在当前我国面临的水环境污染形势中,水体富营养化已经成为突出的问题。此外,多种污染物并存形成的复合污染也成为水环境修复的难题。其中,比较突出的水体污染物是氮、磷和有机污染物,而氮和磷也是造成水体富营养化的主要污染物质。因此,当前亟需能够同时有效地去除多种污染物质的水环境修复技术。本文以构建塘床复合人工湿地系统,利用藻类-细菌-沉水植物的代谢共生体系和人工湿地的协同净化过程开展对多种污染物的净化研究,主要研究工作及成果如下:(1)高效藻类塘的水质净化效果及机理研究。研究围绕夏季高藻浓度进水试验组(HRAP-H)、夏季低藻浓度进水试验组(HRAP-L)和秋季高藻浓度进水试验组(HRAP-T)展开,每个试验组中设置三个进水藻浓度,以考察进水藻浓度变化和季节更替时温度变化对高效藻类塘水质净化效果的影响。研究表明:高效藻类塘内pH和DO呈现昼夜变化的特点,为塘内氨挥发和磷酸盐沉淀提供了有利条件。高效藻类塘中氨氮主要通过藻类同化吸收和氨挥发被去除。HRAP-H试验组对氨氮和总氮的净化效果最佳,其中温度变化对塘内藻类生物量的影响大于进水藻浓度对塘内藻类生物量的影响。高效藻类塘内磷主要通过藻菌生物同化吸收和磷酸盐沉淀去除,hrap-h对po3-p和tp的去除率是三个试验组中最高的。高效藻类塘中有机污染物主要被塘内藻菌微生物在好氧条件下降解所去除,hrap-h试验组对dcod的去除效果最好。温度变化对高效藻类塘水质净化的影响大于进水藻浓度对水质净化的影响,因此hrap-t试验组对水体中各污染物质的净化效率最低。此外,停留时间对高效藻类塘水质净化也产生明显影响,随停留时间的延长,高效藻类塘的净化效率显著提高。(2)沉水植物塘的水质净化效果及机理研究。研究围绕夏季高质量浓度沉水植物试验组、夏季低质量浓度沉水植物试验组和秋季高质量浓度沉水植物试验组展开,每个试验组中均包含三种沉水植物(金鱼藻、狐尾藻和苦草),以考察不同沉水植物及其生物量对水质净化效果的影响,同时分析各沉水植物的克藻效应及其化感物质组成。研究表明:沉水植物塘内ph和do也呈现昼夜变化的特点,这与进水中存在藻类有关。沉水植物塘中nh4-n的去除主要包括三个途径:沉水植物生长吸收、氨挥发和硝化作用;在三种沉水植物塘中,金鱼藻沉水植物塘对nh4-n和tn的去除效果最佳。此外,夏季沉水植物试验组的脱氮效率明显好于秋季沉水植物试验组。沉水植物主要通过两个途径对磷的去除产生影响,第一:沉水植物同化吸收磷酸盐;第二:沉水植物可为聚磷菌及其它微生物提供附着表面,有利于微生物去除水体中的磷。此外,塘内ph的变化也有利于磷沉淀。在夏季试验组内,各沉水植物塘对po3-p和tp均取得90%以上的去除效果。而在秋季试验组内,各沉水植物塘对po3-p和tp的去除效果存在明显差异,与秋季沉水植物生长缓慢及塘内ph值较低有关。有机污染物主要被沉水植物塘内微生物在好氧条件下降解为小分子化合物而去除,塘内氧环境对有机污染物的去除有重要影响。夏季试验组内有机污染物的去除率明显好于秋季试验组,同时夏季高质量浓度沉水植物组内有机污染物的去除率最佳。随着水力停留时间的延长,沉水植物塘对污染物的去除率不断提高;温度变化对沉水植物塘水质净化的影响大于沉水植物生物量对其的影响。比较三种沉水植物的克藻效应可知,苦草的克藻效应最强;通过gc-ms分析可知,三种沉水植物内均存在克藻化感物质。(3)水平潜流人工湿地的水质净化效果及机理研究。在水平潜流人工湿地中,有机污染物通常在好氧条件下被微生物降解后去除。因此,湿地内溶解氧的含量对有机污染物去除有重要影响。此外,三个因素对湿地脱氮产生重要影响:进水碳氮比,湿地深度和植物。随着碳氮比的升高,在有植物湿地(w2)和无植物湿地(w1)中no3-n和tn去除率均随之升高,而nh4-n去除率则随之下降。在w2中nh4-n的去除率明显好于w1中nh4-n的去除率。而在w1和w2中no3-n的去除率并没有明显差异。在w2中,nh4-n在20cm深度和40cm深度处去除率更好。no3-n的去除率则随着深度增加而增加。此外,深度对tn去除并未产生显著影响。(4)塘床复合人工湿地的水质净化效果及机理研究。塘床复合人工湿地系统由高效藻类塘、沉水植物塘和水平潜流人工湿地组合而成。其中,高效藻类塘和沉水植物塘可以改善人工湿地进水条件,提高湿地内部溶解氧水平,并解决湿地脱氮时碳源不足的问题,使湿地最终成为深度净化水体的重要保障。随着停留时间的延长,塘床复合人工湿地系统对NH4-N、TN和COD的平均去除率逐渐升高。在水力停留时间分别为3天和5天时,塘床复合人工湿地系统对PO3-P、TP和DCOD的平均去除率均达到99.0%以上。(5)单系统与复合系统的水质净化差异分析。在三个单系统中,高效藻类塘和水平潜流人工湿地首尾呼应,成为复合系统中担负水质净化的主要处理系统,沉水植物塘承前启后,使三者协同净化水体。在水力停留时间同为3天时,各单系统和复合系统对PO3-P、TP和DCOD的平均去除率均达到99.0%以上,而复合系统对NH4-N和TN的平均去除率分别达到73.5%和71.5%,明显高于其它单系统。复合系统不仅发挥了各单系统的去污优势,同时弥补了单系统去污的不足,利用单系统之间的协同净化能力同时有效地去除水体中的多种污染物质。