垂直流人工濕地因具有較高的水力負荷、污染物去除效率高、占地小等優點，越來越得到大面積的應用.近年來，垂直流濕地多用于不同污染負荷生活污水的處理，其凈化效果主要受濕地類型構造本身、填料、植物類型、進水C/N比與啟動季節等因素的影響，而關于進水C/N比對不同植物類型處理生活污水效果的影響研究相對較少.污水C/N比是反映濕地系統內部碳氮循環的主要指標，綜合了濕地生態系統功能的變異性，容易測量，是確定廢水碳氮平衡特征的一個重要參數.濕地系統的進水C/N比特征直接影響著微生物的群落結構，從而影響污水處理效果.另外，不同濕地植物、不同環境條件下及不同生長時期對N、P的需求量也不同.植物對N、P吸收量及比例的變化，也會間接影響其在不同季節對污水去除效率的貢獻.

　　本研究針對垂直流型人工濕地系統，研究水蔥(Scirpus tabernaemontani)，香蒲(Typha orientalis，)菖蒲(Acorus calamus)和千屈菜(Lythrum salicaria)4種植物濕地在不同進水C/N比條件下的污水凈化能力，探討其可能的影響機制.

　　2 材料和方法

　　2.1 人工濕地的構建

　　人工濕地污水處理系統于2014年1月建于復旦大學生態學實驗基地溫室大棚內，為垂直潛流型人工濕地(圖 1)，各濕地尺寸均為1.0 m×0.6 m×0.9 m(長×寬×高)，在長邊15 cm處分別用隔板隔開，靠近進水端15 cm的隔板底部以尺寸為0.80 m×0.15 m的矩形開口相通.布水區填料上層為粒徑約12 mm的爐渣，厚度為45 cm，爐渣在使用前經過5次沖洗，以避免其會產生高堿度的環境，從而危害植物和根系間微生物的生長;下層為粒徑約15 mm的礫石，厚度為20 cm，進出水隔板之間10 cm的高度差使得水流可以從布水區自行流入出水端.進水區采用穿孔(15 mm的孔，間距為100 mm)PVC管均勻布水，試驗于2014年1—3月*行濕地馴化，2014年4月到2015年1月為污水處理正式運行階段，采用連續進水方式，水力負荷為0.67 m3 · m-2 · d-1，HRT為1.5 d，填料層的孔隙率約為43%.3種不同的C/N比進水條件，每種植物濕地均為4個平行處理，共計48個濕地單元.

 圖1 垂直流型人工濕地 

　　2.2 模擬生活污水的配制及進水水質特征

　　對4種植物類型濕地進行碳源不同污染梯度水平的添加處理，碳源添加濃度分別為100、200、400 mg · L-1(污染負荷分別為322.64、645.35、1280.06 mg · m-3 · d-1)，N素添加濃度為40 mg · L-1(污染負荷為107.75 mg · m-3 · d-1)，P素添加濃度為5 mg · L-1(污染負荷為16.58 mg · m-3 · d-1).模擬污水的配方為 100、200、400 g · m-3 葡萄糖，80 g · m-3 尿素，15 g · m-3 NaH2PO4，1.5 g · m-3 KH2PO4，4 g · m-3 CaCl2，2 g · m-3 MgSO4.3種不同C/N比進水條件分別為C1N(2.5 ∶ 1)、C2N(5 ∶ 1)和C3N(10 ∶ 1).每種濕地植物在相同進水條件下的處理均為4個平行組.模擬生活污水的進水水質特征見表 1和表 2.

表1 不同進水C/N比條件下主要理化指標的進出水特征





表2 不同進水C/N比條件下主要污染物的進水濃度與去除率及濕地植物收獲后生物量 

　　2.3 實驗步驟

　　本研究選取本實驗室前期篩選出的具有較好污染物降解效果的水蔥、香蒲、菖蒲和千屈菜，均為挺水植物.2014年的2月1日每個濕地單元分別種植水蔥(Scirpus tabernaemontani)、香蒲(Typha orientalis)菖蒲(Acorus calamus)和千屈菜(Lythrum salicaria)，上述4種濕地植物種植時單個濕地平均鮮重分別為0.28、0.34、0.21和0.41 kg，種植密度為 5~8 株 · m-2.前期濕地用模擬生活污水灌水2個月，該階段為濕地的馴化期.實驗運行周期為10個月，時間為2014年的4月1日至2015年的1月31日，模擬污水以0.21 m3 · m-2 · d-1的水力負荷進入人工濕地單元，配水裝置是一個直徑5 cm的塑料管，其上分布著直徑1.5 mm的小圓孔.每周通過一個200 L的大水箱向人工濕地供水5 d，另外2 d為停歇時間.

　　2.4 水樣、植物樣采集與測定

　　每周采集進出水樣一次，每月測定的4個周的平均值作為該月處理水樣的月平均值.COD采用重鉻酸鉀法測定，TP采用AQ2全自動間斷化學分析儀(Automated Chemistry Analyzer，Engl and )測定，TN采用德國產Liquor TOC分析儀測定.物理化學指標的測試包括氧化還原電位(Eh)、pH值、溶解氧(DO)，均是在現場實地測量，其中，DO采用Orion Dissolved Oxygen Probe(Model 862Aplus，USA)測量，Eh采用Orion 250Aplus ORP Field Kit測量，pH值采用Orion Portable pH Meter(Model 250Aplus，USA)測量.分別采集和測定各濕地植物實驗前后的生物量，本研究采用種植前與實驗結束收獲后濕地植物鮮重表示生物量.