人工湿地是一种常用的污水处理技术,人们对人工湿地的研究与应用已经有近半个世纪的历史。其具有工艺简单、投资少、运行维护费用低、并有助于改善周边生态环境、能够增加生物多样性等优点。人工湿地的污染物去除机理比较复杂,涉及物理、化学、微生物以及水生植物等多种因素作用。其对污染物的净化能力受地域、气候、温度、水文等因素的影响很大。人工湿地工程设计参数的取值通常根据经验确定,经常出现因设计不当造成污染物去除效果无法达到设计要求或投资过高、资金浪费的现象。本文以山东省典型规模化表面流人工湿地武河人工湿地为研究对象,通过对武河人工湿地9个监测断面水质指标连续一年的监测,对其污染物去除效果和湿地沿程污染物降解过程进行了评价。基于连续监测水质指标,应用WASP水质模型模拟湿地对COD的去除效果,通过对模型参数的率定,建立COD水质降解模型,为规模化人工湿地的优化设计和建设提供参考。根据湿地中不同位置水力停留时间不同,表面流水体在蒸发作用中,重同位素2H和180在液相中富集的程度不同,通过测量湿地中不同位置水样中2H和180稳定同位素丰度的差异性,结合各个监测点位的流速,评价研究的人工湿地区域中水流的流动状态。通过对武河人工湿地的长期监测,得知武河人工湿地能够有效的实现对水中COD、氨氮、总氮、总磷等常规污染物的去除,湿地出水水质基本能够达到地表IV类水标准,COD年削减负荷达到3950.85kg/(ha·a),氨氮年削减负荷为748.06kg/(ha.a)。有效地改善了当地水环境恶化的局面,保障了淮河流域水质的安全。通过对人工湿地沿程9个监测断面的污染物浓度分析,证明由于湿地中不同污染物去除与转化机理不同,过程中起作用的微生物也有差别,不同类型污染物在湿地中去除的主要位置有所不同。基于武河人工湿地长期监测数据,建立的WASP水质分析模型,模拟湿地对COD的去除效果,采用最大似然法进行模型参数的率定,发现在20℃下COD的降解系数取0.4d-1,温度系数为1.08时,模拟结果与实测结果最为接近,平均相对误差为9.98%,其中最大值为24.21%,最小值为4.45%,相对误差小于15%的数据占总数据的83.33%。说明WASP是一种实用有效地水质模型,能够用于人工湿地的水质模拟,为人工湿地的优化设计和建设提供参考。基于水中稳定同位素2H和18O丰度差异性,分别绘制了研究区域中2H和18O稳定同位素丰度等高线。结合各监测点位的水流速度,以及湿地流场分布图,可以看到区域中存在由于湿地结构不合理引起的三个流速较慢的区域,同时存在因为湿地植物生长不均匀引起的优先流通道。通过以上研究,加强了对规模化表面流人工湿地内部污染物去除规律的认识和理解,提供了表面流人工湿地系统优化设计的理论支持和实践经验,促进了人工湿地数学模型的发展,应用了人工湿地内部水力条件监测的新方法,即稳定同位素监测法。本文的完成,为人工湿地进一步研究提供了新的思路和方法,为人们解决与其相关的课题提供了经验。