人工湿地以其高效、经济的优点被广泛地应用于去除水体中的污染物。基质作为人工湿地的重要组成之一,对人工湿地系统的良好运行起着至关重要的作用。针对寒区湖泊冰封期长、湖泊污染物在冰封过程中逐渐向冰层下覆水体富集的特性,将冷冻浓缩技术和人工湿地结合,通过调整组合配比,对人工湿地基质对氮磷的去除效果进行了对比分析研究,筛选出了去除氮磷的最优组合配比基质,充分利用自然冷能,可大大提高人工湿地污染物处理效果,同时减少人工湿地系统运行成本。寒区湖泊在冬季结冰过程中,湖水中污染物随着冰晶的形成与水体分离浓缩,且逐渐向冰层下覆水体迁移,使得氮磷在下覆水体中的浓度可高出冰体中的4-9倍,浊度可高出6-11倍,重金属在下覆水体中的浓度较冰体中可高达5-16倍。本文使用六种人工湿地基质,通过等温吸附模型进行静态吸附实验,测试了不同基质组合对氮磷的吸附效果。通过动力学吸附实验将单一吸附效果较优的三种基质配比组合,研究组合基质对氮磷的吸附能力。通过动力学吸附实验和热力学分析考察环境温度、进水浓度和粒径对氮磷吸附特性的影响。最后,将冷冻浓缩和吸附柱结合得到系统对氮磷的综合去除率。静态吸附实验表明,六种基质对氨氮的吸附效率为:沸石>生物陶粒>石灰石>陶瓷滤料>页岩>粗砂。对磷吸附效率为:沸石>陶瓷滤料>石灰石>生物陶粒>页岩>粗砂。等温吸附模型表明,Langrnuir方程比Freundlich方程能更好地描述生物陶粒对氨氮的吸附等温特征,其余5种基质均为Freundlich方程描述氨氮的吸附等温特征更准确,相关系数都在0.98以上。Langmuir和Freundlich方程都可以很好的拟合6种基质对于磷的等温吸附特征,相关系数都在0.95以上。动力学吸附实验表明,将沸石:生物陶粒:石灰石质量比为3:1:1组合时(FSH311)对氨氮去除率最高,为94.61%,较单一吸附最优的沸石高12.92%。将沸石:陶瓷滤料:石灰石质量比为3:1:1组合时(FTS311)对磷的去除效率最高,为65.65%,较单一吸附最优的沸石高11.98%。热力学和影响因素分析表明,组合基质对氮磷的吸附都是自发的。FSH311吸附氨氮过程中浓度对一、二级动力学常数的影响最明显。FTS311吸附磷过程中温度对一级动力学常数影响明显,浓度对二级动力学影响明显。动力学吸附实验表明,准二级动力学模型在描述组合基质对氮磷的吸附过程比一级动力学模拟更准确,且相关系数在0.95以上。模拟随温度变化时氨氮的平衡吸附量,一级动力学方程更优。但在进水浓度和粒径变化时,准二级动力学更准确。模拟温度变化和高浓度含磷污水的平衡吸附量时,一级动力学更准确。准二级动力学在模拟粒径变化时平衡吸附量较优。动态吸附柱实验表明,吸附柱对乌梁素海湖水中氨氮去除率为31%,总磷去除率为34%。将冷冻浓缩后湖水通入吸附柱后,得到氨氮去除率为26%,总磷去除率为30%,去除率稍有下降,但是可以减少进水水量,使基质使用的寿命更长,增加进水浓度使基质的吸附量增加,在构建人工湿地时可以有效减少占地面积和建造费用。