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垂直流人工湿地相对于表面流人工湿地有较高土地利用率,并且使去污立体化,因而愈受青睐。垂直流人工湿地根据运行方式可分为连续流和潮汐流。前者系统内部复氧能力不足,从而整体表现为缺氧、厌氧环境,污废水的处理能力总体受限,尤其是对严重富营养化的污水;潮汐流运行方式通过模拟海水的涨退,采用“快速均匀布水,自然重力排水”的方式,能显著提高系统内部的氧环境。此外,垂直流人工湿地对污水负荷有较强的抵抗力,因此本论文试图利用其处理负荷波动较大的高污染河水。为了研究不同运行方式下人工湿地对被污染河水的净化性能差异,为中低温地区中试和推广应用提供理论依据和数据支持,组装了垂直流人工湿地系统小试实验装置,研究内容如下:(1)不同运行方式下垂直流人工湿地中污水DO的变化规律;(2)不同运行方式下垂直流人工湿地对污水中SS、有机物、氮和磷的去除规律;(3)不同运行方式冬季低温条件下(≤10℃)对脱氮除磷的效果差别研究;(4)利用统计学方法分析影响垂直流人工湿地系统脱氮除磷效果的主要因素;试验结果如下:(1)潮汐进水运行大幅度地提高了人工湿地系统内部的氧浓度,由于进水时大量氧气与被基质“分割成块”的水粒充分接触,其溶解氧水平较高;排水进入到空置期的过程中,水面的快速下渗吸入大量的氧气进入到基质深层,强化了人工湿地床体内填料与空气的充分接触,从而改善了垂直潜流人工湿地系统内部的氧环境;另外,潮汐的进水方式创造了好氧-厌氧环境,为基质及植物根际上微生物生命活动提供了适宜的条件,使得微生物活动加强,处理效果得以优化,被污染水质净化更为高效;(2)在整个实验期间,高污染河水负荷波动较大,但是潮汐流人工湿地较连续流表现出更好的去除效果和抗负荷冲击能力。在连续流运行方式下,进水中所含污染物SS、TN、NH4+_N、TP、PO43-_P、COD和BOD5平均去除率分别为90.80%、17.60%、34.03%、65.62%、37.20%、75.80%和87.90%,其中TN、NH4+_N、TP、PO43-_P的去除率随时间(季节)波动较大;在潮汐流运行方式下,污水中所含污染物SS、TN、NH4+_N、TP、PO43-_P、COD和BOD5的去除能在反应周期内随时间的延长而逐渐增加并最终趋于最大值,最终的去除率分别为90.48%、37.60%、51.60%、54.11%、41.38%、77.11%和77.56%;(3)在冬季低温条件下(≤10℃),通过对比连续流、单级潮汐流及多级潮汐流(增加循环次数)三种运行方式下人工湿地系统对氮磷的去除效果,得出单级潮汐流比连续流有更好的脱氮效果,多级潮汐流比单级潮汐流脱氮效果更稳定;对于除磷,单级潮汐流相较于连续流效率下降,多级潮汐流相较于单级潮汐流效率又有所提升,去除率几乎和连续流相当。其中连续流运行方式下,TN、NH4+_N、TP和PO43-_P的平均去除率依次为1.5%、1.1%、62.8%和36.9%;单级潮汐流运行方式下,TN、NH4+_N、TP和PO43-_P的平均去除率依次为16.5%、33.2%、39.2%和23.9%;多级潮汐流运行方式下,TN、NH4+_N、TP和PO43-_P的平均去除率依次为37.2%、89.3%、57.5%和43.6%;(4)以氮磷为例,利用统计学分析方法—冗余分析(RDA),研究垂直流人工湿地系统在不同运行方式下对TN、NH4+_N、TP和PO43-_P去除效果的影响因素,得出水环境因子对氮磷去除负荷的影响作用,其中ρ(SS)、碳源浓度、温度与TN去除均呈正相关且相关性依次增大,而ρ(DO)与TN去除却呈负相关性;ORP、ρ(DO)与NH4+_N去除均呈正相关且相关性依次增大;pH、ρ(SS)与TP去除均呈正相关且相关性相近;pH与PO43-_P去除呈正相关且相关性极为显著。