浅滩湿地水深对氮、磷去除的影响及其在河道治理中的应用

研究了不同水深条件（5,10,15,20,25 cm）下芦苇湿地对伊通河水中氮、磷的净化能力。结果表明:浅水位条件有利于NH₄+-N的硝化作用及挥发作用。水深为5 cm时TN和NH₄+-N的去除效果最好,10 cm时NO₃--N的去除效果最好,水深25 cm时TN和NH₄+-N的去除率明显降低。NH₄+-N的吸附和转化作用对TN的衰减起着主导作用。磷的去除率与水深的相关性较小,表明磷的去除主要是化学转化与吸附作用。根据湿地水深对污染物去除的影响,研究设计了1种可自动调节深度的浮动湿地。通过浮动湿地的净化,使研究区河水中TN、NH₄+-N和TP浓度大幅降低,水质得到明显改善。     

功能分区型人工湿地处理养殖废水厌氧消化液的性能

针对养猪废水厌氧消化液高ρ(NH₄+-N)的特点,构建了上层填充沸石强化硝化、下层填充砖渣强化反硝化的功能分区型人工湿地,考察其启动阶段运行性能、硝化区及反硝化区污染物去除性能. 结果表明,湿地以间歇方式运行(饱和液位无变化),启动后NO₃--N的产生速率为0.014 6 kg/(m3·d),湿地底部出水的ρ(NO₃--N)平均值为14.94 mg/L,明显低于沸石层的21.77 mg/L. COD_Cr主要在湿地上层硝化区被去除,平均去除率为64.82%. 随着湿地启动,下层由于反硝化作用消耗的有机物增至56.67 mg/L. 在进水期的前15 min,COD_Cr、NH₄+-N、TP的去除率最大,NO₃--N溶出量(以ρ计)最高,达42.30 mg/L. 沸石层10、20和30 cm处硝化速率基本稳定,沸石层的E_h均在400 mV以上. 与间歇方式相比,湿地以潮汐流方式(进水期与落干期时间比为1 h∶23 h)运行时,COD_Cr和TN去除率分别由78.45%和41.99%升至82.62%和53.41%. 研究显示,功能分区型人工湿地通过上层硝化、下层反硝化方式可有效去除养殖废水厌氧消化液中的NH₄+-N.      

复合垂直流人工湿地污染物去除及微生物群落结构的PCR-DGGE分析

采用复合垂直流人工湿地净化富营养化景观水,考察了湿地系统中ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP)和ρ(DO)以及pH的沿程变化,并采用PCR-DGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构垂直分布及组成的多样性. 结果表明:从下行池到上行池,ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP),ρ(DO)和pH沿水流方向逐渐下降,上行池末端出水ρ(DO)略有回升,污染物的去除主要发生在下行池;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,在湿地系统的不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属;下行池表层微生物多样性指数最高,上行池各样品间的相似性较好. 从下行池到上行池,微生物群落的多样性降低,群落结构间的相似性逐渐增大. 植物供氧、残体累积以及根际效应有助于提高湿地表层微生物的多样性.      

人工湿地基质微生物状况与净化效果相关分析

利用混菌法和稀释法,测定了不同植物以及无植物潜流水平湿地基质中微生物的数量.结果表明:不同植物湿地基质中微生物的数量差异不显著,有植物和无植物湿地的差别不明显;湿地基质中不同空间位置的微生物数量各不相同,一般上层多于下层;在湿地运行条件相对稳定的情况下,湿地基质中会逐渐形成数量和活性比较稳定的生物群落.分析了人工湿地基质中微生物数量与污水净化效果的关系.结果表明:微生物数量与BOD₅及TN的去除有显著的相关性,说明微生物的作用是去除它们的重要途径;基质微生物数量与TP的去除率相关性不明显.测定了湿地基质硝化速率,其硝化能力与亚硝化细菌的数量呈显著相关.      

组合人工湿地系统对污水处理厂二级出水的深度处理效果

为了解组合人工湿地系统深度处理污水的效果,利用水质分析和微生物多样性分析相结合的方法,研究了VF-HF组合人工湿地系统〔由VFCW（垂直流人工湿地）与HFCW（水平流人工湿地）串联组成〕深度处理污水处理厂二级出水的效果.结果表明:①稳定运行期间,VF-HF组合人工湿地系统出水的ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（TP）的平均值分别为18.11、0.41、0.96和0.16 mg/L,对COD_Cr、NH₄+-N、TN和TP的平均去除率分别为67.21%、89.83%、90.08%和70.91%,且VFCW对COD_Cr的去除性能好于HFCW,HFCW对氮的去除性能好于VFCW.②VF-HF组合人工湿地系统中细菌的丰富度和多样性差异明显,VFCW和HFCW中上层填料中细菌的丰富度和多样性均大于下层,且系统中优势细菌富集明显,其中VFCW沸石层富集了优势反硝化细菌菌科（Comamonadaceae）和优势菌属（Desulfomicrobium）,HFCW的石英砂层富集了优势反硝化细菌菌科（Xanthomonadaceae）和优势菌属（Silanimonas）,HFCW的沸石层富集了优势反硝化细菌菌科（Rhodocyclaceae）.研究显示,VF-HF组合人工湿地系统深度处理二级出水的效果较好,出水水质达到GB 3938—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质要求,且系统中富集了优势反硝化细菌菌科（Comamonadaceae,Xanthomonadaceae,Rhodocyclacea）以及优势菌属（Desulfomicrobium,Silanimonas）.      

人工湿地沸石填充方式研究

针对传统的沸石湿地系统中沸石用量大,与沸石相关的费用高的缺点,提出采用前置沸石和表铺沸石填充方式来改善湿地中的污染物去除效果.对比研究了人工湿地中3种沸石填充方式(底铺、前置和表铺)对农田排灌水中污染物的去除效果.结果表明:茭白-土壤湿地的污染物去除效果优于无植物的土壤湿地系统.沸石-土壤-植物系统比传统的土壤-植物系统有更好的COD_Cr,总氮和氨氮去除效果.3种不同沸石填充方式中,底铺沸石的总氮和总磷去除效果最好;表铺沸石的总氮、总磷和COD_Cr去除效果比前置沸石的好,有植物和土壤的湿地系统增加前置沸石段后COD_Cr的去除率升高3.4%,增加表铺沸石后COD_Cr去除率提高12.3%.      

去除预处理生活污水的潜流人工湿地中试除氮性能

为研究人工湿地除氮机制,构建并考察了中试潜流人工湿地对不同形态氮的去除效果,并通过分析出水各种形态氮的分布和湿地系统内部不同形态氮的二维分布特征研究了人工湿地的除氮机制. 结果表明,进水ρ(TN)为30～115 mg/L,ρ(NH₄+-N)为25～60 mg/L,ρ(COD_Cr)为90～190 mg/L,水力停留时间为4 d条件下,氮素被有效去除,TN去除率为32%～70%,NH₄+-N去除率为33%～73%;试验系统脱氮的主要方式为硝化/反硝化作用;湿地上部主要进行硝化反应,中下部主要进行反硝化反应;湿地下半部对NH₄+-N去除贡献有限,硝化作用受限;欲提高系统除氮效率,需提高溶解氧水平并改善有机氮矿化条件.      

挺水植物对城市河流中典型污水印记药物的去除

以AZM（阿奇霉素）、STZ（磺胺噻唑）、IBU（布洛芬）、DCF（双氯芬酸）、PRC（扑热息痛）、ATL（阿替洛尔）、CLF（氯贝酸）、CBM（卡马西平）和CAF（咖啡因）共9种WWMPs（wastewater-marking pharmaceuticals,污水印记药物）为目标物,采用HPLC-MS/MS检测方法,通过室内河流模拟系统,研究3种挺水植物组合（旱伞草+灯芯草、菖蒲+灯芯草、旱伞草+菖蒲）的人工生态系统在不同介质（水相、泥相、水生植物）中WWMPs的变化特性及对常规污染物（如COD_Cr、NH₃-N、TP、TN）的去除效果,并运用物料衡算等手段计算目标物的实际去除率.结果表明:3种挺水植物组合的人工生态系统对4种常规污染物的去除效果较为明显,COD_Cr、NH₃-N、TP、TN去除率范围分别为39.7%~47.8%、88.2%~99.4%、39.1%~58.1%和49.1%~58.5%;与无植物系统相比,挺水植物组合的人工生态系统对水相中药物有明显的去除效果,尤其是对CBM、IBU和DCF,最大去除率均在54.0%以上;旱伞草+菖蒲组合的人工生态系统对水相中CAF、CBM、CLF、DCF、IBU和STZ的去除效果较好,去除率为51.6%~87.7%;3种挺水植物组合的人工生态系统对泥相中WWMPs的去除效果大小依次为菖蒲+灯芯草>旱伞草+菖蒲>旱伞草+灯芯草;不同挺水植物组合的人工生态系统对WWMPs的富集特性不同,9种WWMPs吸收效果大小依次为CBM > CLF > CAF > IBU > DCF > ATL > PRC > AZM > STZ;3种挺水植物组合的人工生态系统对WWMPs的实际总去除率大小依次为菖蒲+灯芯草>旱伞草+菖蒲>旱伞草+灯芯草.研究显示,挺水植物组合的人工生态系统可以有效地去除城市河流中WWMPs及常规污染物,能作为净化水质、改善城市河流水环境的一种有效手段.      

微污染饮用水源水潜流人工湿地预处理的效能研究

以济南玉清湖水库为例,采用水平潜流人工湿地系统对沉砂后的微污染黄河水进行了预处理试验,考察了湿地系统对污染物的去除效率及其变化趋势.同时,根据实验数据,构建了潜流人工湿地系统COD、TN、TP的一级动力学模拟方程.结果表明,水平潜流人工湿地系统对COD、TP、TN和NH4+-N的平均去除率分别为49.89%、50.44%、53.41%和48.45%;人工湿地对污染物的处理是物理、化学和生物及其协同作用的过程.人工湿地沿程及不同高度污染物浓度变化试验结果表明,人工湿地系统对污染物的降解沿人工湿地水流方向逐渐降低,污染物主要在人工湿地床体前部被去除,潜流人工湿地床体上部对污染物的去除效果更好.     

人工湿地处理含盐生活污水的特性研究

将人工湿地应用于含盐生活污水处理,在0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%等不同进水NaCl盐度水平下,研究了进水盐度对人工湿地运行效果及基质微生物数量和酶活性的影响,结果表明,当进水盐度在1.5%及以下时,人工湿地运行受盐度的影响较小,对COD的去除率保持在68.3%以上,对NH4+-N的去除率保持在66.1%以上.当进水盐度达到2.0%,人工湿地基质中细菌、真菌、放线菌和硝化细菌的数量明显减少,基质脲酶、纤维素酶活性也相应下降,导致人工湿地对污染物的去除率也随之下降,其中COD去除率降低至52.9%,NH4+-N去除率降低至50.3%.实验进一步研究了在1.5%进水盐度下人工湿地的水力条件对净化效果的影响.结果表明,相对于有机物,氮的去除受HRT的影响更大,当人工湿地的HRT由3～5 d降低至2 d时,NH4+-N的去除率从65.1%～78.2%降至47.1%.     

不同类型LDHs覆膜改性人工湿地生物陶粒基质脱氮效果研究

在碱性条件下采用水热-共沉淀法,对二价金属化合物CaCl2、MgCl2、ZnCl2与三价金属化合物FeCl3、AlCl3、CoCl3按两两组合方式生成9种不同类型的LDHs,并分别对人工湿地常用的生物陶粒基质进行覆膜改性;构建模拟基质试验柱,对改性前后的生物陶粒基质进行城市污水的脱氮净化效果研究.结果表明,相对于原始生物陶粒基质,大多数改性基质对CODCr、总氮和氨氮的去除效果均有不同程度的提高,经所有基质处理后的出水中硝态氮浓度均呈上升趋势;Zn2+参与合成的LDHs改性基质对总氮、氨氮有较好的处理效果,其中ZnFe-LDHs和ZnCoLDHs对TN的去除率接近60%,对氨氮的去除率超过92%,这两种改性基质对污水中的氨氮转化为硝态氮具有促进作用.     

环境内分泌干扰物在人工湿地中的去除研究

考查了水平潜流人工湿地对城市生活污水中的8种内分泌干扰物去除效果。结果表明:在水力负荷为0.17m/d,水力停留时间为4.6 d情况下,水平潜流人工湿地对雌激素酮(E1)、雌激素三醇(E3)、双酚A(BPA)、辛基酚(OP)、17β-雌二醇(E2)、17a-雌二醇(17a-E2)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)的平均去除率分别为81.4%、39.3%、73.9%、44.1%、69.7%、82.2%、65.2%。其中,4-正壬基酚(4-n-NP)在湿地出水中未检测到。人工湿地中内分泌干扰物去除效果沿程变化结果表明,湿地前段对内分泌干扰物的去除效果优于后段,说明人工湿地前段微生物的降解更有效。     

3种类型人工湿地处理富营养化水体中试比较研究

针对五里湖富营养化水体,在同等条件下开展了3种类型人工湿地处理效果的比较研究,试验采用现场中试规模,水力负荷为0.8 m³/(m²·d).结果表明,垂直流、潜流和表面流3种人工湿地对氨氮的平均去除率分别为33.2%、27.4%和14.1%;对总氮的平均去除率分别为52.3%、50.1%和19.2%;对总磷的平均去除率分别为58.8%、57.9%和26.3%;对锰酸盐指数的平均去除率分别为37.2%、38.3%和14.8%;对叶绿素a的平均去除率分别为86.9%、96.1%和55.3%.可见,垂直流人工湿地对氨氮、总氮和总磷的去除效果最好,潜流人工湿地对高锰酸盐指数和叶绿素a的去除效果最好,但垂直流和潜流人工湿地之间的差异较小,表面流人工湿地对各污染物的去除效果均远低于前两者.从出水水质稳定性来看,垂直流人工湿地出水水质最稳定,潜流次之,表面流最差.     

强化浅基质层干植草沟对道路径流的脱氮效果

搭建6个不同结构和介质组成的浅基质层干植草沟模拟柱,在基质层添加较多发酵木屑,利用进水期的脱氮作用,并设置饱水层提高设施落干期脱氮能力,从而强化设施全周期脱氮效果.以半人工道路径流作为进水,考察各模拟柱运行效果,并结合分层取样水质检测结果和模拟柱内体积含水率、ORP的变化过程,分析氮素在不同模拟柱内的去除机制.结果表明:在运行参数相对实际应用环境更为不利的条件下,设置饱水层的模拟柱的TN去除率在67%～78%; TN去除过程主要发生在进水期,且在含较多发酵木屑的基质层即被大量去除;设置饱水层不仅可提高落干期设施脱氮能力,还可保证较浅的基质层在进水期快速达到适宜反硝化的缺氧条件,从而保证进水期设施的脱氮效果;设置持水性过渡层并在其中放置有机质可以有效平衡饱水层碳源补给并控制有机质淋失的问题.     

不同类型LDHs对垂直流人工湿地无烟煤基质的覆膜改性及其脱氮效果研究

选取垂直流人工湿地无烟煤基质,采用不同类型金属化合物(CaCl2、ZnCl2、MgCl2、FeCl3、AlCl3、CoCl3)两两组合方式,在碱性环境下共沉淀生成9种不同类型的层状双金属氢氧化物LDHs并覆膜于基质表面;构建基质试验柱,分别对未改性及9种LDHs覆膜改性无烟煤基质进行模拟垂直流人工湿地脱氮效果研究.结果表明,9种不同组合方式生成的LDHs均能有效地进行无烟煤基质覆膜改性;Mg2+参与合成的改性基质对TN和氨氮均有很好的去除效果,其中MgCo-LDHs改性基质对TN的平均去除率超过80%,对氨氮的平均去除率达到了85%;Mg2+和Fe3+参与合成的改性基质对氨氮的去除效果优良,其中CaFe-LDHs和MgFe-LDHs改性基质的平均去除率达到了85%以上.     

基质类型及季节变化对人工湿地氮去除效果的影响

考察了基质类型及季节变化对人工湿地氮去除效果的影响,结果显示:基质类型对水平潜流人工湿地氮的去除效果有显著影响,煤渣基质比组合基质更利于提高人工湿地对氮的去除效果;季节不同,人工湿地氮的去除效果存在差异,平均去除率由高到低的顺序为:夏季＞秋季＞春季＞冬季.     

不同深度人工复合生态床处理农村生活污水的比较

采用了2种填充深度(60cm和40cm)的人工复合生态床对滇池地区低浓度农村生活污水进行了处理试验研究结果表明,在30cm/d高水力负荷的条件下,对COD、总氮、氨氮和总磷的去除率,深度为60cm的床体分别为66.4%、57.7%、78.7%和63.2%,40cm深的床体分别为63.8%、59.1%、82.1%和61.3%.深度为60cm床体对COD和总磷的去除率高于深度为40cm的床体,但后者对氮的去除效果略优于前者.对氮、磷去除途径的分析表明:微生物的硝化/反硝化作用以及填料对磷的吸附沉淀作用是人工复合生态床去除氮、磷的主要途径;水生植物对氮、磷的吸收量分别占投加总量的10%和9%以上,也是一个重要途径.     

调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的工程应用及评价

为评价调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的运行效果和经济效益,采用现场调研长期跟踪监测调蓄经济植物湿地进、出水水质和水量变化,深入探索其营养盐质量浓度分布特征及其去除效能.结果表明:①调蓄经济植物湿地能够有效截留营养盐,稳定出水水质,2015年7月-2017年4月出水ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Cr）平均值分别为1.2、0.07和17.0 mg/L,TN、TP和COD_Cr去除率分别为65.8%、75.5%和41.3%.②不同调蓄量下TN和TP去除率随着进水水量的增大而减小,表现为枯水期>平水期>丰水期;COD_Cr去除率与调蓄量之间呈负相关,表现为丰水期>平水期>枯水期;在调蓄经济植物湿地中单位面积TN、TP和COD_Cr去除负荷量表现为丰水期>平水期>枯水期.③调蓄经济植物湿地中莲藕、海菜花和螺蛳产量分别为26.25、22.50和2.46 t/（hm2·a）,氮、磷去除总量分别为275和30 kg/（hm2·a）.研究显示,调蓄经济植物湿地能够有效截留氮、磷,在不同水文期均有良好的净化效果,不仅具备景观效益,且具有良好的经济价值.      

一种新型湿地公园在水环境修复中的应用

近年来,利用人工湿地技术修复水环境,进而建设湿地公园成为一大热点,但人工湿地工艺存在不容忽视的缺陷。成都市凤凰河二沟湿地公园创新性的采用人工快渗+表面流人工湿地组合工艺修复水环境,两者互为补充,互为强化,COD、BOD5、氨氮、TP去除率分别达85%～95%、85%～95%、95%～98%、70%～80%,即使低温环境污染物降解效果也很稳定。     

潜流人工湿地演变对废水中有机物、氮及磷去除的影响

众多研究表明,潜流人工湿地对污水的处理效果明显高于自由表面流型湿地,但实验研究表明潜流人工湿地因堵塞而逐渐演变为自由表面流人工湿地后,其对有机物(COD、TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果优于具有相同填料及植物的潜流人工湿地.通过实验室培养实验,以考察人工湿地演变对有机物的矿化、硝化/反硝化作用、氮及磷去除的影响.结果表明,与潜流人工湿地相比,演变后的自由表面流人工湿地对有机物的矿化率(以TOC表示)为1.82 mg·h-1,高于潜流湿地的1.49 mg·h-1;对NO3-去除率为96.8%,高于潜流湿地的58.1%;非生物脱硝去除率为40%,高于潜流湿地的28.2%;演变后对磷的吸附量(以P计)为160 mg·kg-1,高于潜流湿地的140 mg·kg-1,对磷的去除主要为填料吸附,有机物的覆盖有利于磷去除;但演变后的自由表面流人工湿地的硝化作用能力低于潜流湿地.因此,人工湿地演变对其效能有重要影响.