人工湿地植物量及其对净化效果影响的研究

人工湿地污水处理系统中,植物对污水净化效果起着非常重要的作用,而植物量是植物生长的关键参数之一。为了明确植物量对污水处理效果的影响,在2002—2008年期间,详细测定了芦苇(Ph.australis Trin)、再力花(Thalia dealbata)、荻(M.sacchariflorus)和美人蕉(Canna indica)4种典型湿地植物不同年度的生物量、不同生长阶段的生物量、生物量年产率,以及同期湿地COD、BOD5、TN和TP等的去除率。结果表明:湿地植物在栽植成活、稳定生长以后,至少要再经过1个以上的生长周期才能完全适应湿地环境,达到生物量的最大值,其中芦苇根系和茎叶生物量显著高于其他植物;同种植物的植物量与COD、BOD5、TN去除率呈显著正相关,与TP相关性不强;植物量随生长周期的变化对湿地净化能力的影响显著,确定合理收割期有利于湿地的稳定运行;不同种类植物生物量年产率与各种污染物的去除率均显著相关,芦苇、再力花和美人蕉均具有较高的生物量年产率,污染物去除能力较好。在试验范围内,芦苇湿地的运行稳定性最好,再力花湿地具有最强的脱氮能力,美人蕉湿地能快速形成规模、实现稳定运行,这些为构建不同特点和不同需要的湿地提供了重要参考。     

人工湿地植物量及其对净化效果影响的研究

人工湿地污水处理系统中,植物对污水净化效果起着非常重要的作用,而植物量是植物生长的关键参数之一。为了明确植物量对污水处理效果的影响,在2002--2008年期间,详细测定了芦苇（Ph．australisTrin）、再力花（Thaliadealbata）、荻（M．sacchariflorus）和美人蕉（Cannaindica）4种典型湿地植物不同年度的生物量、不同生长阶段的生物量、生物量年产率,以及同期湿地COD、BOD5、TN和TP等的去除率。结果表明：湿地植物在栽植成活、稳定生长以后,至少要再经过1个以上的生长周期才能完全适应湿地环境,达到生物量的最大值,其中芦苇根系和茎叶生物量显著高于其他植物;同种植物的植物量与COD、BOD5、TN去除率呈显著正相关,与TP相关性不强;植物量随生长周期的变化对湿地净化能力的影响显著,确定合理收割期有利于湿地的稳定运行;不同种类植物生物量年产率与各种污染物的去除率均显著相关,芦苇、再力花和美人蕉均具有较高的生物量年产率,污染物去除能力较好。在试验范围内,芦苇湿地的运行稳定性最好,再力花湿地具有最强的脱氮能力,美人蕉湿地能快速形成规模、实现稳定运行,这些为构建不同特点和不同需要的湿地提供了重要参考。     

潜流人工湿地理化性质及不同形态氮素的空间分布

对潜流人工湿地系统的可溶解氧、pH、氧化还原电位以及水温等理化因子和不同形态氮素的空间分布进行了较全面研究。结果表明,潜流人工湿地上部溶解氧高于下部;湿地下部pH较小,主要在6.9～7.2之间;氧化还原电位表现为上部前端氧化,下部后端还原;湿地装置内下部温度总体比上部要高,前端表现得尤其明显;湿地前端上部是COD和氨氮降解的主要场所,在前端下部区域硝氮的浓度低而亚硝氮、氨氮的浓度相对较高;湿地系统中亚硝氮含量较低,仅在前端中下部有所积累;总氮浓度在湿地前端较高而后端较低,其去除率在根本上依赖于反硝化作用的强度。     

人工湿地脱氮途径及其影响因素分析

简述了人工湿地脱氮模型。各种形态的氮在人工湿地系统中可以通过氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用等过程被去除。讨论了各脱氮途径对人工湿地脱氮的贡献,在大多数人工湿地的pH条件下,湿地地面氨挥发可以忽略,湿地植物叶片氨挥发量尚不清楚。湿地介质的直接吸附是短期的。植物在湿地脱氮过程中起了重要作用,但一般认为植物直接吸收和存储只占湿地脱氮的一小部分,一般低于30%。微生物的硝化/反硝化作用,是人工湿地脱氮的最主要的形式。讨论了影响人工湿地硝化作用的主要因素:溶解氧,pH和温度。大多数人工湿地的pH适合硝化作用,溶解氧和温度对湿地硝化作用的影响最大。温度不仅影响微生物的硝化作用,而且可以间接地影响植物的生长从而影响人工湿地的脱氮性能。     

湿地植物根系及其分泌物对土壤脲酶、硝化-反硝化的影响

植物根际是人工湿地通过物理、化学、生物三重协同作用达到污染物去除的重要反应区域,然而关于植物根际土壤酶活性分布及根系分泌物及对人工湿地除污效果的影响目前仍缺乏系统研究。为了明确人工湿地中植物对脱氮的贡献,试验选取当地常见的7种经济耐寒性湿地植物——富贵竹(Dracaena sanderiana)、千屈菜(Spiked loosestrlfe)、美人蕉(Canna indica)、水葱(Scirpus tabernaemotani)、菖蒲(Acorus calamus)、香蒲(Typha angustiolia)、芦苇(Phragmites australis)作为研究对象,考察了不同植物的根际与非根际脲酶活性分布,并探究了植物根系分泌物对土壤脲酶活性及硝化-反硝化作用强度的影响。结果表明:湿地植物根系可以影响脲酶活性,表现为稳定生长的植物根际脲酶活性普遍高于非根际,以美人蕉和香蒲最为显著;不同植物根系对土壤脲酶活性的影响存在差异性,其中,富贵竹、美人蕉和菖蒲根际的脲酶活性接近,且明显高于香蒲、芦苇等其他受试植物;土著微生物对植物植入具有适应期和调整期,使植物对土壤酶活性的刺激效应滞后,表现为植物生长稳定期的脲酶活性平均值基本低于空白样,植物生长迅速期的脲酶活性平均值普遍明显高于空白样,说明植物的存在对土壤脲酶活性具有促进作用;25%的菖蒲根系分泌物对土壤脲酶具有一定程度的促进作用,在培养第25天时达到最佳效果;菖蒲根系分泌物对硝化作用强度有一定的促进作用,但对反硝化作用强度的影响不明显。     

几种植物对潜流型湖滨湿地中氮磷的处理效果比较

湖滨带是连接湖泊水域生态系统与陆地生态系统的一个功能过渡区,是湖泊的最后一道保护屏障。在河流的入湖口建造湖滨湿地,可有效净化入湖水中携带的部分有机污染物、营养盐等。湿地净化污染物的机理极为复杂,其中植被起着重要的作用。选择适当的植物是构建湿地系统的关键。以云南省抚仙湖北岸的湖滨湿地——马料河潜流型湿地为研究对象,探讨了美人蕉(Cannaindica),菖蒲(AcoruscalamusLinn),伞竹(Cyperusalternifolius),香蒲(Typhaelatifolia)四种不同植被系统的潜流型湖滨湿地去除污水中营养盐的效果,为抚仙湖湖滨带人工湿地的合理优化选择植物提供一定的依据。结果表明,四种植被系统的潜流湿地对总氮和总磷均有一定的去除效果。但是由于湿地长期运行而疏于管理,植物没有定期收割翻新,四种植物的氮磷去除率差别不太大,去除效果均不太佳。其中,美人蕉对总氮和总磷的去除效果较好,其去除率分别是30.4%,19.13%,其次为香蒲和伞竹,效果较差的是菖蒲。并且实验表明,暴雨对四种植物湿地氮的去除效果有很大的影响。连续几天的暴雨情况下,四种植物系统氮的去除率都很低。     

人工湿地处理剩余污泥工艺

通过8个月的人工湿地模拟实验,研究了3组工艺的人工湿地对剩余污泥渗滤液的净化效果,以及对积存污泥的稳定化效果,同时还通过湿地植物体内重金属的分布特征来研究植物对重金属富集的差异性.Ⅰ单元种植芦苇,基质反级配;Ⅱ单元种植芦苇,基质正级配;Ⅲ单元种植美人蕉,基质正级配.实验结果表明,在每个7 d的周期内随着停留时间的增长污泥含水率和挥发性固体呈下降趋势,3组污泥脱水后平均含水率为55.06%,挥发性固体去除率达55.7%;不同类型的植物对积存污泥的矿化程度不同,芦苇要优于美人蕉;3个单元渗滤液出水的p H值变化趋势大致相同,无明显差异;渗滤液出水的有机质含量均较进泥低,种植美人蕉单元去除效果最好;根据数据分析,3个单元中都发生了氨化、硝化和反硝化作用,Ⅲ单元总氮去除率最高70.21%,Ⅱ单元和Ⅰ单元分别为67.34%和66.67%.芦苇和美人蕉植物体对Ni的吸收量分别为4.62 mg·kg~(-1)、5.28 mg·kg~(-1),Cu分别为25.38 mg·kg~(-1)、25.12 mg·kg~(-1),Cr分别为7.87 mg·kg~(-1)、7.19 mg·kg~(-1),Pb分别为5.03 mg·kg~(-1)、5.87 mg·kg~(-1),Zn分别为151.12 mg·kg~(-1)、141.30 mg·kg~(-1),不同湿地植物在人工湿地中吸收积累重金属的量存在差异性.系统表层未出现雍水现象,处理后污泥的胞外聚合物(EPS)含量较低,蛋白质平均为1.03 mg·g~(-1)、1.10 mg·g~(-1)、1.16 mg·g~(-1),多糖平均为0.42 mg·g~(-1)、0.36 mg·g~(-1)、0.42 mg·g~(-1).结果说明垂直流人工湿地系统对剩余污泥有较好的脱水和稳定化效果.     

梭鱼草和芦苇人工湿地对重金属和营养的去除率比较

为探讨梭鱼草(Pontederia cordata L.)作为人工湿地植物的应用潜力,通过在室外用瓷盆(上直径80 cm,底直径50 cm,高45 cm)构建单种潜流湿地,比较了梭鱼草与常用的人工湿地植物芦苇(Phragmites australis Trin.e x S t e u d.)在人工湿地中对营养物质和重金属Cd2+和Pb2+的去除率.结果显示,梭鱼草对总氮(TN)和生化需氧量(BOD5)的去除率显著高于芦苇(P<0.05).两种植物湿地对Cd2+和Pb2+的去除率无显著差异.两种植物体内Cd2+和Pb2+的含量均是根>茎>叶,根部为主要的富集器官.污水停留2 d和停留7 d,两种湿地对营养物质的去除率差别不大,而对重金属的去除率,停留7 d显著高于停留2 d,表明人工湿地对重金属的去除比对营养的去除要慢一些.研究表明,梭鱼草是一种具有良好景观效果和较高去污率的湿地植物,在人工湿地中具有较好的应用潜力.     

暖季型水生植物残体分解对冬季浮床氮去除效果的影响

为了解决尾水湿地冬季氮去除率不足和暖季型水生植物冬季集中分解引起的二次污染问题,设计了向冬季水芹菜(Oenanthe javanica)浮床人工湿地(FCW)添加芦苇(Phragmites australis)秸秆的小试实验,研究暖季型水生植物芦苇在冬季集中分解过程中对冷季型水生植物水芹菜的生长,以及对水芹菜浮床人工湿地冬季氮去除率的影响,旨在为解决低温条件下人工湿地氮净化效果减弱以及冬季湿地植物残体的收割管理提供指导意义。结果表明,在80d试验周期内,芦苇残体分解了33.4%;与对照(CK)相比,添加芦苇秸秆处理(FCW-L)可显著提高水芹菜的叶绿素含量、总根系活力以及生物量,水芹菜地上生物量增加了97.90g·m-2,地下生物量增加了20.30g·m-2。试验周期内,碳氮比ω(C)/ω(N)平均值由CK的3.8提升至FCW-L的13.1,而NO3--N、NH4+-N和TN累计去除率由CK的26.5%、41%和27.2%分别提升至FCW-L的90%、82%和73.4%。由此可见,冬季植物残体分解可以改善尾水湿地碳氮比失衡问题,提升冷季型水生植物浮床人工湿地冬季氮去除率。因此冷、暖季型水生植物配植可以作为一种提高尾水湿地冬季氮去除能力的新方法。     

贵州草海人工湿地系统硝化-反硝化作用研究

人工湿地作为新兴的污水生态处理技术在村镇污水处理中得到广泛使用,系统中氮去除的最主要途径是微生物的硝化-反硝化作用。研究湿地污水处理系统微生物硝化-反硝化作用,对湿地污水处理工艺的优化及运行管理具有重要意义。2013年分春、夏、秋、冬四季对贵州草海污水湿地处理工程进行采样,研究了长期运行的湿地污水处理系统中氮循环菌数量、硝化-反硝化作用时空分布特征和系统内氮的空间分布规律。结果表明,草海污水人工湿地处理系统对TP和COD的处理效果较好,去除率分别达到57.8%和80.8%,但对TN和NH_4~+-N的去除率仅为43.3%和38.6%;硝化-反硝化作用在草海人工湿地系统中同时发生,硝化作用强度为0.9 mg·kg~(-1)·h~(-1),反硝化强度为30.5 mg·kg~(-1)·h~(-1),反硝化强度是硝化强度的30倍;硝化-反硝化作用在季节上均表现为夏季最高、春季最低,水平空间上呈逐级降低趋势;硝化-反硝化作用强度与总氮去除率呈现显著负相关(P0.05);4类脱氮细菌中,氨化细菌数量最大,高达10~9 MPN·g~(-1),反硝化菌次之,亚硝化菌最低,仅10~2 MPN·g~(-1);脱氮细菌数量与总氮去除率相关性不显著,脱氮过程可能受亚硝化菌的限制。总之,由于长期运行的人工湿地系统缺乏氧气,导致反硝化作用远大于硝化作用,硝化-反硝化作用的失衡最终影响湿地脱氮效率。因此,针对长期运行的人工湿地系统可以通过强化供氧促进硝化作用从而提高湿地脱氮效果。