人工湿地是简便有效的生态工程污水处理技术,该技术适合我国国情,尤其适合广大农村、中小城镇的污水处理,具有广阔的应用前景。本论文针对人工湿地脱氮除磷能力较差,单位面积处理能力低,可控性不强问题,提出了一套曝气强化人工湿地处理效果的方案,并对其运行效果进行了检验。同时还研究了曝气人工湿地模型基质内部污染物,尤其是氮的形态变化规律,试图说明曝气强化人工湿地的机理,并找出其内在的规律。选择沸石作为强化人工湿地的基质,在25℃下分别对4-8目及20-40目沸石进行等温吸附实验,结果说明沸石对氨氮有良好的吸附性能,吸附容量分别为1.564mg/g和0.857mg/g。25℃下的静态吸附实验表明,沸石吸附氨氮需3天达到吸附平衡。沸石对于总磷的吸附容量为4.96mg/g和2.02mg/g,但吸附过程无规律,吸附效果不如氨氮明显。4-8目沸石对氨氮和总磷的吸附强于20-40目沸石。在水力负荷为0.5m3/m2d条件下,沸石曝气运行实验表明,虽然4-8目沸石表面形成生物膜后对污染物的吸附效果产生不利的影响,但作为污水处理手段,生物沸石基质对COD、总氮、总磷的去除为别达到80%、55%及10%以上。通过改变不同的曝气量与曝气位置对以沸石为基质的强化人工湿地进行运行试验。试验进水流量为2L/h,有机物负荷为66.7gCOD/m3d。监测其基质内部的溶解氧变化规律及出水情况,确定本实验中强化人工湿地曝气位置与曝气量的参数。实验结果表明,在固定曝气量为100mL/min时,在距离基质层顶部30cm处曝气时,曝气点以上平均溶解氧浓度维持在5mg/L,此时装置COD去除率为71%总氮的去除率为78.7%。固定曝气位置为基质内距离顶部30cm处,选用三种不同曝气量运行,气水比分别为12:1与6:1时曝气点以上基质内溶解氧浓度为2mg/L以上,而气水比为3:1时该区域平均溶解氧浓度明显下降。考虑到处理效果及成本因素,曝气强化人工湿地模型最佳的曝气方案为距离基质顶部深度为30cm处,以气水比6:1进行曝气强化最好。在进水流量为2L/h,有机物负荷为66.7g/m3d氨氮负荷为6.6g/m3d条件下,强化人工湿地曝气运行对污染物尤其是氮元素的去除效果有明显的增加。实验结果表明,曝气运行与非曝气运行相比COD去除率相近,分别为90.06%和90.20%,总氮的去除率明显提高,曝气组与对照组总氮的平均去除率分别为68%和55%。而曝气强化实验中总磷的去除率并不稳定,但平均去除率也能达到54.47%。非曝气手段对总磷的去除效率较低,平均去除率仅30%。曝气可以明显影响氨氮、亚硝态氮与硝态的垂直沿程分布规律。其中曝气与非曝气两实验的氨氮都在距基质顶层5cm范围内去除率就已达到66.3%和59.6%。曝气组的亚硝态氮在5-30cm的中层产生了积累,但积累量不大。相应的非曝气组亚硝态氮一直处于比较稳定的水平。曝气组硝态氮浓度最大值在4.5mg/L以上,而非曝气组仅为2.33mg/L。且曝气组硝态氮浓度达到最大值的位置比非曝气组深。两组实验的总氮去除率分别为69.3%和54.7%。总氮去除过程是由基质吸附与微生物作用共同完成的。对沿程硝化反应的需氧量与污水处理总复氧量进行了推算,得到了非曝气组沿程硝化反应耗氧量为6.382 g/m3基质.d远远小于曝气组的16.339g/m3基质.d。通过对污染物去除的总耗氧量的计算,得到了曝气对基质内的复氧效果为25g/m3基质.d,这造成了曝气组的污染物去除反应效率更高。