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随着我国煤层气产业的快速发展，煤层气田产出水所带来的环境污染问题日益突出。煤层气田产出水存在水量变化大（开采前期和中后期）、分布不集中、管网建设不全等特点，使得研发适宜于煤层气田产出水处理的技术显得十分迫切和重要。人工湿地具有投资低、运行费用省和操作管理简单等优点，是一种适于煤层气田产出水处理的有效技术之一。本研究首先进行了基质和植物的筛选，然后构建了吸附-垂直流人工湿地组合处理工艺，对其处理煤层气田产出水的效果和性能进行了研究。 山西某地煤层气田产出水水质调查结果显示该地区煤层气田产出水中主要污染物为盐分，部分产出水中氟和砷的浓度较高。本研究主要以氟和砷污染物作为去除对象，研究吸附-垂直流人工湿地组合工艺对煤层气田产出水中氟和砷的去除效果。基质的筛选试验结果显示，常规的湿地基质材料对煤层气田产出水中的氟和砷的去除效果并不十分理想;在非常规的基质材料中，煤渣的去除效果是比较好的，且试验中观察到煤渣很容易得到沉降，不易造成人工湿地的污堵，因而本研究选择煤渣作为人工湿地的基质。 通过煤渣静态吸附水中氟和砷的实验，研究了煤渣用量、震荡时间、进水浓度和pH对煤渣吸附氟和砷的影响，并对煤渣吸附氟和砷的吸附动力学和吸附等温线进行了研究。煤渣对氟和砷的吸附动力学试验结果表明，假二级反应模型和颗粒内扩散模型均能很好地描述煤渣对氟的吸附过程;对于砷的吸附，假二级反应模型能更好的描述。煤渣对氟和砷的吸附等温线试验结果表明，在氟进水浓度较低时（小于100mg/L），氟的吸附呈线性吸附，当氟进水浓度较高(200mg/L-500mg/L)时，氟的吸附更符合Langmuir公式，煤渣对氟的最大吸附量为7.251mg/g;而对于砷，Langmuir和Freundlich吸附等温式均能较好的描述煤渣对砷的吸附作用，煤渣对砷的最大吸附量为0.518mg/g。 盆栽试验数据显示:盆栽植物系统对砷的去除效果相对比较稳定，但是对氟的去除效果随着运行时间的加长显著下降;两种植物系统对氟和砷的去除效果差异并不明显，但是都显著高于空白系统;水力停留时间为1天、2天、3天时盆栽系统对氟和砷的去除效果整体差异不大。氟和砷在基质中的累积试验结果表明，氟的累积百分比随基质深度的增加而增加，而砷的累积随基质深度的增加而减少。 吸附-垂直流人工湿地组合处理系统的运行试验数据显示，该组合系统对氟和砷的处理效果比较理想，在装置运行结束时，对氟和砷的总去除率分别可以达到65％及90％以上。氟和砷在植物和基质中的累积测定结果表明，氟和砷在植物根中的累积远远高于其在叶片中的累积，氟和砷在基质中的累积，上层基质均高于下层基质。同时，本研究分别于装置运行前及运行结束时采取了湿地不同深度的基质样品，提取DNA，分析了随着装置的运行微生物群落所发生的变化。结果表明小试装置运行开始前和运行结束时上层基质和下层基质中微生物的群落组成都发生了显著变化，其中厚壁菌门数量明显减少，而变形菌门的数量明显增多，且下层较上层变化更为显著。