随着我国经济的高速增长,导致城市水环境问题日益严重。在点源污染控制措施逐渐完善的情况下,非点源污染已成为引起城市水体富营养化问题的主要因素,氮、磷作为水体富营养化主要原因,其中磷又起着决定性作用。因此,有效控制雨水径流中的磷污染对城市水体富营养化具有重要意义。人工湿地作为一种生态化水处理设施,由于其投资省、运行管理方便、能耗低等优点,近年来逐渐被应用于雨水径流处理当中,但是人工湿地在实际运行当中不乏存在一些缺点,因此该研究从人工湿地基质研究以及湿地抗水力冲击负荷设计等出发,对人工湿地应用研究进一步提供借鉴。本文针对人工湿地基质除磷出现易饱和、溶出、二次污染、修复再生等问题,提出研制新型除磷基质,并将其负载到常规基质,进而改善基质吸附除磷的效果;对于常规人工湿地处理雨水径流中出现对污染负荷参数取值范围不适合、设计方法无法满足处理雨水径流的要求的问题,提出在处理雨水径流的人工湿地设计方法上引入单场降雨雨水径流中磷的EMC值或季平均磷的EMC值,在强化基质应用的基础上优化人工湿地的设计方法,并考察了当前国内常规人工湿地基质吸附除磷的应用现状,以及国内处理径流雨水人工湿地的参考设计规范和文献,对当前人工湿地对雨水径流中磷的去除具有重要意义,主要的研究内容如下:(1)筛选出吸附除磷最佳锰铁配比为1:5的铁锰复合氧化物,并通过物理化学方法将其附着在火山岩陶粒上,对强化火山岩陶粒吸附除磷进行等温吸附、吸附动力学及再生实验,并研究吸附除磷影响因素。结果表明,在初始磷浓度≤8mg/L时,去除率达到90%以上,在初始磷浓度>8mg/L时,则对磷去除率逐渐降低,对磷的最大吸附量为368μg/L。强化陶粒对磷的吸附过程符合Langmuir等温吸附曲线,属化学吸附类型;动力学吸附过程,符合二级动力学模型,为单层吸附;在PH为4~10的环境下对磷的吸附效果较好;属于放热反应,即随着温度的增加吸附量增加;负载铁锰复合氧化物的火山岩陶粒可以通过酸碱法进行修复,酸性条件下恢复能力更强,其中PH为2时恢复率可达55.1%。(2)通过相同厚度的强化火山岩陶粒与处于砾石的柱体装置不同深度处除磷效果实验可知,在流量为140m L/min,水力负荷为25m3/(m2 d),水力停留时间为1min的运行条件状态下,添加不同初始磷浓度实验配水,在不同深度出水口取水样测定发现,布置强化陶粒深度分别为5cm、10cm时,对磷的去除效果相近且去除效果最好。(3)通过相同厚度的负载铁锰复合氧化物的火山岩陶粒与处于砾石的柱体装置不同深度处除磷效果实验可知,流量为140m L/min,水力负荷为25m3/(m2 d),水力停留时间为1min,未发生壅水、漏水等现象,对不同浓度的含磷配水进行处理,布置强化陶粒深度为5cm、10cm柱子去除效果相近且效果最好,分别能够达到去除率为51.5%、35.5%,强化火山岩陶粒对磷的平均去除率为35.3%,在初始磷浓度为4mg/L时,处理效果较好。填装强化火山岩陶粒的柱体装置,布置厚度、体积分别为15cm、58.88cm3,在1min内其对磷的平均吸附容量与进水浓度有很好的相关性,单位体积内其对磷的吸附容量为0.736g/m3。(4)通过运行布置深度为5cm,不同厚度的负载铁锰复合氧化物的火山岩陶粒与砾石柱体装置,对不同初始磷浓度配水进行处理,进水流量为140m L/min,水力负荷为25m3/(m2 d),水力停留时间为1min,在进水磷浓度为2.76mg/L,进水流量分别为40m L/min、70m L/min、100m L/min条件下,装有强化火山陶粒的柱体装置对磷的去除率逐渐降低,分别为75.5%、50%、41.5%,在进水流量为40m L/min时,去除效果最好,并且强化火山岩陶粒可大大提升填装砾石柱体装置的除磷能力。(5)根据雨水径流中磷的特点和人工湿地在不同地点应用的局限性,提出目前磷负荷取值在人工湿地中可通过监测雨水径流中磷的浓度及径流量,作出磷浓度与雨水径流流量过程线,找出磷浓度的平均EMC值,作为污染负荷参数。并通过模拟案例计算的方式,对比常规人工湿地与应用强化火山岩陶粒人工湿地基于磷负荷的设计参数,提出针对雨水径流处理的应用强化陶粒的人工湿地面积公式以及K、α、β参数,在相同的磷负荷△C、Qmax的条件下,得到应用强化火山岩陶粒的人工湿地占地面积更小。