为了有效的改善污染河水的水质条件,恢复河流的生态功能,本课题在因地制宜和生态低耗的理念下,研究了人工湿地对污染河水的净化特性。在综合分析多元人工湿地和不同形式人工湿地对污染河水净化特性的基础上,以提高人工湿地的净化效率为目的,研究了污染物在各种形式人工湿地内的去除规律,提出了最适合低耗净化污染河水的人工湿地形式;结合设计和运行条件对人工湿地净化效果的影响作用,通过讨论悬浮态和溶解态污染物的去除途径,揭示了人工湿地组成要素在污染物各去除途径中的作用机理;根据各种人工湿地类型内植物的生长特性和作用,研究了人工湿地内植物的作用原理,同时分析了物种竞争和植物收割对植物生长特性和作用的影响,优化了人工湿地中植物的选择思路和管理策略。取得主要结论如下:(1)人工湿地对污染河水的净化特性表明,多元人工湿地能够实现对污染河水的有效净化,随着河水水质的改善,其对SS、COD、BOD5、TP、TN和NH3-N的去除能够达到95%、75%、90%、75%、70%和80%左右,其中对SS、COD、BOD5和TP的单位去除量能近似线性的随着进水负荷的增加而增加。此外,多元人工湿地对SS和TP的去除基本不受四季温度变化的影响,但是对TN、NH3-N和COD、BOD5的去除则分别受四季温度变化和植物生长状态的影响。(2)污染物在不同形式人工湿地里的去除特性表明,不同形式的人工湿地对SS、COD和BOD5的去除不具有显著性的差异(P>0.05),而溶解氧浓度是限制人工湿地脱氮效果的关键因素。表流-水平流人工湿地优化了污染物的去除途径,在有效提高脱氮效率的同时防止了堵塞的发生。水平流和表流人工湿地作为复合人工湿地中的第一级湿地单元时,都能够去除绝大部分的悬浮态污染物,但只有表流人工湿地能提高水中的溶解氧;两种湿地类型作为二级湿地单元时都能够强化对溶解性氮、磷的去除效果,但表流人工湿地却很难提高对溶解性COD的去除。(3)设计与运行条件对人工湿地的影响作用表明,水平流人工湿地具有更好的COD和TP去除效果,而表流人工湿地具有更好的TN和NH3-N去除效果,湿地类型的影响作用主要集中于对溶解性COD、TN和TP的去除(差异分别为13.2%、12.5%和55.6%)。炉渣湿地对污染河水的净化效果优于砾石湿地,基质种类对溶解性污染物的去除影响更大。在表流-水平流人工湿地的水平流湿地中,植物对人工湿地的硝化、反硝化和除磷效果的提高作用依次增加,且主要集中于溶解态,植物对氮磷的直接吸收分别占植物作用的55.5%和51.8%。通过对植物和基质级配的优化配置,可以弥补人工湿地降解污染物的空间差异,使人工湿地内部的除污效果更为均衡。水平流人工湿地在较小的水力负荷下对污染物的去除效果更好,而污染负荷对表流人工湿地脱氮效果的影响作用大于水力负荷。(4)人工湿地中的植物作用原理研究表明,无论在哪种人工湿地类型下,植物生长密度的急速扩张都是在人工湿地内空间较大的第一年实现的(20倍左右),此后则更多的表现出物种间的竞争关系。而无论在哪种类型的人工湿地里,芦苇都属于植物竞争中的优势品种,并从实验的第二年开始侵蚀人工湿地内的香蒲区域,这一现象在水平潜流人工湿地内发展的更快。表流人工湿地更适合植物的生长,其植物生物量(1.7 kg/m~2-5 kg/m~2)、对氮磷的吸收去除能力(52.5 g N/m~2,5.5g P/m~2-190.6 g N/m~2和18.8 g P/m~2)及在表流人工湿地脱氮除磷中的作用都优于水平潜流人工湿地,并且逐年提高。物种竞争对植物生长高度,生长密度和植物地上生物量的影响较小,但是对植物的生长区域影响较大,进而影响了植物在人工湿地里的生存状态和对氮磷的吸收,但是对人工湿地的效果影响较小。而收割方式通过直接影响人工湿地中植物的生长高度、生长密度和植物地上生物量,最终影响到植物对氮磷的吸收和人工湿地的脱氮除磷效果。说明物种竞争和收割方式是影响人工湿地内植物生长特性和作用的两个重要因素。