不同植物与水力负荷对人工湿地脱氮除磷的影响

通过6种湿地植物的表流 (SF) 和潜流(SSF)人工湿地对比实验,分析了不同植物的SF和SSF人工湿地去除率随水力负荷(HL)变化的规律,得到了6种不同植物的SF和SSF人工湿地的最优HL、最优去除率.实验结果表明:6种植物的SF和SSF人工湿地对TP、TN去除率随HL的增加而降低,且植物不同,去除率降低趋势不同,且SSF人工湿地去除率降低值比SF小.SF人工湿地TP、TN去除率比SSF低,且TP去除率比TN大.SF人工湿地中水葱对TP、TN去除率降低最大,水芹菜对TP去除率降低最小,美人蕉对TN去除率降低最小;SSF人工湿地中美人蕉对TP去除率降低最大,水芹菜最小对TP去除率降低最小.芦苇对TN 去除率降低最大,水葫芦对TN去除率降低最小.6种植物SF人工湿地去除TP和TN的平均最优HL分别为0.53,0.47t/(m2×d);SSF人工湿地去除TP、TN平均最优HL分别为0.68,0.44t/(m2×d).     

人工湿地技术的除污效果分析研究

人工湿地技术对城市污水的除污作用十分强大,因此对人工湿地技术的除污效果进行详细分析。酸模和美人蕉湿地体系的TN平均的去除率均在60%以上,在TN去除率方面,酸模要比美人蕉明显;随着时间的增长,酸模对NH+4-N的去除效果,要优于美人蕉对NH+4-N的去除效果;美人蕉对TP平均去除率大概是87%,酸模对TP平均去除率大概是77%,对于TP的去除,美人蕉要优于酸模;酸模对COD平均去除率大概为60%,美人蕉对COD平均去除率大概为54%,可见,两种植物湿地针对COD的去除效果一般。     

人工湿地处理污染河水和湿地植物腐烂分解影响研究

以高原复合型人工湿地为研究对象,在水力负荷为0.067 m/d的条件下,监测湿地对CODCr、TN、TP、氨氮的去除率达到了66.3%、82.5%、43.2%、76%;采集了梭鱼草、美人蕉、芦苇、水葱、茭白、再力花6种挺水植物地上部分,测定了它们的TN、TP、有机质等营养物质含量和它们腐烂分解过程中TN、TP、COD等释放强度。结果表明:梭鱼草、美人蕉、茭白释放强度较强,再力花和芦苇释放强度较弱,在选择湿地植物时综合考虑植物吸收污染物能力情况下,可以优先考虑再力花、芦苇等植物。     

人工湿地处理污染河水和湿地植物腐烂分解影响研究

以高原复合型人工湿地为研究对象,在水力负荷为0．067m／d的条件下,监测湿地对CODCr、TN、TP、氨氮的去除率达到了66．3％、82．5％、43．2％、76％;采集了梭鱼草、美人蕉、芦苇、水葱、茭白、再力花6种挺水植物地上部分,测定了它们的TN、TP、有机质等营养物质含量和它们腐烂分解过程中TN、TP、COD等释放强度。结果表明：梭鱼草、美人蕉、茭白释放强度较强,再力花和芦苇释放强度较弱,在选择湿地植物时综合考虑植物吸收污染物能力情况下,可以优先考虑再力花、芦苇等植物。     

植物吸收在人工湿地脱氮除磷中的贡献

通过研究人工湿地植物对氮、磷的吸收能力,评价植物吸收在人工湿地脱氮除磷方面的贡献. 结果表明,不同湿地植物其组织中w(TN)和w(TP)差异极显著,湿地植物对TN和TP的吸收量分别为6.1～94.0和0.5～9.0 g/(m2·a). 按全年衡算,湿地植物对TN和TP的吸收量分别占人工湿地TN和TP去除量的0.6%～17.3%和1.4%～41.2%. 但由于湿地植物吸收的TN和TP中有相当一部分是储存在湿地植物的地下部,通过收获植物地上部的TN和TP吸收量仅占人工湿地TN和TP去除量的0.3%～14.1%和0.8%～19.6%. 由此可见,湿地植物的直接吸收在人工湿地系统氮、磷去除中不占重要地位,人工湿地植物的选择和利用应该更注重其间接生态效应的发挥.      

处理低污染河水的湿地内氮迁移转化过程模拟

为了明确以低污染河水为原水的人工湿地中的主要脱氮机制以及氮素的归趋形式,以洱海流域邓北桥湿地工程为研究对象,根据湿地内发生的生物反应、物理吸附以及沉淀等过程,建立了生态动力学模型,模拟湿地中氮素的迁移转化. 结果显示,所建模型能较好地模拟出水中ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(ON)(ON为有机氮)的变化趋势,效率系数(R)分别为50.2%、67.6%、81.2%. 通过对湿地氮素迁移转化与去除量的模拟结果分析,确定了湿地除氮的主要机制为硝化、反硝化、植物吸收. 反硝化作用可以去除进水中50.0%的TN,植物吸收可以去除进水中11.0%的TN,底泥则可以吸附进水中3.5%的TN. 模拟得到硝化速率平均值、反硝化速率平均值、植物吸收氮速率平均值分别为0.234、0.438、0.050 g/(m3·d).      

植物及存水区对南方生物滞留池去污效果的影响

以柳叶马鞭草、菖蒲、鸢尾和美人蕉及南方红壤构建5个生物滞留池模拟装置,研究植物和IWS(内部存水区)及其交互作用对径流中TSS、COD、NH_3-N、NO_3~--N、TN和TP去除的影响,定期测定植物的叶绿素含量、株高和游离脯氨酸含量等生理指标,以探讨植物的生长适宜性。结果表明:植物对COD、NO_3~--N和TN的去除影响较大,其去除率分别为68.84%~77.28%、13.09%~59.61%和42.41%~71.75%,柳叶马鞭草和美人蕉的NO_3~--N及TN去除能力显著高于菖蒲和鸢尾(P柳叶马鞭草>鸢尾>菖蒲,美人蕉和柳叶马鞭草的去污效果和长势较好,适宜在南方生物滞留池中种植。     

秋季湿地景观植物水培净化微污染河水的研究

以赵王河水为原水,在初秋和秋末冬初对以香蒲、睡莲、芦苇、鸢尾、美人蕉为栽培植物的水培样净化微污染河水的状况进行了初步研究。结果表明,初秋,各水培植物处理下河水高锰酸盐指数增加,鸢尾最高,各植物对河水TN去除都有效果,睡莲最高,去除率在30%~40%之间,植物存在对TN处理很重要,植物对TP作用较小。秋末冬初,植物在良好保温下可继续生存,但受植物内部生长节律的影响,植物对河水净化作用较小。     

空心菜浮床+仿生植物系统对污染物去除效果

通过空心菜浮床,空心菜+仿生植物复合系统以及仿生植物3组不同的水处理系统对城市重污染河道水体主要污染物的去除效果研究,试图阐明浮床+仿生植物复合系统在水质净化中的强化作用。结果表明,空心菜浮床+仿生植物复合系统对污染水体中的TN,NH4+-N,TP,高锰酸盐指数均具有较好的去除效果,相对于单独的空心菜浮床系统,复合系统对TN,NH4+-N,TP以及高锰酸盐指数的去除率提高了28.50%、20.03%、33.43%、18.02%;相对于单独的仿生植物系统,复合系统对TN,NH4+-N,TP以及高锰酸盐指数的去除率提高了14.98%、20.29%、53.38%、26.96%,且其对污染物的去除率远高于对照(p<0.05),表明空心菜生态浮床+仿生植物复合系统可实现对污染水体的强化净化,同时可有效抵抗空心菜植物腐烂对系统带来的冲击,确保复合系统的长期稳定运行。     

人工湿地中植物生长特性及其对TN和TP的吸收

构建了潜流水平芦苇湿地处理富营养化污水,在近2年的研究中考察了芦苇的生长规律、 芦苇不同器官对TN和TP的吸收及季节变化,评价了植物吸收对湿地TN和TP的去除作用.结果表明,2个生长年内芦苇的生长规律不同,受第1年芦苇移植的影响,芦苇生长周期滞后,导致植物立枯生物量与活体生物量比例在2年中相同月差异很大.第2年芦苇地上生物量是第1年的3.9倍.芦苇组织中TN和TP含量遵循新鲜叶>成年根>新鲜茎的规律.新鲜植物组织中TN和TP含量变化相对不大,当植物枯萎时地上组织TN和TP含量明显下降.根中TN和TP含量在全年中基本维持稳定.植物净吸收随植物生长情况而改变,按全年衡算,当湿地进水TN和TP负荷分别为61.39和7.39 g/(m2·a)时,植物地上生物量吸收TN和TP分别占湿地TN和TP总去除量的46.0%和26.8%,植物吸收仍起到重要作用.      

水生植物重建工程对小柘皋河富营养化水质的净化效果

利用筛选出来的芦苇(Phragmites australis Trin)、茭草〔Zizania latifolia (Griseb.) Stapf〕、香蒲(Typha orientalis Presl.)、菱角(Trapa natans Linn.)、莲(Nelumbo nucifera Gaertn)和菹草(Potamogeton crispus Linn.)6个工具物种,在小柘皋河道内进行水生植物群落重建恢复试验工程,并对该河道工程区内的水质进行1 a检测. 结果表明:恢复后小柘皋河植被面积占整个河道的65%～75%,河道水生植物年生产量约1.42×106 kg(以湿质量计),相当于1.98×1012 J(能量);河道内的水生植物都具有一定的抗水力冲击负荷能力,能适应河道污水水质和水量均不稳定的动态变化特征,并对污水中COD_Cr,TN,NO₃--N,TP和NH₄+-N等均有去除作用,去除率平均值分别为23.61%,25.00%,26.37%,32.93%和33.55%.      

5种水生植物去污抗逆能力的试验研究

在实验室人工模拟太湖地区初春较寒冷的气象条件下,对5种能越冬的水生植物(伊乐藻、微齿眼子菜、竹叶眼子菜、石菖蒲和水芹菜)在不同营养条件下去除氮磷的效果和一些反映其抗逆能力的生理生化指标进行了系统的对比研究.结果表明:这5种植物均能较好地吸收水中的营养物质,其中以水芹菜和微齿眼子菜的脱氮除磷效果最好;5种植物体内脯氨酸含量均与水体营养物质的质量浓度呈正相关,相同试验条件下,水芹菜和微齿眼子菜体内脯氨酸的积累倍数最高,表明二者的抗逆能力也较强;但当水体营养物质的质量浓度超过一定限值后,5种植物的生物量增长率均随水体营养等级的增高而下降.水芹菜和微齿眼子菜可作为构成双层次群落结构(FAMS)的优选植物种类,用于修复太湖地区富营养化水体.      

三种水生植物在不同季节去污能力的对比研究

在实验室人工模拟太湖地区春季和冬季不同气候条件下,对三种抗寒去污性能较强的水生植物伊乐藻、石菖蒲和水芹菜在不同营养状态下和不同季节温度条件下去除氮磷的效果进行了系统地对比研究。结果表明:这三种植物均能较好地吸收水中的营养物质,其中以水芹菜脱氮除磷效果最好;总体上植物在春季吸收氮的效果要好于冬季,但对磷的季节吸收差异没有氮明显。可利用沉水植物和挺水植物对氮磷去除的各自优势分别筛选吸收效果较好的植物品种,构成双层次群落结构(FAMS)用以修复太湖地区富营养化水体。     

不同水生植物富集氮磷能力的试验研究

研究了伊乐藻、菹草、微齿眼子菜、竹叶眼子菜、石菖蒲和水芹菜等水生植物在不同营养状态下体内富集N、P的能力。结果表明:植物体内氮磷浓度增加的趋势与所在水体中的氮磷去除效果相一致;挺水植物水芹菜和沉水植物微齿眼子菜吸收N、P的能力较强,可将这两种植物构成双层次群落结构用以修复太湖地区的富营养化水体。     

3种湿地植物在水培条件下的生长状况及根系分泌物研究

湿地植物是人工湿地的核心部分,其根系分泌物是人工湿地的主要内部碳源.本研究分析了美人蕉、茭白、水柳等3种湿地植物在水培条件下的生长状况和根系分泌物特性.本实验条件下美人蕉、茭白、水柳在120 d的平均生物量/初始生物量分别为9.1、 3.7和4.7.植物根系分泌物的量与生物量正相关,分泌能力随生物量的增加而降低,生长期内,水柳的平均分泌能力为0.92 mg·(g·d)^-1,美人蕉为0.47 mg·(g·d)^-1,茭白为0.43 mg·(g·d)^-1.通过三维荧光光谱分析,3种植物的根系分泌物均以小分子有机酸和芳香族蛋白质为主.本研究表明,美人蕉、水柳为适宜的湿地植物.     

Nutrient concentration variations during Oenanthe javanica growth and decay in the ecological floating bed system

The ecological floating bed system is a natural alternative to technical methods of wastewater treatment and involves complex processes induced by plants or microorganisms in the wastewater. This study aimed to identify nutrient concentration variations during Oenanthe javanica (Blume) DC growth and decay in the ecological floating bed system. Results showed that the third-order polynomial equation was suitable to describe pollutant concentration changes, showing that the effect of O. javanica ecological floating bed system on polluted water could be divided into the purification phase and decay phase. During the purification phase, nutrient concentrations rapidly decreased because O. javanica influenced water microbial communities and water physical parameters (i.e., dissolved oxygen, pH, and temperature), and had a direct uptake of nutrients. However, during the decay phase, nitrogen and phosphorus concentrations in the plant tissues decreased, and these lost nutrients ultimately transferred to water and led to water quality deterioration. Results also showed that the uptake and storage of O. javanica in nutrients were temporary and the plant served only as media of the nutrients removed from the water. Under these circumstances, harvesting was an appropriate intervention to improve the treatment efficiency of O. javanica ecological floating bed system.     

洱海湖滨带挺水植物残体腐解特征及其环境效应初探

采用试验模拟的方法,研究洱海4种主要挺水植物茭草(Zizania caduciflora)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpus validus)和芦苇(Phragnites australis)在水体中的腐解特征. 结果表明:在21 d的腐解试验中,水葱腐解速率最快,茭草和香蒲其次,芦苇最慢; 挺水植物单位干物质TN释放量表现为水葱>茭草≈香蒲>芦苇,TP释放量表现为水葱>茭草>香蒲>芦苇; 4种植物TP释放率均高于TN,腐解出的TP进入水体的比例也明显高于TN. 水体中ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均在腐解初期(1～3 d)快速上升,pH和ρ(DO)快速下降; 随后,ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均缓慢下降,pH和ρ(DO)则缓慢回升. 结合洱海湖滨带挺水植物空间分布的调查结果,估算全湖湖滨带4种挺水植物中TN和TP的总质量分别为17.622和2.870 t,其中茭草和香蒲中的TN和TP分别占91%和95%,对茭草和香蒲进行适时、适宜的收割对改善湖滨带的水质具有重要的意义.      

几种湿地植物根系生物量研究

根据不同植物不同时期在不同类型人工湿地中的根系生物量的测量结果,分析了湿地植物的生长状况及根系分布特点.以象草(Pennisetum purpureum)为优势种的潜流湿地比表面流湿地植物生长旺盛,在表面流湿地里象草3～5月生长旺盛,6月后出现枯萎,8月份甚至死亡;而潜流湿地的象草一直生长正常.5种湿地植物根系生物量的比较分析表明,5月份0～15cm土层的根系生物量以象草最多,其次是美人蕉(Canna indica)、香根草(Vetiveria zizanioides)、芦苇(Phragmites communis),香蒲(Typha latifolia)最少;8月份美人蕉最多,其次是象草、香根草、芦苇,香蒲最少.15cm以下则是芦苇最多,其次是香蒲、香根草、美人蕉,象草最少.根系生物量的增幅则是芦苇最快,象草最慢.     

3种景观植物对城市河道污染水体的净化效果

以美人蕉、绿萝、马丽安3种景观植物为试材,制成生态浮床,研究3种植物以及无植物浮床对城市污染水体中氮、磷的净化效果,试验共持续46 d. 结果表明:3种植物在污染水体中能保持较强的生命力,试验结束时,其株高、根长及生物量均有显著增加,增长率表现为美人蕉>马丽安>绿萝;美人蕉、绿萝、马丽安对水体中TN的去除率分别为93.95%,90.25%和92.60%,远高于对照组的去除率(60.44%);3种植物对水体中NH₄+-N的去除率分别为98.06%,95.07%和97.61%,其中美人蕉、绿萝组NH₄+-N的主要去除途径为硝化反应,马丽安组NH₄+-N去除主要是通过氨挥发以及硝化反应等,而对照组NH₄+-N去除率(81.62%)较高的主要原因为氨的挥发;美人蕉、绿萝组ρ(NO₃--N)呈先增加后减少的趋势,而马丽安和对照组ρ(NO₃--N)增幅不大,各试验组ρ(NO3--N)变化与水体硝化、反硝化反应以及植物吸收有关;3种植物对水体中TP和COD_Mn均有明显的去除效果,去除率显著大于对照组. 试验表明, 3种植物对污染水体均有很好的净化效果和一定的景观价值,可作为城市河道污染水体治理的优良物种而推广使用.      

南四湖湿地六种水生植物的磷素根际效应

利用根际土壤溶液的原位抽提和微量样品分析技术,对南四湖湿地的芦苇(Phragmites communis)、芦竹(Arundo donax)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpus validus)、茭草(Zizania aquatica)和喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)等6种水生植物进行了野外原位根际土壤溶液的磷素浓度分析,并从根系形态、磷素吸收利用有效性、根际土壤有效磷素和pH值变化等根际效应差异,揭示不同种类湿地植物磷素净化效率差异的内在机制.结果表明,香蒲对磷素的吸收最大;其次是芦苇、芦竹和茭草;再次是水葱和喜旱莲子草.香蒲的根际土壤溶液磷素浓度(PO43-,0.37μg/L)显著低于非根际区浓度(PO43-,0.47μg/L);而芦苇、芦竹和水葱则表现为根际土壤磷素浓度高于非根际.香蒲通过强大的根系获取了较多的磷素,芦竹则通过根际酸化促进了根系对磷素的吸收,实现了根际土壤较高的磷素去除率.喜旱莲子草根际土壤有效磷增加了48%,可能是由于其较强的根际酸化(pH值降低约0.9)增加了土壤磷素向水体流失的风险,故在湿地磷素修复中应避免使用.