人工湿地中基质与植物对污染物去除效率的影响

针对太湖五里湖富营养化水体，采用中试规模的人工湿地现场实验开展了不同基质、不同植物的污染物去除效果研究。基质采用炉渣和沸石2种，在一个湿地池种植单一植物茭白，另一个湿地池种植鸢尾＋菖蒲混合植物，同时构建了无植物的对照组湿地。研究表明：（1）在运行初期，沸石和炉渣2种基质对TN、TP的去除率差异为12.5%和12.6%，吸附饱和后，2种基质对TN和TP的去除率差异缩小为3.2%和6.1%，从长期运行来看，炉渣和沸石2种基质在人工湿地中的去除效率差异将减小；（2）茭白单一植物湿地对污染物的去除率与鸢尾＋菖蒲混合植物湿地对污染物的去除率两者之间差异不大；（3）人工湿地种植植物后对TN、TP的去除率比无植物状态时分别高出13.6%和19.5%，植物在人工湿地中对污染物的去除发挥了重要作用；（4）在本试验条件下，茭白吸收所去除的氮数量为湿地氮总去除量的8.95%，茭白吸收去除磷的数量为湿地磷总去除量的20.16%，在人工湿地中，茭白吸收对磷的去除效率比对氮的去除效率高。     

2种耐寒生态浮床植物的水质改善性能研究

引种了2种陆地湿生的耐寒植物——黄菖蒲和西伯利亚鸢尾作为生态浮床植物，以水生美人蕉为对比，进行了水质改善实验研究。在6个月实验期内，黄菖蒲、西伯利亚鸢尾和美人蕉（5个月）对SRP的平均去除速率分别为79.27、20.92和34.29 mg/（m²?d），对TP的平均去除速率分别为86.92、24.91和36.6 mg/（m²?d），对NH⁺₄-N的平均去除速率分别为517.54、170.57和274.07 mg/（m²?d），对TN的平均去除速率分别为763.79、301.81和384.04 mg/（m²?d）。黄菖蒲年去除磷的量21 207.64 mg/（m²?a），是西伯利亚鸢尾的2.6倍，是美人蕉的3.8倍；年去除氮的量186 365.78 mg/（m²?a），是西伯利亚鸢尾的1.9倍，美人蕉的3.2倍。黄菖蒲和西伯利亚鸢尾耐寒能越冬，生长期长，管理工作量小。     

北方景观水体中生态浮床的植物筛选与水质净化效果

以千屈菜(Lythrum salicaria L.)、黄菖蒲(Iris pseudacorus L.)、鸢尾(Iris tectorum Maxim.)3种植物为对象,研究了北京市朝阳区景观水体中生态浮床的植物筛选与水质净化效果。结果显示,千屈菜、黄菖蒲、鸢尾均生长迅速,且千屈菜表现最佳;移栽4个月后,3种植物的生物量分别较初始增加了15.9、8.5和13.1倍,达到945.5、489.2和585.0 g/m~2。千屈菜对水体氮、磷的吸收去除能力显著(P0.001)高于黄菖蒲和鸢尾,其总氮、总磷吸收量分别为黄菖蒲的2.2倍和2.3倍,为鸢尾的2.1倍和1.9倍。生态浮床的水质净化效果总体良好,运行60 d后,水体总氮、总磷浓度分别从16.28和0.27mg/L降低至5.70和0.18 mg/L,二者去除率分别为65.0%和35.0%。研究表明,千屈菜、黄菖蒲、鸢尾在营造景观和净化水质方面协同作用良好,其中千屈菜表现尤为突出,可作为北方地区生态浮床的首选植物。     

不同湿地植物及其组配对富营养化水体的净化效果

在西安市浐灞河湿地植物调查的基础上,选取优势种菖蒲(Acorus gramineus)、芦苇(Phragmites australis)、荷花(Nelumbo nucifera)和鸢尾(Iris wilsonii)作为试验植物,研究了4种植物及其不同组配对水体总氮、氨氮、硝态氮和总磷的去除效果。结果表明:芦苇+菖蒲对总氮的净化效果最好,平均去除率为54.72%,但去除率最大值(94.98%)出现在菖蒲处理39d时;鸢尾+芦苇对氨氮的净化效果最好,平均去除率为60.56%,但去除率最大值(93.60%)出现在菖蒲+鸢尾处理39d时;芦苇+菖蒲对硝态氮的净化效果最好,平均去除率为50.54%,去除率最大值(94.63%)出现在芦苇+菖蒲处理39d时;鸢尾+芦苇对总磷的净化效果最好,平均去除率为52.35%,去除率最大值(86.93%)出现在鸢尾+芦苇处理39d时。     

人工湿地污水处理系统中的植物氮磷吸收富集能力研究

比较研究了人工湿地污水处理系统中7种植物对氮、磷的吸收能力.研究表明,所选7种湿地植物,稳定生长4个月后,平均总生物量在1 215～3 500 g/m2,植物氮、磷平均质量浓度分别为13.76～23.11、1.44～3.80 mg/g.香蒲具有最高氮积累量达48.18 g/m2,梭鱼草具有最高磷积累量为7.23 g/m2,姜草对氮、磷的积累量最低分别为21.40、1.68 g/m2.植物地上部氮、磷积累量与地下部的氮、磷积累量差异较大,除姜草外,植物地上部、地下部的氮、磷积累量比均大于3,黄花美人蕉地上部、地下部的氮、磷积累量比分别达11.75、12.10.通过植物收割去除氮、磷量约占湿地总去除量的2%～6%.     

生活垃圾填埋场封场后种植植物中重金属迁移研究

在上海老港生活垃圾填埋场填埋单元封场的覆盖土中掺混了矿化垃圾种植植物,分析Cd、Pb、Cu、Zn 4种重金属在土壤和植物中的迁移变化,研究表明:(1)覆盖土土质从一般耕作土变成肥沃土壤;覆盖土和种植混合土重金属Cd、Pb、Cu、Zn中Cd、Pb含量相近,但种植土的Cu含量略大于覆盖原土,Zn含量远大于覆盖原土;(2)植物能富集土壤和垃圾中的重金属,木本植物的根部富集重金属的能力强于草本植物,但重金属在草本植物根、茎、叶中的迁移速度大于木本植物;(3)植物根、茎、叶的Cu、Zn含量均远大于未受污染土壤种植植物相应部位的Cu、Zn含量,种植的植物不能供家养动物食用,以免通过食物链作用危及人体安全.     

水平潜流人工湿地脱氮功效中植物的作用

为了研究芦苇(Phragmites australis)在收割期前/后、湿地床体内部各个区域内、一年四季中在水平潜流人工湿地脱氮效用所起的作用,实验设置了有/无植物2组平行反应器。结果表明,芦苇在收割前/后对于水平潜流人工湿地脱氮效果均有促进作用,植物地上部分氮吸收量占湿地脱氮量的10.2%。在芦苇收割前/后(5月~9月、10月~次年5月),芦苇湿地日均脱氮量分别是无植物湿地的1.55倍与1.11倍。高、矮芦苇不同组织中总氮浓度分布趋势一致,2种芦苇各组织含量分别为:穗(28.69 g/kg)>叶(13.69 g/kg)>茎(5.31 g/kg)、穗(28.06 g/kg)>叶(14.61 g/kg)>茎(8.46 g/kg)。在湿地的各个沿程区域,总氮、氨氮累加去除率变化趋势一致,并且从反应器前部到尾部呈上升趋势,从上部到下部呈下降趋势。有芦苇湿地的脱氮效用优于无植物湿地,且底部氮积累含量也较少。一年四季中有芦苇湿地在各个季节脱氮量是无植物湿地的1.06~1.47倍。     

火山岩载体对菖蒲脱氮作用的研究

当前水生植物-微生物联合修复技术中,针对微生物载体作用的研究尚少见报道。因此,以供试挺水植物菖蒲(Acorus calamus L.)为研究对象,不同火山岩(黑色、灰色、红色)为微生物载体,考察菖蒲在火山岩载体下对水体总氮(TN)的去除效果,以及对菖蒲生物量、根系氮代谢酶活性和根际微生物多样性变化的影响。结果表明：种植菖蒲前,黑色火山岩载体人工湿地的TN去除率最高(40.8%);而种植菖蒲后,灰色火山岩人工湿地脱氮效果最佳,TN去除率可达70.2%,相较种植菖蒲前其TN、高锰酸盐指数、氨氮去除率分别提高了32.2、46.9、66.6百分点,根际微生物数量增加,出水单元菖蒲生长最旺盛,优势菌属为红环菌科未知属(unclassified＿f＿Rhodocyclaceae)。由此可见,含高SiO₂和低Fe₂O₃的灰色火山岩载体可增强菖蒲对污染水体的脱氮能力,为水体脱氮提供理论和技术支撑。     

应用籽粒苋修复镉污染农田土壤的潜力

针对农田土壤镉污染问题,采用超富集植物籽粒苋并配施不同组合的外源活化剂进行盆栽实验和田间实验,并测定籽粒苋及根系土壤中镉含量并计算富集系数。结果表明,在盆栽实验的不同处理组中,施加磷酸二氢钾(0.74 mmol·kg~(-1))、EDTA(2 mmol·kg~(-1))和柠檬酸(4 mmol·kg~(-1))最有助于提高籽粒苋对Cd的提取修复效率。田间实验中添加活化剂(EDTA和柠檬酸)后籽粒苋的根、茎和叶组织对Cd的富集能力分别是不添加活化剂处理组的2.10、1.84和2.76倍;与对照组相比,籽粒苋的根、茎和叶部分的Cd含量都显著提高(P0.05),这说明外源活化剂促进了籽粒苋对土壤中Cd的吸收,提高了修复效率。每年种植两茬籽粒苋并添加活化剂,Cd的去除率可达4%～10%。种植超富集植物并配施活化剂既可以提高修复效率,又可以节约修复成本。     

种植不同植物的表面流人工湿地净化效果和微生物群落差异分析

为了解植物种类对表面流人工湿地的净化效果的影响及其与微生物群落的关系,研究了4种植物条件下表面流人工湿地的氮磷平衡以及微生物群落结构。结果表明,各组人工湿地对氨氮(45.53%～80.95%)、总氮(53.67%～80.30%)和总磷(32.97%～55.77%)都有较好的处理效果,种植植物的人工湿地比未种植的人工湿地具有更高的氨氮、总氮和总磷去除效果,其中黄菖蒲组对氮的去除效果最好,美人蕉组对磷的去除效果最好。在表面流人工湿地中,微生物作用(34.84%～45.44%)是人工湿地氮去除的主要途径,基质吸附(20.90%～23.91%)是人工湿地磷去除的主要途径,但是种植植物的人工湿地的氮磷通过微生物去除的量更高。高通量测序分析表明,相较于未种植植物的人工湿地,种植植物的人工湿地显示出更高的微生物丰富度、多样性和更高的脱氮除磷功能微生物的丰度。假单胞菌属、不动杆菌属、芽孢杆菌属和硝化螺菌属是人工湿地中主要的脱氮菌属,也是种植植物的人工湿地高生物脱氮的原因。假单胞菌属和不动杆菌属丰度增加是种植植物的人工湿地高生物除磷的原因。     

3种浮床植物系统对富营养化水体净化效果研究

研究了风车草(Cyperus alternifolius)、菖蒲(Acorus calamus)和富贵竹(Dracaena sanderiana)3种浮床植物系统对富营养化水体净化效果,试验共持续35 d。结果表明,在水温24～30℃条件下,风车草和菖蒲生长良好,生物量大,而富贵竹生长较差,生物量增加少;3种植物对NH_4~+-N的去除率分别为76.8%、85.5%和53.6%,对TN的去除率分别为69.1%、66.2%和54.4%,对TP的去除率分别为76.9%、84.6%和61.5%,对PO_4~(3-)-的去除率分别为91.7%、91.7%和75%,对真实色度有明显的去除效果;3种植物对氮磷和真实色度去除效果与对照之间均达到显著差异(P0.05),自然沉淀是浊度去除的主要原因,植物吸收同化作用是NH_4~+-N去除的主要途径,植物吸收是溶解性磷去除的主要途径。试验表明,风车草和菖蒲对富营养化水体中氮磷和真实色度有较好的去除效果,可作为富营养化水体治理的优良物种而推广使用。     

不同水生植物去除水体氮磷的效果

为研究水生植物对污染河流的脱氮除磷效果,实验采用人工配置污水,对大薸、凤眼莲、慈菇、菖蒲、香蒲和水葱这6种水生植物去除氮磷的效果进行了实验研究。结果表明,所选植物都能较好地吸收水中的营养物质,对氨氮(NH4-N)和硝态氮(NO3-N)的去除率分别为93.71%～97.32%和76.69%～92.47%,对总磷(TP)的去除率为76.69%～92.47%,其中菖蒲对NH4-N的去除效果最好,慈菇对NO3-N的去除率最高,香蒲对TP的去除率最高。6种水生植物的氮、磷吸收贡献率分别占水质氮、磷去除率的11.71%～54.57%和17.61%～64.56%。不同种类水生植物对不同污染物的去除能力存在较大差异,因此,在实际应用时可针对污染物的种类来选择水生植物,也可考虑对水生植物之间进行搭配组合用以修复污染水体。     

8种植物床人工湿地脱氮除磷的研究

分别以水葫芦、西洋芹、空心菜、水芹、混合种(黄菖蒲、千屈菜、再力花)、千屈菜、再力花、黄菖蒲等植物床构建潜流人工湿地,研究其对生活污水氮、磷的净化功能及其去除率与水力停留时间(HRT)的变化规律。结果表明,各种植物床对TN、TP的去除率随HRT的延长而增加,不同植物床的脱氮除磷效果是不同的。千屈菜植物床对TN的去除效果最好,HRT为3d时,TN去除率为56%;HRT为6d时,TN去除率达77%。再力花植物床对TP的去除效果最好,HRT为3d时,TP去除率达78%;HRT为6d时,TP去除率达96%。其他植物床也有较好的脱氮除磷效果。各种植物床处理后出水TN、TP均较低,HRT为3d时,出水TN均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准规定的限值(15mg/L),出水TP均低于GB 18918—2002二级标准规定的限值(3mg/L);7种植物床构建的潜流人工湿地(水葫芦的数据丢失)对TN、TP的去除均满足一级反应动力学方程,且相关性显著。     

组合型生态浮床对水体修复及植物氮磷吸收能力研究

在天鹅湖水体中构建以水生植物和陆生喜水植物为实验植物,浮法控制器、水循环增氧系统和造浪-输送系统相集合的组合型生态浮床。在中试研究中,研究了其对天鹅湖上覆水和沉积物中营养物质的修复动态。结果表明,经过4个多月的组合型生态浮床生态修复,天鹅湖上覆水中TN、NH4+-N和TP的去除率分别达到61.92%、63.09%和80.0%,沉积物中TN和NH4+-N含量的去除率分别达到23.79%和37.04%,TP含量升高了43.71%;组合型生态浮床的5种浮床植物的氮磷累积量差异显著,再力花和美人蕉对氮磷的吸收速率显著高于菖蒲、薄荷和水稻,再力花和美人蕉对氮的吸收速率达到12.19 g/(m2.d)和7.90 g/(m2.d),对磷吸收分别达到0.81 g/(m2.d)和0.99 g/(m2.d)。美人蕉和再力花对氮磷的吸收量均是茎叶>根系,其中美人蕉茎叶氮、磷吸收量分别为根系的2.73倍和1.93倍,再力花分别为1.83倍和1.19倍,通过浮床系统植物水上部分的收割可以去除水体中的氮磷。     

Influence of earthworm Eisenia fetida on removal efficiency of N and P in vertical flow constructed wetland

This study investigates biomass, density, photosynthetic activity, and accumulation of nitrogen (N) and phosphorus (P) in three wetland plants (Canna indica, Typha augustifolia, and Phragmites austrail) in response to the introduction of the earthworm Eisenia fetida into a constructed wetland. The removal efficiency of N and P in constructed wetlands were also investigated. Results showed that the photosynthetic rate (P _n), transpiration rate (T _r), and stomatal conductance (S _cond) of C. indica and P. austrail were (p?<?0.05) significantly higher when earthworms were present. The addition of E. fetida increased the N uptake value by above-ground of C. indica, T. augustifolia, and P. australis by 185, 216, and 108 %, respectively; and its P uptake value increased by 300, 355, and 211 %, respectively. Earthworms could enhance photosynthetic activity, density, and biomass of wetland plants in constructed wetland, resulting in the higher N and P uptake. The addition of E. fetida into constructed wetland increased the removal efficiency of TN and TP by 10 and 7 %, respectively. The addition of earthworms into vertical flow constructed wetland increased the removal efficiency of TN and TP, which was related to higher photosynthetic activity and N and P uptake. The addition of earthworms into vertical flow constructed wetland and plant harvests could be the significantly sustainable N and P removal strategy.     

N:P ratios,light limitation,and cyanobacterial dominance in a subtropical lake impacted by non-point source nutrient pollution

A long-term (28-year) data set was used to investigate historical changes in concentrations of phosphorus (P), nitrogen (N), N:P ratios, and Secchi disk transparency in a shallow subtropical lake (Lake Okeechobee, Florida, USA). The aim was to evaluate changes in the risk of N2-fixing cyanobacterial blooms, which have infrequently occurred in the lake's pelagic zone. Predictions regarding bloom risk were based on previously published N:P ratio models. Temporal trends in the biomass of cyanobacteria were evaluated using phytoplankton data collected in 1974, 1989-1992, and 1997-2000. Concentrations of pelagic total P increased from near 50 microg l-1 in the mid-1970s to over 100 microg l-1 in the late 1990s. Coincidentally, the total N:P (mass) ratio decreased from 30:1 to below 15:1, and soluble N:P ratio decreased from 15:1 to near 6:1, in the lake water. Published empirical models predict that current conditions favor cyanobacteria. The observations confirm this prediction: cyanobacteria presently account for 50-80% of total phytoplankton biovolume. The historical decrease in TN:TP ratio in the lake can be attributed to a decreased TN:TP ratio in the inflow water and to a decline in the lake's assimilation of P, relative to N. Coincident with these declines in total and soluble N:P ratios, Secchi disk transparency declined from 0.6 m to near 0.3 m, possibly due to increased mineral turbidity in the lake water. Empirical models predict that under the turbid, low irradiance conditions that prevail in this lake, non-heterocystous cyanobacteria should dominate the phytoplankton. Our observations confirmed this prediction: non-N2-fixing taxa (primarily Oscillatoria and Lyngbya spp.) typically dominated the cyanobacteria community during the last decade. The only exception was a year with very low water levels, when heterocystous N2-fixing Anabaena became dominant. In the near-shore regions of this shallow lake, low N:P ratios potentially favor blooms of N2-fixing cyanobacteria, but their occurrence in the pelagic zone is restricted by low irradiance and lack of stable stratification.     

太湖北部藻类生长旺盛期大气氮、磷沉降特征

按照<大气降水样品的采集与保存标准>(GB/T 153580.2-92)收集大气N、P沉降物和降水量,并测定了2007年5～11月太湖北部梅梁湾藻类生长旺盛期间大气TN、TP的干、湿沉降通量.结果表明,太湖北部梅粱湾大气TN月湿沉降通量和月总沉降通量的变化趋势均呈双峰型特征,与当地梅雨和台风侵袭时的降水量呈明显正相关,并且TN的月湿沉降通量高于月干沉降适量,但降水量最少的11月则相反;大气TP月干、月湿沉降通量呈相互交替的变化趋势.大气N沉降物中主要以溶解性氮(TDN)为主,平均约占91.4%;而P沉降物中溶解性磷(TDP)占的比例相对较低,平均约为65.1%.经测定,2007年太湖北部梅梁湾TN和TP的年沉降通量分别为2 976、84.0 kg/km2,相比2002年7月至2003年6月分别下降34.4%和78.7%;2007年太湖北部梅粱湾大气TN的年沉降量高达6 958 t,远超过太湖湖泊生态系统理论允许的TN年沉降量.     

利用悬浮填料附着生物膜同步去除碳氮磷

采用移动床生物膜反应器（MBBR）处理配制模拟废水，实验结果表明，水力停留时间为6h、悬浮填料填充率为40％时，在不同C／N／P比率条件下，MBBR对COD、NH4＋-N和TN去除性能好且稳定，平均去除率分别达到90％、94．8％和62．39％以上，而TP的去除率受C／N／P值影响较大，当C／N／P的比值为100／10／1．8时，平均去除率达到58．03％。一定的溶解氧（DO）质量浓度能保证反应器中COD、NH4-N高效稳定的去除，同时是TN和TP同时去除的重要影响因素，在MBBR中最佳DO值约为3mg／L。由于附着在悬浮填料生物膜内部存在厌氧、缺氧微环境条件，在反应器中存在少量的反硝化聚磷菌。