针对磷对水体富营养化的重要影响,本文分别构建了以天然锰矿石和砾石为基质的两种垂直流人工湿地系统,以人工配水为湿地进水,对两组湿地中的磷等其他水质指标进行同步监测,考察了天然锰矿石人工湿地与砾石人工湿地对磷及其他污染物的去除效果。研究了两种人工湿地系统内部的磷及相关污染物的沿程分布规律;研究了天然锰矿石人工湿地系统的除磷性能及机理。得出主要结论如下:⑴天然锰矿石人工湿地和砾石人工湿地对污水中磷的去除效果存在明显的差异,整个研究周期内,天然锰矿石人工湿地系统去除率高达95%以上,湿地出水磷浓度为0.2mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级排放标准,而砾石湿地对磷几乎没有去除效果。两组湿地的出水pH在6⁹之间。天然锰矿石湿地对COD的去除效果好于砾石湿地,前者出水COD为21.18mg/L,后者出水COD为40.70mg/L。在天然锰矿石湿地中,锰氧化物参与了有机物的降解过程,在氧化去除有机物的同时,生成了相应的Mn²⁺,在湿地出水检测到Mn²⁺浓度范围为0.5mg/L³.0mg/L。⑵在垂直方向上湿地水质呈如下分布特点和规律。pH在两组湿地的底部均小于5,低于湿地进水pH值7.04,湿地底部存在一定的微生物厌氧产酸、H⁺积累的过程,随着湿地基质高度增加,两组湿地的pH也逐渐上升至中性左右。COD在两组湿地系统中随着基质高度的增加逐渐降低,去除率都在90%左右,天然锰矿石人工湿地系统的COD去除效果要稍好于砾石湿地。天然锰矿石湿地中的TP浓度随着基质高度的增加而急剧降低,磷在湿地下半部分基本被去除完全,最终湿地出水TP小于0.5mg/L,砾石湿地系统中TP在湿地沿程基本不变。天然锰矿石湿地系统中Mn²⁺在湿地垂直方向上的沿程变化规律为“先增加,后降低”,锰矿石中的高价锰离子被还原为Mn²⁺进入湿地系统中,但湿地上半部分锰矿的吸附作用、溶解氧的氧化作用等因素又降低了锰矿石湿地出水的Mn²⁺含量。⑶Langmuir等温模型和Freundlich等温模型均可以很好的描述天然锰矿对磷的等温吸附过程,但是相比之下,Freundlich等温模型更合适(R²=0.9944)。伪二级动力学可以很好的描述天然锰矿的吸附除磷过程,通过伪二级动力学方程预测的理论饱和吸附量与实际饱和吸附量的误差不超过10%。随着pH的增加,天然锰矿的除磷效果降低。温度增高有利于锰矿对磷的去除。NH₄⁺、CO₃^2-和有机物对锰矿除磷基本上没有影响。Mn²⁺单独存在或Mn²⁺、CO₃^2-共同存在的条件下,会通过吸附共沉淀作用去除水体中的磷,磷的去除效率能达到95.33%。⑷天然锰矿石吸附去除的磷的主要存在形态为Fe、Al-P。对天然锰矿石湿地的锰矿基质进行反应前后的FTIR、XRD和SEM分析,得出天然锰矿主要通过表面羟基与磷酸根的配体交换作用形成内层络合物将污水中的磷去除。天然锰矿石人工湿地系统可以通过锰矿石的化学吸附和物理吸附去除湿地中的磷,同时也伴随着吸附共沉淀过程。