人工湿地生态系统提高氮磷去除率的研究进展

介绍了人工湿地及其去除污水中氮磷的机理，并从湿地植物、基质和微生物三个方面系统地阐述了目前人工湿地系统提高氮磷去除率的研究进展情况；提出了可以通过改良湿地系统设计提高氮磷净化效果、利用培养优化菌种与调节环境条件促进湿地系统氮磷的转化及通过在基质中添加合适的附料、提高人工湿地系统植物多样性从而增加氮磷的吸附吸收的建议，为人工湿地污水净化技术的应用研究提供了有益的参考。     

两种复合人工湿地系统对东莞运河污水的净化效果

复合人工湿地系统是将不同类型的人工湿地相组合,充分发挥各类型湿地特长,实现优势瓦补的一种更有效的污水净化系统.研究采用复合垂直流-水平潜流人工湿地和复合垂直下行流人工湿地两种复合人工湿地系统对东莞运河的河道污水进行处理,分别监测了两套不同复合人工湿地系统第一、二级湿地单元的出水情况,研究了不同时间段和一定的水力负荷下复合人工湿地系统对河道污水的净化效果.结果表明,两种复合人工湿地系统的二级湿地单元出水各指标明显优于一级湿地单元,复合垂直流-水平潜流湿地对东莞运河污水COD、BOD_5和TP的平均去除率分别达到70.52%、69.21%和55.56%;复合垂直下行流湿地系统对TP的净化尤其突出,平均去除率达到72.62%,二级出水的质量浓度在0.10～0.60 mg·L~(-1)之间,对COD和BOD_5的平均去除率分别为64.74%和60.63%.两种复合系统的出水浓度均达到<城市污水处理厂污染物排放标准>(GB 18918-2002)中的一级标准.由此可见,两种复合人工湿地系统对各污染物去除效果明显优于单一的湿地系统,且更具稳定性和耐冲击能力.     

人工湿地土壤微生物生物量碳与污水净化效果的关系

微生物在人工湿地污水净化过程中发挥着重要作用,微生物生物量碳是微生物的重要表征之一.为探讨人工湿地土壤微生物量碳与污水净化效果的关系,以表面流人工湿地为研究对象,分别研究了不同植物人工湿地土壤微生物生物量碳和净化效果的时空变化及其相关性.结果显示,4种植物湿地表层(0-5 cm)微生物生物量碳极显著高于深层(15-20 cm)的测量值(P<0.01).人工湿地污染物去除效果与微生物生物量碳具有相同的季节变化规律,都呈单峰型的季节格局,夏秋季较高,冬春季较低.微生物生物量碳与人工湿地COD、BOD5和TN的去除呈显著正相关(P<0.05).水鬼蕉湿地具有较高的微生物生物量碳,而污染物去除率一般较低,这表明不同湿地微生物生物量碳与污染物去除率的相关性呈现不确定性.     

芦苇的种质资源及在人工湿地中的应用

芦苇属(Phragmites)植物在世界分布广泛,具有多个变种,并被大量地应用于人工湿地,具有较强的污水净化效果.在我国芦苇属有3个种,分别为卡开苇[P.karka(Retz.)Trin.ex Steud.]、日本苇(P.japonica Steud.)和普通芦苇[P.australis(Cav.)Trin.ex Steud.].普通芦苇是当今世界范围内应用最广泛的芦苇种.芦苇为适应不同的环境条件会变异为不同的生态型,具有各自稳定的生理、遗传学特征.本文主要介绍我国3个芦苇种的生物学特征和分布,对芦苇的多生态型特征以及世界范围内不同种芦苇在人工湿地中的应用现状进行阐述,并分析芦苇人工湿地的特点和应用中存在的问题,同时指出调查芦苇更多生态型,研究不同生态型芦苇与人工湿地污水净化效果之间的关系以及开展芦苇与其他人工湿地植物污水净化效果的比较等方面是以后研究的重点.表1参69     

生物炭固定菌强化人工湿地对低温污水中氮素去除的模拟研究

以从冬季南四湖湿地底泥中分离筛选出的黄假单胞菌(Pseudomonas flava WD-3)为微生物载体,采用水稻秸秆炭化制备的优质生物炭为吸附剂,将生物炭固定化Pseudomonas flava WD-3投加到垂直流人工湿地污水处理系统中,探讨不同菌剂接种量对低温污水中氮素的去除情况;并采用简化的Monod动力学模型对人工湿地污水中污染物的去除过程进行模拟。结果表明,在水力停留时间5 d时,生物炭固定化Pseudomonas flava WD-3对人工湿地低温污水中氮素的去除效率有显著提高,且对人工湿地污水中TN、NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N的降解符合Monod动力学模型。     

潜流人工湿地中有机污染物降解机理研究综述

人工湿地是一种完整的生态系统,它是利用系统中发生的物理、化学和生物等多重协同作用实现对污水的净化功能.开展潜流人工湿地中废水处理的机理、湿地内部有机污染物的迁移转化、湿地工艺设计及其水力学、动力学参数的研究,对环境废水中有机污染物的去除及生态安全具有重要意义.文章主要从化学、生物、设计参数等方面论述了人工湿地废水处理中有机污染物的降解及其机理研究进展.化学因素主要包括溶解性有机质(DOM)对有机污染物的迁移转化、氧化还原环境(Redox)及废水中电子受体的存在对有机质的分解状况、不同溶解氧(DO)水平为厌氧、好氧细菌对有机物的生物降解及湿地内反应动力学模型建立等因素对废水中有机污染物降解的作用及影响;生物因素主要涉及植物和微生物的作用,湿地中的生物降解是有机污染物的主要去除方式;在工艺参数方面,主要就水流特性、孔隙度、停留时间(HRT)、水力负荷(HLR)和水位等因素对湿地中有机污染物去除的影响进行了探讨.     

人工增氧型复合湿地污染物净化效果

针对传统人工湿地负荷低、硝化能力弱和易堵塞的缺点,结合曝气生物滤池与人工湿地强化理论的研究成果,自主开发了人工增氧型复合湿地工艺,即生物接触氧化预处理+微曝气垂直流湿地+水平潜流湿地。通过对滇池北岸城郊混合制污水处理的模型试验,分析该工艺流程各净化单元的污染物去除效果。结果显示,人工增氧型复合湿地对不同水力负荷和污染负荷都体现了较强的缓冲调节能力和较高的净化效果。对污染物的总去除率分别为SS 94.5%、CODCr71.3%、氨氮72.3%,在进水总氮10.0 mg.L-1条件下实现了41.9%的总氮去除率,出水总氮均值为5.8 mg.L-1。     

单种和多种群落湿地对污水的净化效果和植物生长生物量研究

对单种和多种植物人工湿地对污水的净化效果和植物生长生物量进行了研究.结果表明,两种湿地对有机物CODcr的净化效果差异不明显,但多种群落湿地对TP的净化效果优于单种群落湿地,而单种群落湿地对TN的净化效果又强于多种群落湿地.风车草在单种群落里生长旺盛,而在多种群落里生长稍差,单种群落的群落覆盖度明显高于多种群落的群落覆盖度;单种群落地上部分生物量为2395.6g/m2,比多种群落的地上部分生物量多1倍强,而多种群落的地下部分生物量为688.0g/m2,比单种群落的地下部分生物量多80%强;植物根系主要分布在0～5cm表层,该层根系生物量占根系总生物量的60%强.图1表2参12     

云南高原常见湖滨湿地植物群落对生活污水氮的净化研究

湿地植物具有净化水质的特殊功能,研究不同湿地植物群落对生活污水净化效果及机理,对退化湿地的恢复与人工湿地的构建具有重要的理论和现实意义。选取小黑三棱＋杉叶藻＋荇菜（Com.Sparganium simplex＋Hippuris vulgaris＋Nymphoidespeltatum）、水葱＋睡菜＋荇菜（Com.Scirpus validus＋Menyanthes trifoliate＋Nymphoides peltatum）、菰＋荸荠＋荇菜（Com.Zizaniacaduciflora＋Heleocharis yunnanensis＋Nymphoides peltatum）和香蒲＋睡菜＋眼子菜（Com.Typha przewalskii＋Menyanthestrifoliate＋Potamogeton distinctus）等4种云南高原常见湖滨湿地植物群落作为实验材料进行水质净化模拟研究。结果表明：供试植物都能较好的适应生活污水环境,各植物全株氮质量分数在12.37～19.55 mg.g-1之间,各群落植物氮累积量为229～269 mg.m-2,对生活污水脱氮贡献率为10.11%～11.21%;各群落对生活污水TN的去除率都在75%以上,均显著高于无植物对照组（P〈0.05）,其中水葱＋睡菜＋荇菜（Scirpus validus＋Menyanthes trifoliate＋Nymphoides peltatum）群落对生活污水TN去除效果显著优于其他3种群落（P〈0.05）,去除率高达（93.79±1.27）%;试验期间,各群落污水N03--N与TN浓度之间显著负相关（r=–0.597,P〈0.05）,能很好的揭示氮的去除过程;各群落植物净增生物量与群落TN累积量显著正相关（r=0.953,P〈0.05）,表明收割植物可充分发挥湿地植物的脱氮潜力;植物群落能有效增强和促进湿地系统对污水中氮的净化能力,各植物群落对污水TN去除贡献率在29.24%～43.57%之间,群落内植物生长特性及其种间关系是各植物群落水质净化效果存在显著差异的主要原因。     

潮汐流人工湿地处理含双酚A污水

本研究利用潮汐流人工湿地处理技术处理含双酚A污水.研究结果表明,潮汐流人工湿地的最佳淹没反应时间和空床闲置时间均为24 h;在最佳运行条件下,芦苇床湿地对污水中COD_(Cr)、NH_3-N、NO_2-N、NO_3-N、TP、SS各污染物指标的去除效果比香蒲床湿地略高,而对双酚A的去除效果要略低于香蒲床湿地,其中芦苇床湿地对双酚A的去除率在74%—96%之间,香蒲床湿地对双酚A的去除率在70%—83%之间.芦苇和香蒲根际土壤多酚氧化酶活性在1.47—3.19 mg·g~(-1)之间,其中香蒲根际土壤多酚氧化酶活性高于芦苇,芦苇床和香蒲床潮汐流人工湿地系统都适合含双酚A城镇污水的处理.     

组合式人工湿地对分散型生活污水净化效果及其微生物群落结构特征

为了解组合式人工湿地对分散型生活污水的净化效果及微生物群落结构多样性的变化规律,以某生活污水处理厂细格栅出水为研究对象,研究人工湿地对生活污水中COD、NH_3-N、TN和TP的去除效果,采用高通量测序的方法分析填料和植物根系微生物的多样性变化规律.结果表明,组合式人工湿地在0.15—0.35 m~3·(m~2·d)~(-1)的水力负荷下对污染物的去除效果最好,对COD、NH_3-N、TN和TP的平均去除率为82.94%、65.69%、56.57%和79.98%,湿地出水稳定达标.此次分析包括门、纲、属水平,其中在门分类水平上以变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、放线菌门为共有的优势菌门,在纲为分类水平上以γ-变形菌纲、酸杆菌纲、α-变形杆菌纲和芽孢杆菌纲为优势菌群,在属为分类水平上以硝化螺旋菌属、节杆菌属、红游动菌属和假单胞菌属为优势菌属.其中,湿地填料和植物根系微生物群落多样性与污水性质相关性分析表明,其微生物多样性与污水温度、pH和溶解氧呈现显著负相关,这是影响组合式人工湿地填料和植物根系微生物群落发生变化的重要因子.     

表面流人工湿地处理生活污水的研究

通过小试装置研究了表面流人工湿地对人工模拟生活污水的处理效果及相关运行参数。实验结果表明，表面流人工湿地系统对污水中的CODcr、TN、TP均有较好的综合净化能力，对各种污染物指标的去除率可分别达到CODcr 75％、TN75％、TP73％，其中CODcr和TN达到一级排放标准分别需3d和4d的表观停留时间，TP要达到二级排放标准则需6d的表观停留时间。而且，湿地植物对TN和TP的去除有比较明显的促进作用。     

生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能

潮汐流人工湿地是一种新型的污水处理技术,作为人工湿地的重要组成部分,基质的合理选择能够直接影响人工湿地的运行效果。以鸡粪生物炭和玉米秸秆生物炭为基质分别建立潮汐流人工湿地来处理生活污水,并以石灰石基质人工湿地作为对照,考察不同淹没/排水比(8 h/4 h和4 h/8 h)下人工湿地对生活污水中各项污染物的去除性能。研究结果表明:生物炭基质人工湿地对COD、BOD、NH4~+-N、TN和PO4~(3-)-P的去除效率均高于石灰石基质人工湿地,且玉米秸秆生物炭基质人丁湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(73.6%±2.9%,COD)、(84.8%±6.1%,BOD5)、(84.2%±3.2%,NH4~+-N)、(45.3%±2.2%,TN)和(84.6%±2.8%,PO4~(3-)-P);当淹没/排水比由8 h/4 h改为4 h/8 h时,除PO4~(3-)-P的去除率基本不变外,各组人工湿地对生活污水COD、BOD、NH4~+-N和TN的去除率均有不同程度的升高,且玉米秸秆生物炭基质人工湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(80.5%±5.2%,COD)、(92.1%±5.1%,BOD5)、(90.3%±3.2%,NH4~+-N)、(60.3%±2.2%,TN)和(84.7%±1.5%,PO4~(3-)-P);生物炭基质人工湿地对NH4~+-N的去除途径主要为物理吸附和微生物硝化作用,且微生物硝化作用占主导,对PO4~(3-)-P的去除途径主要为物理吸附和微生物好氧吸磷作用,且微生物好氧吸磷作用占主导;生物炭基质中的微生物量要高于石灰石基质,且上层基质的微生物量高于下层基质;在微生物群落中,Clostridiaceae和Nitrosomonadaceae菌群分别承担有机物和NH4~+-N的主要去除,其在生物炭基质中的相对丰富度均高于石灰石基质。     

牧草轮作对奶牛场污水氮、磷的净化效果研究

以土壤为基质,选择象草（Pennisetum purpureum）和黑麦草（Lolium perenne）两种牧草作为植被模拟人工湿地净化系统,研究牧草全年轮作在间歇流人工湿地中对奶牛场高质量浓度污水的适应性及对污水氮、磷的净化效果。结果表明：象草、黑麦草在间歇性高质量浓度污水中生长良好,可作为畜牧场高质量浓度污水修复植物进行全年轮作,并适时的收割,去除污水中的氮、磷。在不同污水质量浓度处理的牧草净化系统中,水力停留时间为8 d的条件下,铵氮的去除率为75.9%~94.9%;硝态氮的去除率为65.4%~90.9%;总氮的去除率64.2%~90.1%;总磷的去除率在90%以上;象草和黑麦草对污水中氮、磷的吸收转化在系统对氮磷净化中的贡献率平均分别为氮25.12%和20.03%、磷31.20%和20.42%;各处理氮、磷的去除效果与污水的质量浓度呈负相关。     

湿地土壤因素对污水处理作用的模拟研究

人工湿地是近年来发展较快的污水处理设置,本文用室内模拟的方法研究了湿地土壤在处理生活污水的作用。结果表明,在排除了植物因子的前提下,人工湿地土壤－生生物系统对污水的民人仍具有良好的去除作用。系统不同单位区段对污水中的总有机碳（ＴＯＣ）,总氮（ＴＮ）去除率存在差异,在第一个单位区段的处理效率最高,分别达４８％和３８％,远大于第二、三、四区段,土壤吸收吸附磷的过程中存在着积累现象,土壤磷浓度在第一区段     

风车草对生活污水的净化效果及其在人工湿地的应用

研究了风车划（Cyerus alternifolius）的生长特性和对生活污水的净化效果。风车草全年保持生长，即使在冬天仍能维持一定的生长速率。风车草在生活污水中培养10d后，污水中TN、TP、COD和BOD的去除率分别达到91％、92％、70％和73％，其中风车草对N、P的吸收量分别占净化量的55％和53％。种植风车草的潜流型人工湿地对TN、TP、COD和BOD的去除率分别为64％、47％、74％和74％，与不种植物的人工湿地相比，TN、TP、COD和BOD的去除率分别提高了28％、19％、14％和13％。图2表3参12     

基质对于人工湿地净化磷素潜能的探讨

综述了不同基质对于人工湿地净化磷素的潜能的研究结果。总结了不同基质对磷素的理论最大吸附量以及基质在人工湿地运行中对磷素净化能力,探讨了影响基质对磷素吸附性能的几个主要因素,并对今后在人工湿地基质类型的选择方面提出了展望。     

人工湿地处理生活污水研究--以深圳石岩河人工湿地为例

对深圳石岩河人工湿地运行以来的污水净化效果、植物生长状况和处理系统存在的问题等进行了分析和研究.结果表明,湿地运行7个月,污水处理量达1.8×106 m3,对污水中CODCr、BOD5、SS、TP、TN和NH3-N的去除率分别为87.1%、94.1%、57.5%、91.4%、47.8%和74.8%.对植物氮磷的分析表明,植物氮质量分数在1.31%～2.25%之间,磷质量分数在0.40% ～ 1.15%之间,植物氮积累量为116.2 ～ 417.1 kg·hm-2,磷积累量为70.7～178.3 kg·hm-2.与工程总处理量相比,植物吸收的氮磷量仍占很小部分,平均分别为4.90%和3.78%.此外,对工程运行状况的观测发现,人工湿地存在工程表面板结、内部堵塞及植物管理等问题,板结程度与植物覆盖度成反比.     

垂直流-水平潜流复合人工湿地深度处理电镀废水的效果

采用垂直流-水平潜流复合人工湿地对金华清湖电镀厂排放的电镀废水尾水进行深度处理,研究复合人工湿地对电镀废水的深度净化效果,并对复合人工湿地在低(30 cm·d-1)、高(55 cm·d-1)水力负荷条件下的去除效果进行对比试验,探讨水力负荷对复合人工湿地处理能力的影响.复合人工湿地主要由调节池、垂直流人工湿地、水平潜流人工湿地和集水池四部分组成,电镀厂化学沉淀处理后的尾水先经一级垂直流人工湿地的基质和植物根系的过滤、吸附作用,刺激微生物活性,再流入水平潜流人工湿地完成二级处理,依靠植物、微生物、基质三者的联合作用从而使电镀废水得到深度净化.其中,垂直流人工湿地种植凤眼莲(Eichhornia crassipes)、稗草(Echinochloa crusgalli)和空心莲子草(Herba Alternantherae)3种水生植物,潜流人工湿地种植藨草(Scirpus triqueter)、黄菖蒲(Iris pseudacorus)、芦苇(Phragmites communis)、千屈菜(Lythrum salicaria)和美人蕉(Canna indica)5种水生植物.结果表明,复合人工湿地对电镀废水的净化效果非常显著,对Zn、Cu、Cr、Mn四种重金属和COD具有很高的去除率,处理后Zn、Cu、Cr、Mn和COD的质量分数分别为15.9%、12.4%、15.2%、28.5%和32.9%.其中,Cu、Mn和COD出水符合<污水综合排放标准>(GB8978-1996)一级标准,而Zn、Cr虽有很高的去除率,但并未达到标准.研究同样表明,复合人工湿地对电镀废水的去除效率存在一个最适宜的处理时间,过短和过长的处理时间都不利于污染物的去除.低、高水力负荷对比试验研究表明,水力负荷对COD的去除效果影响较大,对Zn、Cu、Cr、Mn的影响较小;在高水力负荷条件下,复合人工湿地对Zn、Cu、Cr、Mn四种重金属仍然具有很高的去除率,其质量分数分别降到32.3%、27.7%、30.8%、43.2%.     

三级串联湿地对氮磷的净化效果

采用三级串连湿地,对抚仙湖湖滨带的农业面源污染及部分县城生活污水进行了处理,以防止湖泊的富营养化.对湿地各串连单元(即沉淀池、表流湿地单元和潜流湿地单元)的总氮和总磷浓度进行了试验分析,来监测湿地对污染物的净化效果.研究结果表明,除了表流湿地单元的平均脱氮率接近40%之外,其他的净化单元去除营养盐的效率都只有10%～20%左右.相对而言,沉淀池的TP去除率较好,而表流湿地单元的TN去除率最高.湿地在运行两年之后,其脱氮除磷的效果不是太佳.因此,在利用湿地进行污水处理的同时,要对其进行妥善管理,如植物的收割、基质土壤的翻新等,使其保持持续脱氮除磷能力.