1.0

K=100

x1s-x1=(1/ns)n0Δx/m 0.8

K=10

0.5

K=5

K=2

K=1

0.3 0.1

5.0 X1

1.0

[8]

图4-1 不同K值时理想体系的U型复合等温线

Fig.4-1 Different K’s ideal system for U-shaped complex isotherm

将K带入（式4-1），即可得出微观状态下吸附恒定时固体表面的吸附量。

4.3 宏观填料吸附量的计算

根据不同填料不同时间的吸附过程有公式：

M?(C0-Ce)V （式4-2）

(1000W)式中，M为吸附剂的吸附量mg/g；

C0、Ce吸附前后溶液中N、P的浓度mg/L； V为溶液体积100ml； W为吸附剂用量g；

4.4 基质对TN、TP的去除

来水在基质吸附作用前的N、P的浓度可以通过植物吸收后的TN和TP浓度得到，分别为25.5mg/L和4.0mg/L。吸附后同样用第三章介绍的方法进行了测定，溶液体积取1L，吸附剂分别取砾石、砂土和粘土，都为100g。按照公式，计算得出总体基质各组分对TN的平均去除效果，如表4-2：

21

常弘： 冬季满堂河小流域人工湿地对污染物消减研究

表4-2 基质对TN的去除效果表 Table.4-2 Matrix effect on TN removal

项目 时间/min 10 30 60 90 120

吸附量/ mg2g 砾石 0.016 0.017 0.018 0.022 0.024

砂土 0.004 0.009 0.013 0.015 0.017

粘土 0 0 0 0.0018 0.0023

-1

通过人工湿地的基质进行除磷效果比较，结果表明：砾石对污水磷素的处理效果最好

[9]

，因此我们选用砾石为主要物质研究湿地中基质对TP的消减作用，这里用砂土作为第二

研究对象，由于粘土对TP的吸附量大于砾石和砂土的吸附量，样品溶液浓度不与上述两物质一致，故将粘土作为单独评价的对象，通过对饱和吸附量和最大解吸量的计算，并结合运用公式（4-2）初步将粘土对TP的吸附效果为：2.1344 mg·g-1[10]。而砾石和砂土对TP的吸附量结果，如表4-3：

表4-3 对TP的去除效果 Table.4-3 Matrix effect on TP removal

项目 时间/min

吸附量/ mg2g

-1

砾石 0.0010 0.0021 0.0027 0.0030 0.0035

砂土 0.0008 0.0012 0.0022 0.0026 0.0029

10 30 60 90 120

根据上述数据可以得出：砂土、砾石和粘土基质的联合使用对TP的去除效果比它们单独使用效果明显[11]。同时，基质对TN、TP的吸附量在考虑了解吸效果后，发现数值在2h内呈上升趋势。并且当污染物浓度在一定的范围内增加的时候，吸附量也是增加的，但增加到一定时间后达到最大值。例如砾石基质分别置于不同质量浓度(0~80 mg/L)的磷溶液中理论最大吸附量为0.107mg·g-1[12]。根据满堂河构筑湿地的类型、面积，基质的组成成分、

22

填充深度（1m）以及试验进行的时间（2h内），在冬季植物群落无吸收作用的条件下，可估算出整体对污染物TN、TP的去除效率：

L(TN)?0.024?1?h1?S?0.017?2?h2?S?0.0023?3?h3?S; L(TP)?00035?1?h1?S?0.0026?2?h2?S?2.1344?3?h3?S

式中，L(TN)、L(TP)分别为基质对TN、TP的吸附量（mg）；

?1、?2、?3分别为砾石、砂土和粘土的一般密度，取?1=2.75g/cm3、

?2=2.65 g/cm3、?3=1.7 g/cm3；

h1、h2、h3分别为砾石、砂土和粘土基质层的厚度，取h1=0.7cm、h2=0.2cm、

h3=0.1cm；

S为湿地基质面积，取S=5000/3；

6.183?107。L(TN)=9.267?107、计算结果为：另外已知流入基质中的TN、TP总量（mg）

为25?10、8.3?10。分别记为c?TN?、c?TP?。那么计算估计最大去除率??TN\\TP?：

77??TN\\TP??L?TN\\TP??100%

c?TN\\TP?计算结果为：??TN?=37%、??TP?=74.5%。冬季人工湿地去除TN、TP的总效率可将植物去除效率?(N)=49%与?(P)=10%相加得到，因此，满堂河构筑湿地冬季在植物群落无吸收作用的条件下（假设污染物浓度在湿地中的分布均匀），对污染物TN、TP的估计最大去除效率分别为：86%、84.5%。

23

常弘： 冬季满堂河小流域人工湿地对污染物消减研究

5 人工湿地的维护、再利用措施

满堂河小流域构建的景观湿地属于生态环境稳定，植物多样性和乔灌草的搭配都达到了良好的状态，生态效益和经济效益也相当可观，因此在适当的保护措施下，可以使之成为永久性的生态小环境。但是，根据构筑湿地的设计规划，构筑湿地的使用年限为19年，使用初期和中期去除效果稳定但后期由于植物萌蘖作用的减弱，积累效果也随之减弱；同时，湿地基质的吸附也趋于饱和状态，这就需要采取有效的措施来维护湿地的运行效果，以持续利用湿地到预期的设计年限。本研究时段的平均气温小于5℃，属于冬季，所以重点论述满堂河人工湿地在冬季的维护措施。

5.1 构筑湿地的维护

冬季对湿地的维护工作主要以基质为对象，采用覆膜保温的方式。水平潜流式的构筑湿地结构也保证了冬季稳定通水和处理效率；采用以及强化预处理与人工湿地的组合技术，保证了系统的总体处理效率；采用地膜覆盖防冻措施，有效控制浅层水温。同时为了保证湿地基质的处理效率，采用了下列方法：

5.1.1 倒膜

湿地单元床经过长时间连续运行，基质表面的生物膜会出现老化、脱落，为了保证系统的处理能力，根据出水水质的变化，通过返水弯提高湿地内水位，水位升高后污水在湿地内对基质表面的老化生物膜发生浸泡和冲刷作用，再通过拔掉返水弯出水产生的高压，水流压强对使一些老化、脱落的生物膜随水流走，达到清理基质的效果。

5.1.2 反冲洗

1）为保证布水管道的畅通，防止异物堵塞布水孔，在布水管进水正常的前提下，每周打开检修阀，使水直排30min左右，冲洗布水管道及湿地的布水管孔。

2）将集水渠闸板关闭，待水位涨满后再打开检修阀，使湿地水从集水管向布水管倒流，辅助布水管的冲洗，增加冲洗效果。

5.2 景观湿地的保护

植物特别是树木和草本植物的冬季养护，是冬季景观湿地保护的主要工作。

5.2.1 树木的养护与管理

冬季树木进入休眠期，要在大雪后及时将积雪堆在树根处，增加土壤水分，及时清除

24

常绿树木上的积雪，以减少折损；并在来年发芽前对落叶乔、灌木进行整形修剪。在休眠期间灌冻水，提高树木越冬安全性，防止早春早旱。

5.2.2 草坪养护

为了提高草坪的发芽能力和抗冻能力，除了土壤封冻期外，应在早春浇灌返青水，浇水深度15cm以上，间隔为10~15d。

5.3 构筑湿地的再利用措施与湿地恢复

构筑湿地达到设计年限后，如需继续使用则采用工程措施进行重新挖填。挖填过程包括：基质的铺设和湿地植物的种植。其中土壤基质恢复的同时要保证管道的通畅；施工经过约4个月的时间，构筑湿地可在此投入使用；如需要进行湿地恢复则要根据湿地的类型、恢复目标和退化程度，湿地恢复措施可分为：土壤基质的恢复、植被恢复、栖息地保护与生境改善、湿地生态水管理、湖泊富营养化治理、有害生物防控、火生态控制[13]。

25