垂直流人工湿地土壤堵塞过程的发生机理与调控机制研究

垂直流湿地是一种处理效率高，占地面积少，在我国应用较广泛的生态治污技术。但因其采用较细的基质而较水平潜流湿地容易发生堵塞，特别是在高负荷条件运行更容易发生堵塞。本申请拟采用人工土柱模拟和小型人工湿地相结合的研究方法，探讨垂直流湿地在不同负荷因素（水力、有机物和悬浮固体）和运行方式（连续、间歇）条件下土壤堵塞的发生过程，探明堵塞物中无机物和有机物的成分、组成与性质，以及有机和无机堵塞物在床体中的积累与分布规律，弄清湿地堵塞前后基质的水力学特征和土壤物理性质（如孔隙率）与生物膜特性的变化，揭示基质堵塞的内在机理；获得垂直流湿地在连续和间歇运行方式以及上述3种负荷因素分别为一种、两种和三种情况下发生土壤堵塞的临界负荷值，建立土壤堵塞的数学模型，应用STELLA模型模拟土壤堵塞的发生过程，预测人工湿地的服务寿命，提出预防堵塞的运行调控方案；为人工湿地的设计、运行维护管理及其长期安全运行提供保障。

垂直流人工湿地是一种处理效率高的生态处理技术。水力负荷，有机负荷和悬浮固体负荷因素在一定程度上影响人工湿地的堵塞，本研究在以上三因素的单独作用或者联合作用的条件下堵塞的发生过程。研究结果如下：.（1）在单因素实验中，对系统堵塞程度影响分别为：水力负荷>悬浮固体负荷>有机负荷。高水力负荷系统最早出现堵塞，其次是高悬浮固体负荷，高有机负荷在实验结束时才出现了堵塞。可见水力负荷影响最大，有机负荷影响最小。.（2）总氮、总磷、有机质的含量均表现为表层>中层>下层，含水率在低负荷条件下表现为下层>中层>表层，在高负荷条件下却呈现下层>表层>中层。基质各层污染物含量均随着负荷增加而增加。实验初期孔隙度的大小表现为表层>中层>下层，堵塞后基质下层的孔隙度是最小的。水力负荷对孔隙率和基质堵塞的贡献比较明显。高水力负荷的生物膜厚度相对较小。.（3）人工湿地基质下层总氮含量与COD去除率呈极显著正相关，基质上层含水率与COD去除率呈显著负相关。.（4）在200 cm/d下，最早出现堵塞，系统有效使用寿命只有半年时间。在有机负荷实验中，人工湿地堵塞不明显，有机负荷阈值应在125g/（m2.d）左右。高悬浮固体负荷（100g/（m2.d））在实验后期出现了明显的堵塞，悬浮固体负荷的堵塞阈值应该在75~100g/（m2.d）。.（5）在双因素实验中，高水力负荷+高有机负荷系统、高水力负荷+高固体悬浮物系统是最早出现堵塞的，然后是高水力负荷+中有机负荷系统、高水力负荷+中固体悬浮物负荷系统，低水力负荷的组合系统是最晚出现堵塞的。水力负荷200 cm/d最早出现堵塞，随后100 cm/d和200 cm/d均出现严重堵塞。水力负荷的阈值应该处于100 cm/d～200 cm/d之间，有机负荷的阈值应在150 g/（m2.d）左右。.（6）在三因素实验中，中水力负荷系统（高、中有机负荷和固体悬浮物负荷组合）、高水力负荷系统（高、中有机物负荷和固体悬浮物组合）中，高水力负荷系统（高有机负荷+高固体悬浮物负荷）最早出现堵塞，然后是中水力负荷系统。水力负荷的阈值应该处于200 cm/d之间，有机负荷的阈值应在200 g/（m2.d）左右，悬浮固体负荷的堵塞阈值应该在10 g/（m2.d）左右。.（7）停床轮作对恢复系统的去除效果有很大的影响。