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人工湿地作为污水处理工艺投资小、能耗低，并且对有机污染物和传统二级处理工艺中较难去除的氮、磷都有较好的去除效果。课题以西安皂河为研究对象，其在渭河的众多支流中污染状况最为严重，具有典型的缺水地区高污染城市河流的特点。为实现因地制宜治理河流污水的生态理念，该实验采用皂河附近材质为填料，皂河滩芦苇为植物，组建六组不同的人工湿地系统：芦苇砾石水平潜流湿地（H-1）、砾石水平潜流湿地（H-2）、芦苇砾石垂直潜流湿地（V-1）、芦苇炉渣垂直潜流湿地（V-2）、芦苇河砂表面流湿地（F-1）、芦苇炉渣表面流湿地（F-2）。在低温季节对河流污染物的处理进行研究，分析不同基质、人工湿地类型、植物、温度及污染负荷对高污染城市河流污水的处理效果，为城市河流治理提供可靠的人工湿地处理工艺及其参数，对于构建复合式的河流生态体系具有重要的现实意义。实验为期十个月，前两个月为反应器调试阶段，后八个月是稳定运行阶段。采用连续进水方式，水力负荷保持在0.05m3/（m2d）-1，监测进出水污染物浓度，分析植物对人工湿地去除效果的影响；比较三种不同的湿地类型、不同基质对污染物处理效果；通过基质与湿地类型不同组合，分析出基质与湿地类型的最佳组合形式及其影响因素；提出提高人工湿地去除污染物效率的改进措施。研究结果表明：（1）在低温季节，人工湿地中植物对污染物去除贡献微小，对污染物的去除主要是通过人工湿地床体部分得以实现。（2）以皂河附近基质作为湿地填料，垂直潜流湿地基质为炉渣的V-2单元比基质为砾石的V-1对TN、NH4+N、TP、PO43--P、COD去除率分别高出2.59%、7.36%、13.31%、34.28%、5.63%，两者TOC和SS去除率相差较小；表面流湿地基质为炉渣的F-2单元比基质为河砂的F-1对TN、NH4+N、TP、PO43--P、COD、TOC去除率分别高出5.96%、8.85%、3.74%、13.36%、4.48%、10.91%。（3）在实验条件下，水平潜流、垂直潜流、表面流湿地三种类型的脱氮效果均较低，其中表面流>垂直潜流>水平潜流，而垂直潜流对TP、PO43--P、COD、TOC、SS处理效果最好。（4）在低温季节，水平潜流、垂直潜流、表面流湿地三种类型湿地的脱氮效果都明显受温度的影响，并且在温度低时影响更为明显；温度对湿地中磷及有机物的去除效果影响较小。（5）在实验条件下，水平潜流、垂直潜流、表面流湿地三种类型的脱氮效果均随着污染负荷的增大呈现出先增大后减小的趋势；而各系统对磷去除效果在随着污染负荷的增大呈现出先减小后增大的趋势；潜流湿地呈现出更好的抗负荷波动的能力。（6）低温季节建议以河流附近材质炉渣为填料，表面流-垂直潜流组合人工湿地作为处理高污染性城市河流的最优选择。