)水質(zhì)過差影響整體景觀用水時，可采用湖體清淤方法，延水的流向使湖水外流，停止回溯，到不自流時，可清理后重新調(diào)水，使整個水體重新循環(huán)。2人工濕地污染物去除分析為了討論人工濕地對污水中污染物的消減作用，本次試驗分為兩組，一組以有預(yù)處理的污水進入構(gòu)筑濕地前后的各項指標(biāo)為樣本，另一組以無預(yù)處理的污水進入構(gòu)筑濕地前后的各項指標(biāo)為樣本，得出數(shù)據(jù)說明構(gòu)筑濕地在正常運行狀態(tài)下對污染物的消減作用。2.1 指標(biāo)與分析方法選取cod、bod和ss作為測定指標(biāo)，并以各指標(biāo)去除百分比反映構(gòu)筑濕地污染物去除狀況。2.1.1化學(xué)需氧量codmn所謂cod，就是化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand），是在一定的條件下，采用一定的強氧化劑處理水樣時，所消耗的氧化劑量。表示水中還原性物質(zhì)多少的一個指標(biāo)。針對本試驗的水樣對象為生活污水，所以考慮用已學(xué)過的方法測定，即高錳酸鉀法測定cod，為了避免酸性高錳酸鉀被氧化導(dǎo)致的結(jié)果偏差，改用堿性高錳酸鉀法測定。反應(yīng)原理是：，發(fā)生后再將溶液調(diào)成酸性，加入草酸鈉。結(jié)合測定原理，試驗步驟為：1）取25ml水樣于250ml錐形瓶中，加蒸餾水l00ml，加硫酸10ml，再加入濃度為0.1的硝酸銀溶液5ml以除去水樣中的氯離子，搖勻后準(zhǔn)確加入0.005 moll-1高錳酸鉀溶液10 ml記為v1，將錐形瓶置于沸水浴中加熱30min，氧化需氧污染物。冷卻后加0.013moll-1草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液10ml，搖勻至溶液呈無色。在7080的水浴中用0.005moll-1高錳酸鉀溶液滴定至微紅色，30s內(nèi)不褪色即為終點，記下高錳酸鉀溶液的用量為v2 。2）在250 ml錐形瓶中加入100 ml蒸餾水和10 ml硫酸，移入草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，搖勻，在70 80 的水浴中，用0.005moll-1高錳酸鉀溶液滴定至溶液呈微紅色，30s內(nèi)不褪色即為終點，記下高錳酸鉀溶液的用量為v3。3）在250 ml錐形瓶中加入蒸餾水100 ml和10 ml硫酸，在70 80 下，用 0.005moll-1高錳酸鉀溶液滴定至溶液呈微紅色，30s內(nèi)不褪色即為終點，記下高錳酸鉀溶液的用量為v4。按下式計算：式中：；為水樣體積；2.1.2 構(gòu)筑濕地的bod5bod5就是五日的生化需氧量，表示五日的時間里，水中有機物等需氧污染物含量的綜合指標(biāo)。說明水中有機物由于微生物的生化作用進行氧化分解，使之無機化或氣體化時所消耗水中溶解氧的總數(shù)量。主要儀器有：恒溫培養(yǎng)箱（20）、溶解氧瓶、虹吸管。實驗原理指在一個特定型號不透氣的瓶子里盛滿樣品，在特定溫度下培養(yǎng)5天，分別測定培養(yǎng)前后的溶解氧，由二者之差即可計算出bod值。由于開始的溶解氧是在稀釋之后確定的，所以bod測試中應(yīng)包括測試之后攝取的所有的氧。步驟如下：1）水樣ph7.5，則用高濃度的酸液進行中和，再用經(jīng)過馴化的微生物接種液（馴化7d的含生活污水的滿堂河河水）的稀釋水（適量水加入氯化鈣、氯化鐵、硫酸鎂、磷酸緩沖溶液各1ml，溶解氧飽和，水溫20，ph=7.2的溶液）進行稀釋以減少有毒物質(zhì)的濃度。2）放置1.5h后，由求得的cod值乘以一定的系數(shù)得到稀釋倍數(shù)，本試驗中系數(shù)取1.0。3）采集水樣，由于水溫較低，將水樣迅速升溫至20左右，充分振搖，趕出過量飽和的溶解氧，加塞。其中一瓶用碘量法測定進行溶解氧測定，另一瓶瓶口密封，放入培養(yǎng)箱5d，5d后測定溶解氧。4）按照1.0倍的稀釋比例，用虹吸法沿筒壁先引入部分接種稀釋水（5ml/l接種液加于稀釋水中）于1000ml量筒中，均勻加入水樣，再引入接種稀釋水至800ml，用帶膠板的玻璃棒上下攪勻。5）另取兩個溶解氧瓶，用虹吸法裝滿接種稀釋水做空白試驗。同樣測定當(dāng)日溶解氧和5d溶解氧。得到數(shù)據(jù)后，按照公式：其中：、為接種稀釋和水樣分別在培養(yǎng)液中所占比例。2.1.3 構(gòu)筑濕地中的ssss即水質(zhì)中的懸浮物（suspended substance）的縮寫，水質(zhì)中懸浮物指水樣通過孔徑為0.45m的濾膜截留在濾膜上并于103105 烘干至恒重的固體物質(zhì)，是衡量水體水質(zhì)污染程度的重要指標(biāo)之一。一般用濾膜稱重法測定來測定。所用儀器有：烘箱、稱量瓶、孔徑0.45mm的濾膜以及相應(yīng)濾器。步驟：1）取干凈水樣并分成兩份，平均試驗。將濾膜放在開口的稱量瓶中，放于103105下烘干2h，取出待冷卻后，蓋好瓶蓋稱重直至恒重為止，重量記為a。2）去除漂浮物，分別取出振蕩均勻的水樣。用上步的過濾膜過濾；用蒸餾水沖洗35次后，再用10ml石油醚分兩次淋洗殘渣。3）取下濾膜，放入原稱量瓶內(nèi)，在103105烘箱中開蓋烘2h后取出，冷卻后蓋蓋稱重至恒重，重量記為b。記錄數(shù)據(jù)，按照以下公式計算：2.2 結(jié)果與討論利用現(xiàn)有試驗儀器，并運用所學(xué)專業(yè)知識，結(jié)合本廠一些經(jīng)驗、數(shù)據(jù)，依據(jù)上述測定方法對構(gòu)筑濕地進出水的各指標(biāo)進行了分析，結(jié)果見表2-1：表2-1 試驗結(jié)果對比表table.2-1 the results comparison tablebod5/mgl-1cod/mgl-1ss/mgl-1無預(yù)處理有預(yù)處理無預(yù)處理有預(yù)處理無預(yù)處理有預(yù)處理來水出水來水出水來水出水來水出水來水出水來水出水126.6715.0053.819.75245.6448.5594.8819.26154.1620.8448.139.92表中數(shù)據(jù)可以由公式計算出去除效率：式中，為污染物去除效果； 為來水污染物濃度； 為出水污染物濃度；計算結(jié)果表明滿堂河無預(yù)處理的構(gòu)筑濕地對bod5、cod、ss的去除效率分別為88.16%、80.23%、和86.48%；有預(yù)處理的構(gòu)筑濕地對bod5、cod、ss的去除效率都約為81.88%、79.70%、79.39%，數(shù)據(jù)表明構(gòu)筑濕地的處理效果達到了排放要求（見表2-2）。另外依據(jù)表中的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)存在有一定的規(guī)律：無預(yù)處理的構(gòu)筑濕地的污染物含量高于有預(yù)處理構(gòu)筑濕地，同時，無預(yù)處理構(gòu)筑濕地的去除率也高于有預(yù)處理的構(gòu)筑濕地，說明構(gòu)筑濕地污染物去除率與污染物的濃度存在一定的線性關(guān)系。另外，一部分經(jīng)過構(gòu)筑濕地的出水通過布水管線回流至分布在構(gòu)筑濕地旁的景觀濕地中，進行自然狀態(tài)下的水質(zhì)凈化并構(gòu)成穩(wěn)定的生態(tài)小環(huán)境。表2-2 本地執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)table.2-2 the implementation standards of this aere排入污水處理廠的水污染物最高允許排放濃度/mg/l 五日生化需氧量（bod5）250化學(xué)需氧量（cod）450懸浮物（ss）300總氮（tp）50磷酸鹽（p）5.0直接排放的水污染物最高允許排放濃度五日生化需氧量（bod5）10化學(xué)需氧量（cod）50懸浮物（ss）20總氮（tp）15磷酸鹽（p）0.5注：表2-2，根據(jù)遼寧省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、遼寧省環(huán)境保護局在2008年7月1日發(fā)布共同發(fā)布，2008年投入實施的遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，db21/1627-2008。 3人工濕地中植物對污染物的去除作用植物是人工濕地的重要組成部分之一，植物通過自身生理代謝作用不但可以分解和吸收污水中的部分污染元素，使之毒害作用大幅度降低，促進水體中的氧氣平衡；而且還能利用水中的n、p元素作為生長原料，向土壤環(huán)境中釋放大量的分泌物，如糖類、醇類、氨基酸等，這些物質(zhì)為微生物的生長提供了豐富的營養(yǎng)，促進硝化細菌、反硝化細菌、磷細菌、纖維素分解菌等微生物的生長，促進氮、磷的釋放及轉(zhuǎn)化，從而間接的提高對污水的凈化率。植物同時還能改良土壤，綠化土地，改善區(qū)域小氣候，促進生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。本章首先介紹了滿堂河小流域人工濕地中構(gòu)筑濕地的植物選擇以及景觀濕地的植物群落構(gòu)建，從植物多樣性和功能方面討論和評價滿堂河小流域人工濕地的植物配置優(yōu)勢。然后分析了冬季無植物群落的人工濕地對污染物的去除效果，與原有數(shù)據(jù)即有植物群落的人工濕地去除污染物的效率進行比較。并討論冬季景觀濕地對土壤改良的作用。3.1 構(gòu)筑濕地的植物選擇根據(jù)構(gòu)筑濕地的來水特點，考慮了地帶性、地域性種類，并結(jié)合經(jīng)濟價值和濕地園林化建設(shè)的要求，滿堂河人工濕地植物以挺水植物為主，如蘆葦和茭白，其中蘆葦居多，并配有一定數(shù)量的香蒲（l），這種挺水類型的植物根系發(fā)達，可通過根系向基質(zhì)輸送氧分，使基質(zhì)中形成多種類型的需氧小區(qū)，有利于微生物的生存繁殖，以便增加污染物的降解途徑。不同植物對不同污染物的處理效果各異，蘆葦是多年生草本禾本科，具有長而粗壯的匍匐根狀莖，可滯留沉積物、有害有毒物質(zhì)和富營養(yǎng)物質(zhì)，不僅能吸收富營養(yǎng)有機物，還能通過縱橫交織的根和地下莖將含高礦物質(zhì)的水通過沉淀和脫氧作用從水中排出，減少地下水的污染。蘆葦是半水生半陸生的過渡性植物，可有效分解酚物質(zhì)，防止土壤的次生鹽漬化，并能以有機質(zhì)的形式貯存碳元素，進而調(diào)整區(qū)域溫度，減少溫室氣體的排放。香蒲能去除污水中的有機物如氯化烷烴，并可吸收鈷、鎳、錳，其根部能分泌天然抗生物質(zhì)，降低污水中的有害微生物含量；其空心莖有利于空氣的輸送，為微生物提供額外的氧分。茭白生長量大，具有較強的吸收n、p的能力。3.1.1 蘆葦蘆葦是c3植物，根系較淺但比較發(fā)達。栽植于與水體隔開并抽干的土壤基質(zhì)上，等間距為4060cm，一般情況下早春3月下旬蘆葦開始返青，隨后蘆葦開始生長，生長曲線呈單峰式，生物量極大值出現(xiàn)在10月底11月初。由于蘆葦栽植后無需人工管理，且通過根莖繁殖在1年內(nèi)即可達到一定密度，所以蘆葦作為污水處理中抑制水體富營養(yǎng)化、凈化水質(zhì)的主要植物。但今年冬季較長由于季節(jié)限制，本試驗開始時，蘆葦?shù)厣喜糠稚形撮_始增長且仍然停留在上一年收割后的狀態(tài)，這就為研究冬季人工濕地去除污染物提供了條件。3.1.2 茭白茭白是禾本科植物，菰屬，多年生挺水型水生植物，具有很大的生長量并有較強的吸收氮磷的能力。茭白出苗在4月初左右，此時的萌芽期生長期的水位不宜過高，但在分蘗后期可適當(dāng)上水，這時處理污水所發(fā)揮的作用達到最大。而在冬季可保持淺水狀態(tài)，土壤保持濕潤避免干旱。茭白的生長周期可分為四個階段：萌芽期、分蘗期、孕茭期和休眠期。試驗開始時，本地茭白正處于休眠期，地上部分已全部枯死，地下部分保持養(yǎng)分并配有分蘗芽和分株芽休眠。茭白與蘆葦兩種植物的配比采用構(gòu)筑濕地前方為蘆葦，后部有8排茭白的形式。其中還配有一定數(shù)量的香蒲，用以增加植物群落的多樣性來提高污水凈化效率。3.2 景觀濕地的植物配置與園林效果由于景觀濕地的來水對象主要來源于經(jīng)構(gòu)筑濕地二次凈化處理后的部分中水。根據(jù)遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)，已知排入構(gòu)筑濕地的污水tn=50mg/l，tp=5.0 mg/l，經(jīng)過測定和計算，排出無預(yù)處理的構(gòu)筑濕地來水為tn=15 mg/l，tp=0.5 mg/l，此來水作為景觀濕地供水。各色植物配置其中，蜿蜒小溪和平靜的湖面構(gòu)成了景觀濕地美麗的風(fēng)景。3.2.1 喬木中心園區(qū)典型的喬木為楊樹和柳樹。楊樹植后管理十分重要，在楊樹的管理中，施肥進行結(jié)束后，進行整形工作，修枝是提高樹干質(zhì)量，培育干形通直高達、圓滿無節(jié)良材的必要措施。栽植時要剪去苗木側(cè)枝，及時抹芽并在秋季落葉期去除側(cè)枝，以防止樹液流動帶來感染。滿堂河景觀濕地內(nèi)的楊柳樹，除正常的病蟲害剪枝和冬季剪枝以外，道路兩側(cè)的樹木側(cè)枝一律達到了2.5m以上。2008年始滿堂河景觀濕地擁有20多棵銀杏樹，集中種植在園區(qū)中心地帶。經(jīng)過有關(guān)專家的幫助，通過將木質(zhì)部鉆孔（深度5cm，與枝干成45）并注入能量釋放劑，同時在銀杏根部施入生根劑的方法，克服了該樹種葉小而少的缺點，實施措施后，獲得了良好的效果。生長優(yōu)良的銀杏樹具有相當(dāng)?shù)目捎^性和經(jīng)濟價值。園區(qū)南部種植了火炬樹，火炬樹是漆樹科漆樹屬落葉小喬木，高8m左右，小枝粗壯，密生長柔毛。奇數(shù)羽狀互生復(fù)葉，小葉11-23枚，長圓形至披針形，緣有鋸齒，葉軸無翅。雌雄異株，雌花色澤似火。入秋全部葉色呈紅艷或橙黃色，具有相當(dāng)高的觀賞價值而且耐寒、耐旱、耐鹽堿，根系淺但水平根發(fā)達，萌蘗性強易于管理，極少出現(xiàn)病蟲害。紫葉李位于園區(qū)西部，是薔薇科李屬小喬木。樹冠呈圓形或扁圓形，小枝呈紅褐色。葉呈卵形或倒卵形邊緣有鋸齒，色呈紫紅色?；閱紊?-3朵聚生，粉紅色；果實則為黃綠色并有紫色暈。樹木色彩多樣，不同的季節(jié)擁有不同的景觀，對土壤的適宜性強，果實可食，非常具有趣味性。紅豆杉與其他樹種或果樹進行套種，由于其喜蔭、耐旱耐寒、對環(huán)境的適宜能力強等特點，管理簡便。其中，東北紅豆杉具有古老的歷史，成材時間也較長。但具有相當(dāng)強的生命力，有千年不衰的能力，可作藥用。在景觀濕地中種植此樹種的意義很大，對恢復(fù)周邊環(huán)境，建立穩(wěn)定的生態(tài)平衡起著一定作用。3.2.2 灌木1）丁香：桃金娘科丁香屬，有藥用價值并可作為香料，配置于人工湖岸邊，2）多季玫瑰：薔薇科落葉灌木，有喜暖、喜光、耐旱和忌濕的特點，因此其配置遠離人工湖的濕潤土地，散植于園區(qū)南部。3）榆葉梅：薔薇科，花色可由深紅漸變?yōu)榉奂t色再變?yōu)榉郯咨?，枝葉茂密，植于園區(qū)草地、園區(qū)小路邊和人工湖畔。并將榆葉梅植于常綠樹木前，或配置在堆石邊，配置方式為三株叢植，與連翹搭配種植。4）連翹：木犀科連翹屬，蔓生落葉灌木?；ń瘘S色氣味微香。具有很強的萌蘗能力，早春即可開花，一部分植于休息室墻隅，另一部分與榆葉梅配植。5）紅王子錦帶：忍冬科落葉灌木，喜光、耐寒，畏水澇。叢植于園路中。6）四季錦帶：孤植于園區(qū)中心部，增加景觀效果。7）木繡球：忍冬科半常綠灌木，喜光少害，作為配植植物于榆葉梅叢植。3.2.3 果樹在園區(qū)西部種植了四種果樹：梨樹、李樹、杏樹和櫻桃樹。園區(qū)西部的表面流水質(zhì)較好，日照條件良好，土壤較疏松，為果樹的綠色生長提供了條件。3.2.4 花卉1）草本花卉有：景天、福祿考、石竹、地被菊、荷蘭菊、馬藺草。2）木本花卉主要是月季。3）水生植物有：荇菜、澤瀉、驢蹄草、鳶尾花。3.2.5 草坪景觀濕地中的草坪以禾本科結(jié)縷草為主，結(jié)縷草耐寒性較強，抗干旱、耐貧瘠、耐踩踏，綠色期長。冬季休眠，-20亦能安全過冬。播種量為8g/m2。為了提高草坪抗性，景觀濕地在草種配置時混栽了一定數(shù)量的假儉草和天堂草。3.2.6 景觀濕地植物配置圖3-1 滿堂河小流域景觀濕地鳥瞰圖fig.3-1 birds eye view of mantangriver artificial wetlands3.3 植物群落與人工濕地去除污染物效果的影響3.3.1 冬季構(gòu)筑濕地植物根部對n、p的消減效果滿堂河構(gòu)筑濕地主要的植物是蘆葦和茭白，但其中蘆葦?shù)臄?shù)量較多。由于冬季蘆葦?shù)厣喜糠忠驯皇崭?，僅留有地下交錯的根部，因此本試驗只取蘆葦根部作為樣本，研究蘆葦根部對污染物的消減效果。根據(jù)樣品營養(yǎng)元素濃度，植物生物量以及地上地下生物量比例計算單株植物的營養(yǎng)元素濃度。試驗樣地取四塊11m2，分別位于構(gòu)筑濕地中央軸線布水管線兩側(cè)2m處。植株全氮包括兩種形式：硝態(tài)氮和銨態(tài)氮。在日常工作中，硝態(tài)氮采用紫外分光光度法直接測定，銨態(tài)氮采用納氏比色法測定。由于上一年收割的時間為10月末，收割時的生物量經(jīng)過測定達到了最大值4.2kg/m2，地上部分平均生物量達到2.94kg/m2，地下部分平均生物量1.06kg/m2， n的累積量為90.3g/m2，對p的積累量達到18.6g/m2。在本試驗中，植株全氮和全磷運用植物學(xué)方法測定，植株溶液在測定前應(yīng)用植物樣品在濃h2so4溶液中，經(jīng)過脫水、碳化、氧化作用后，再加入h2o2 ，h2o2升溫利用強氧化反應(yīng)分解有機物，使有機態(tài)氮全部轉(zhuǎn)化為無機銨鹽。同時，樣品中的有機磷也轉(zhuǎn)化為無機磷酸鹽，故用同一消煮液分別測定n、p。1） 蒸餾法測定全氮方法中有兩種過程，蒸餾過程的原理為：；;滴定過程的反應(yīng)：主要儀器有150ml細口瓶、250ml三角瓶；萬分之一電子天平、電熱板或普通電爐、定氮儀。主要試劑有濃h2so4、300gl-1h2o2、10moll-1 naoh溶液、甲基紅溴甲酚綠混合指示劑、20gl-1硼酸指示劑溶液、0.02moll-1 h2so4標(biāo)準(zhǔn)溶液、0.01moll-1 h2so4標(biāo)準(zhǔn)溶液。步驟：將樣品磨細并用0.250.5mm篩子篩后，稱烘干的樣品0.1000g，置于100ml三角瓶中，消毒后吸取清液10ml置于蒸餾管，蒸餾管置于定氮儀相應(yīng)位置上，在150ml三角瓶中加硼酸2ml，并加指示劑2滴，調(diào)指示劑和硼酸ph=4.5，搖勻，將三角瓶置于定氮儀冷凝管末端，管口離硼酸液面以上34cm處，向蒸餾管中加入10moll-1 naoh溶液約約5ml，通入蒸氣蒸餾，待餾出液體積約50cm時，蒸餾完畢。 按照滴定過程，記錄樣品消耗h2so4標(biāo)準(zhǔn)酸的體積數(shù)v1。按照公式：式中：為全氮含量；v1 為樣品測定所消耗標(biāo)準(zhǔn)酸ml數(shù)； v0為空白試驗所消耗標(biāo)準(zhǔn)酸ml數(shù)； c為標(biāo)準(zhǔn)酸（h+1）的濃度moll-1；ts為分取倍數(shù)取0.1；2）釩鉬黃比色法測定全磷的含量。在酸性條件下，磷元素經(jīng)過一定反應(yīng)成為黃色溶液。主要儀器：50ml容量瓶；723型分光光度比色計；主要試劑：釩鉬酸銨試劑、6moll-1 naoh溶液、2，6二硝基酚指示劑、p標(biāo)準(zhǔn)溶液（ugml-1）。步驟：吸取待測液（同全氮測定）10ml，分別置于50ml容量瓶中，加2，6二硝基酚指示劑2滴 ， 用6moll-1naoh 調(diào)ph至剛顯黃色， 加釩鉬酸銨試劑10ml，用水定容。搖勻，放置5min ，用分光光度計在450nm處比色。以空白液調(diào)節(jié)儀器零點。標(biāo)準(zhǔn)曲線制作：分別吸取50ugml-1的p標(biāo)準(zhǔn)溶液0、1.0、2.5、5、7.5、10.0、15.0ml，于50ml容量瓶中，15min顯色后，用723型分光光度比色計進行比色。該標(biāo)準(zhǔn)系列p的濃度分別為0、1.0、2.5、5、7.5、10.0、15.0 ugml-1。按照公式：式中：為全磷含量； 為從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得顯色液p的質(zhì)量濃度(ug/ml)； 為顯色液體積(ml)； 為分取倍數(shù)取0.1。 經(jīng)過計算，全氮含量為94.75g/m2，全磷含量為19.17g/m2，人工濕地中的植物體地上部分營養(yǎng)元素n、p濃度(來自22種植物50個樣本)按平均值高低順序為：np，變異系數(shù)分別42.39%和49.18%。4根據(jù)已有資料獲得數(shù)據(jù)，為討論冬季植物對n、p元素的積累效果，選擇植物營養(yǎng)元素濃度()的計算公式4:來直觀的表述當(dāng)?shù)厣喜糠稚锪坎淮嬖跁r的現(xiàn)象（運用公式與利用植物學(xué)植株中含n、p方法測得的結(jié)果誤差小于0.5%，因此結(jié)果可用）：式中，為植物營養(yǎng)元素濃度；為地上部分濃度；為植物地上部分生物量；為地下部分濃度，為地下部分生物量。植物元素積累量()的計算公式為:式中，為植物生物量。計算得出pa(n)1=361.2 g/m2 ；pa(p)1=74.4 g/m2 。由于冬季植物地上部分被收割，只存有地下部分則=0，=0：再次得出數(shù)據(jù)：pa(n)2=95.71 g/m2 ；pa(p)2=19.26 g/m2 。同理，對于周邊尚未布水地區(qū)種植的同種植物取樣，依照上述步驟得出在無污水條件下植物元素積累量()。(n)2=95.22g/m2 ；(p)2=19.25 g/m2 。3.3.2 結(jié)論若消減效果用%表示，則：得出結(jié)論取整：=49% ；=10% 。即冬季蘆葦對n、p元素的消減效率分別為：49%、10%。3.3.3 冬季景觀濕地枯枝落葉層對園區(qū)土壤的基本作用本試驗中涉及的景觀濕地建成已有2年時間，枯枝落葉層的平均厚度為2-3cm；枯枝落葉層下土壤厚度約為12cm，ph=6.5。1）土壤含水量的試驗步驟：先將干凈鋁盒在天平上稱重；取樣后（取樣量占鋁盒體積的2/3）重量記為，開蓋在105的烘箱中烘干6h以上至恒重，重量記為，利用公式：2）土壤容重測定利用環(huán)刀法（環(huán)刀體積為100cm3）計算土壤容重如下：其中，為環(huán)刀及濕土重量；為為環(huán)刀重量；為土壤含水量。3）土壤孔隙度的計算：按照以下公式，此時土壤密度取=2.65g/cm34）重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)含量用電子天平稱0.05g風(fēng)干、篩選磨細、消毒后的土壤樣本置入150ml三角瓶中，進行加溫消煮后，目測瓶內(nèi)溶液的總體積約為60ml，加入35滴鄰菲啉指示劑，然后用0.1mol/l硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定消煮后剩余的重鉻酸鉀，溶液的變色過程是先由橙黃變?yōu)樗{綠，再變?yōu)樽丶t，即達終點?？瞻自囼炄?.5g粉末狀二氧化硅代替土壤樣本。根據(jù)公式：式中，為有機物含量； 、為滴定空白、樣品時硫酸亞鐵溶液體積ml； 為硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度； 為1/4碳原子的摩爾質(zhì)量數(shù)，g/mol； 1.1為修正系數(shù)。 1.724從碳含量換算成有機質(zhì)含量的系數(shù)。5）電位法測定土壤ph主要儀器設(shè)備有：酸度計、ph玻璃電極、飽和甘汞電極、攪拌器。主要試劑有：ph4.01標(biāo)準(zhǔn)緩沖液、ph6.87標(biāo)準(zhǔn)緩沖液、ph9.18標(biāo)準(zhǔn)緩沖液。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)緩沖液ph值與溫度對照表試驗過程中的室外溫度約為5，則緩沖液ph分別取3.999、6.951、9.395。儀器校準(zhǔn)后，稱取通過2mm篩的風(fēng)干土樣10.0g，置于50ml高型燒杯中，加入25ml 0.1mol/l kcl溶液中，攪動1min，使土樣充分分散，隔絕空氣靜置30min，然后將ph玻璃電極的球部插入土壤懸液中，同時將甘汞電極插入上部澄清液中，將懸液輕輕轉(zhuǎn)動，待電極電位達到平衡，按下讀數(shù)開關(guān)，讀出ph=6.5。3.3.4 結(jié)論通過查閱歷史資料，了解滿堂河流域其他地區(qū)歷年同時期土壤自然含水量為19%，土壤容重為1.6 g/cm3，孔隙度為39.6%，ph=8，屬于有機質(zhì)含量一般，結(jié)構(gòu)較差的弱堿性土壤。經(jīng)過計算得出的景觀濕地地區(qū)土壤含水量比其他地區(qū)歷年土壤含水量高出8.5個百分點。土壤容重為1.2 g/cm3，土壤孔隙度為54.7%。土壤的通氣性有了明顯的改觀，土壤中有機質(zhì)的含量15%，土壤酸堿度由堿性土改良為弱酸性土，適宜各種喬灌草植物以及花卉的生長，吸引來多種鳥類動物，增加了該地區(qū)的生物多樣性和景觀觀賞價值。4 構(gòu)筑濕地中基質(zhì)對污染物的去除作用4.1 基質(zhì)吸附理論分析由于冬季植物的污染物去除作用達不到要求，因此冬季構(gòu)筑濕地去除污染物的形式基本上等同于人工濕地系統(tǒng)運行的初期，即污染物主要是通過填料的物理截留4。滿堂河構(gòu)筑濕地中設(shè)置了四層礫石，主要基質(zhì)組成就是礫石，首層基質(zhì)為粘土，因此吸附作用以粘土為例進行分析。由于粘土一般由硅酸鹽礦物組成，含有sio2、al2o3、礦物質(zhì)和有機物質(zhì)，其中的sio2、al2o3對污水中的有害有機物和金屬離子有吸附能力。研究粘土礦物中主要含有高嶺土、蒙脫土、海泡石。4.1.1 粘土的活化與離子交換粘土的物理活化一般可利用熱處理；而化學(xué)活化一般用20%h2so4和hcl，利用氧化和提高酸性的方法去除污水中的金屬離子。對于粘土中的主要組分sio2、al2o3，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的順序可以得出粘土中氧化物對生活污水中的重要陽離子交換順序：sio2：k+na+li+；ca2+mg2+al2o3：k+na+li+；mg2+ ca2+ba2+4.1.2 對nh4+和金屬陽離子的吸附粘土上因離子交換作用而置換上h+，從而形成了酸中心，酸中心失去電子后負離子被吸附在帶正電的粘土表面上，形成了化學(xué)吸附過程將陽離子nh4+和金屬陽離子吸附。粘土中的高嶺土無吸附能力，而蒙脫土具備層片結(jié)構(gòu)，因此論及粘土的吸附作用時以蒙脫土為例，蒙脫土晶間層可吸附陽離子，當(dāng)粘土與含有一、二價陽離子的溶液達到平衡時，用一價或二價陽離子占據(jù)的表面分數(shù)來判斷粘土對陽離子的吸附作用：在含有0.005mol/l的一價陽離子和0.0025mol/l的二價陽離子不同組合的混合液中，蒙脫土中一價陽離子的覆蓋度（%）為nh4+-mg2+（0.32）、nh4+-ca2+（0.27）、nh4+-ba2+（0.20）5。4.1.3 對有機污染物的吸附粘土中的蒙脫土和海泡石對有機物有一定的吸附能力，以1kg的土粒樣本溶液為單位，當(dāng)土粒的吸附作用達到穩(wěn)定平衡時所吸附的有機物的量記為平衡吸附量。根據(jù)生活污水中含有的主要污染物的成分，以芳烴為例，粘土對各種芳烴的平衡吸附量見表4-16：表4-1 粘土對芳烴的吸附量table.4-1 clay on the adsorption of aromatic項目芳烴平衡吸附量mgl-1苯甲苯乙苯鄰二甲苯701333501464.2 微觀吸附作用的研究方法研究微觀吸附時，假設(shè)吸附是單分子層的，二元溶液兩種組分的分子摩爾面積相等的條件下，用langmuir方程來計算其表面的吸附量7，反應(yīng)固體表面發(fā)生吸附現(xiàn)象以說明構(gòu)筑濕地的基質(zhì)對污染物的消減作用。固液界面的吸附可看作溶液相（l）與表面相（s）組分間的交換7：又有公式： （式4-1）其中，為吸附恒定時固體表面的吸附量；為吸附恒定時介質(zhì)中污染物的濃度為理論吸附飽和量；k為常數(shù)其中，、分別是吸附平衡時吸附相中溶劑與溶質(zhì)的摩爾分數(shù)、分別是體相溶液中溶劑與溶質(zhì)的活度。通過變換可用對作圖可求得ns和k，坐標(biāo)參考圖如下：0.80.10.30.51.0x1s-x1=(1/ns)n0x/m1.05.0x1k=100k=10k=5k=2k=1圖4-1 不同k值時理想體系的u型復(fù)合等溫線8fig.4-1 different ks ideal system for u-shaped complex isotherm將k帶入（式4-1），即可得出微觀狀態(tài)下吸附恒定時固體表面的吸附量。4.3 宏觀填料吸附量的計算根據(jù)不同填料不同時間的吸附過程有公式： （式4-2）式中，為吸附劑的吸附量mg/g； 、吸附前后溶液中n、p的濃度mg/l； 為溶液體積100ml； w為吸附劑用量g；4.4 基質(zhì)對tn、tp的去除來水在基質(zhì)吸附作用前的n、p的濃度可以通過植物吸收后的tn和tp濃度得到，分別為25.5mg/l和4.0mg/l。吸附后同樣用第三章介紹的方法進行了測定，溶液體積取1l，吸附劑分別取礫石、砂土和粘土，都為100g。按照公式，計算得出總體基質(zhì)各組分對tn的平均去除效果，如表4-2：表4-2 基質(zhì)對tn的去除效果表table.4-2 matrix effect on tn removal項目吸附量/ mgg-1時間/min礫石砂土粘土100.0160.0040300.0170.0090600.0180.0130900.0220.0150.00181200.0240.0170.0023通過人工濕地的基質(zhì)進行除磷效果比較，結(jié)果表明：礫石對污水磷素的處理效果最好9，因此我們選用礫石為主要物質(zhì)研究濕地中基質(zhì)對tp的消減作用，這里用砂土作為第二研究對象，由于粘土對tp的吸附量大于礫石和砂土的吸附量，樣品溶液濃度不與上述兩物質(zhì)一致，故將粘土作為單獨評價的對象，通過對飽和吸附量和最大解吸量的計算，并結(jié)合運用公式（4-2）初步將粘土對tp的吸附效果為：2.1344 mgg-110。而礫石和砂土對tp的吸附量結(jié)果，如表4-3：表4-3 對tp的去除效果table.4-3 matrix effect on tp removal項目吸附量/ mgg-1時間/min礫石砂土100.00100.0008300.00210.0012600.00270.0022900.00300.00261200.00350.0029根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以得出：砂土、礫石和粘土基質(zhì)的聯(lián)合使用對tp的去除效果比它們單獨使用效果明顯11。同時，基質(zhì)對tn、tp的吸附量在考慮了解吸效果后，發(fā)現(xiàn)數(shù)值在2h內(nèi)呈上升趨勢。并且當(dāng)污染物濃度在一定的范圍內(nèi)增加的時候，吸附量也是增加的，但增加到一定時間后達到最大值。例如礫石基質(zhì)分別置于不同質(zhì)量濃度(080 mg/l)的磷溶液中理論最大吸附量為0.107mgg-112。根據(jù)滿堂河構(gòu)筑濕地的類型、面積，基質(zhì)的組成成分、填充深度（1m）以及試驗進行的時間（2h內(nèi)），在冬季植物群落無吸收作用的條件下，可估算出整體對污染物tn、tp的去除效率：;式中，、分別為基質(zhì)對tn、tp的吸附量（mg）； 、分別為礫石、砂土和粘土的一般密度，取=2.75g/cm3、=2.65 g/cm3、=1.7 g/cm3； 、分別為礫石、砂土和粘土基質(zhì)層的厚度，取=0.7cm、=0.2cm、=0.1cm； 為濕地基質(zhì)面