不同基质复合垂直流人工湿地对富营养化景观水的净化效果

研究了两套不同基质复合垂直流人工湿地小试装置在不同季节对富营养化景观水的净化效果,分析了温度变化对污染物去除效果的影响,考察了微生物的硝化强度和反硝化强度以及基质理化性质对植物生长状况的影响,并探讨了氮、磷的去除途径.结果表明:不同基质复合垂直流人工湿地随季节变化对浊度、COD和磷的去除效果差异不明显;温度降低对脱氮效果影响显著,对磷的去除影响不大.沸石-页岩湿地硝化强度和反硝化强度优于砾石湿地.采用沸石作为基质可以提高系统对氮的去除效率,促进湿地植物的生长.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基质对磷的吸附沉淀作用是复合垂直流人工湿地去除氮、磷的主要途径;植物吸收分别占湿地TN、TP去除量的16%和35%左右,也是个重要途径.     

响应面法在复合垂直流人工湿地对村镇污水脱氮优化设计中的应用

构建复合垂直流人工湿地系统处理村镇污水,获得了不同流程、水力负荷、C/N条件下湿地系统对污水TN的净化效果数据,并进行分析。利用响应面分析法与遗传优化算法对主要工艺参数进行优化设计,找到正交试验以外的最优点和最差点。结果表明,复合垂直流人工湿地TN去除率随流程的增加呈上升趋势,TN主要在下行池中去除;随水力负荷增加,TN去除率呈现下降趋势;在所研究的范围内,C/N为15.00时TN去除效果最佳。基于正交试验设计的响应面回归方程,可作为垂直流人工湿地的TN去除率计算函数,相对误差基本控制在10%以内;使用遗传算法对响应面回归方程进行全局优化分析,对不同植物床湿地的最优点和最差点进行对比分析,这些点与湿地种植的植物相关关系不大,不同植物床湿地呈现相似的参数条件。     

人工湿地挺水植物脱氮效果研究

为了比较不同季节人工湿地挺水植物的脱氮效果,以菖蒲(Acorus calamus)、香蒲(Typha angustifolia)和芦苇(Phragmites australis)3种挺水植物为材料构建潜流型人工湿地,在春夏、夏秋两季间歇式均匀布水条件下,通过测定污水中pH及溶解氧(DO)、氨氮、硝态氮、总氮浓度,分析不同季节挺水植物的脱氮效果。结果表明:出水DO浓度在春夏季表现为对照(CK)湿地菖蒲湿地香蒲湿地芦苇湿地,在夏秋季表现为CK湿地菖蒲湿地芦苇湿地香蒲湿地;人工湿地出水pH均呈弱碱性,种有挺水植物的人工湿地在春夏季和夏秋季的pH分别为7.33~8.09、6.81~7.59;在春夏季,芦苇湿地的总氮去除率最高;在夏秋季,香蒲湿地的总氮去除率最高。     

复合人工湿地对城市受污染河水的净化效果

采用2种复合人工湿地系统处理昆明市城市河流污水,为期1年的运行结果表明:2种复合人工湿地系统对城市河流污水具有良好的污染物去除性能,TN、TP、COD和SS的月平均去除率分别达到50%、85%、85%和80%以上;2种复合人工湿地系统具有良好的耐冲击性,季节变化对出水水质不存在显著影响。其中,垂直上行流复合人工湿地系统性能更优于垂直上行流与水平流复合人工湿地系统;强降雨会对复合人工湿地出水水质造成一定的影响。     

球形填料对复合垂直流土地渗滤系统去污效果的生物强化

通过对复合垂直流渗滤系统中增加球型填料,利用生物强化提高系统对城市生活污水污染物去除能力的研究,优化了复合垂直流渗滤系统.并且通过研究,探索了系统非生物作用与生物作用对氮的降解机制.结果表明,通过生物强化系统生活污水中COD的去除率由原来的74.7%提高到85.3%;对NH3-N的去除率由原来的28.7%提高到52.9%;对TN的去除率从31.0%提高到41.7%;系统对TP的去除率由30.9%提高到49.3%.球形填料通过提高系统的硝化活性,增加对氨氮的降解转化效率,同时生物量的大小,也是影响氨氮的降解转化效率的重要因素.系统对污水中氮的降解是以生物作用为主,氮转化以硝化效果较强,反硝化效果比较弱.     

4种湿地植物对人工湿地净化生活污水的影响比较

不同类型人工湿地对生活污水的处理效果,受到许多因素的影响,其中不同植物类型的选择,可能会造成人工湿地对主要污染物COD、TN和TP的净化效果发生很大差异。研究了4种湿地植物(菖蒲、香蒲、千屈菜和水葱)在水平潜流、垂直上行流和下行流人工湿地中对人工合成的生活污水的处理效果和主要污染物(COD、TN和TP)去除率的季节变化,通过比较不同植物类型在不同湿地类型中对主要污染物的去除效果分析了可以达到最佳污水净化效果的启动条件。结果表明:香蒲在垂直下行流湿地去除有机污染物效果最好,去除率可达85.55%;水葱在垂直上行流湿地去除TN效果最好,去除率可达57.52%,香蒲在垂直上行流湿地去除TP效果最好,去除率可达84.28%。     

植物碳源调控对人工湿地脱氮效果的影响

针对人工湿地中有机碳源不足造成的脱氮效率不高的问题,向人工湿地中投加植物碳源用以改善人工湿地内部碳氮比低的状况。通过比较芦苇秸秆、梧桐树皮、梧桐树叶、玉米芯4种植物碳源分解时有机物、氮元素的释放规律,从而确定玉米芯为最佳植物碳源,并采用水平潜流人工湿地系统模型研究了投加玉米芯对人工湿地系统脱氮效果的影响。试验发现,空白湿地系统COD的平均去除率为38.71%,总氮的平均去除率为34.24%,玉米芯湿地系统则在保证COD平均去除率38.52%的同时,提高总氮平均去除率到70.55%,证明了植物碳源调控提高人工湿地脱氮效果的可行性与高效性。     

复合垂直流与潜流人工湿地沿程脱氮除磷对比研究

针对复合垂直流和潜流人工湿地对COD、TP、NH_4~+-N、NO~3~--N和TN的沿程去除规律进行了对比研究.结果表明,夏季复合垂直流人工湿地的去除效果均好于潜流人工湿地.对于复合垂直流人工湿地,污染物的去除主要集中在下行流池,且在进水端0～20 cm对COD、TP、NH_4~+-N和TN都有快速降解的过程.对于潜流人工湿地,进水端0～40 cm主要是COD和TP的快速降解沉淀,之后硝化作用逐渐加强,潜流人工湿地沿程均会发生反硝化作用,TN浓度基本呈均匀下降趋势.     

组合式垂直流人工湿地工艺及其污水处理效果

提出了一种组合式垂直流人工湿地处理工艺,并研究了其对生活污水的处理效果。在水力负荷100 mm/d的工况下,生活污水中有机物的去除主要集中在组合式垂直流人工湿地的第一级,其去除速率常数显著高于后面两级(P0.05)。人工湿地系统对污水中化学耗氧量、总氮、总磷的去除率分别为90.1%、53.7%和43.7%,相应的去除速率常数分别为88.0、29.2和21.2。     

表流-水平流复合人工湿地对高污染河水的净化

为了研究表流-水平流复合人工湿地对高污染河水的净化效果及植物对复合湿地中二级潜流湿地的影响作用,实验构建了表流+芦苇水平潜流和表流+无植物水平潜流复合人工湿地。在相同的水力负荷下连续运行一年的结果表明,复合人工湿地对高污染河水中TN、NH3-N、TP、COD、BOD5和SS的去除率分别为57.3%~63.1%、65.7%~68.1%、69.4%~82.7%、85.3%~86.3%、96.7%~96.9%和97.9%~98.2%,种有植物的二级潜流湿地具有更好的脱氮和除磷效果;表流湿地作为复合湿地的第一级能够有效去除大部分的有机污染物和悬浮物,进而避免二级潜流湿地的堵塞,并利于二级潜流湿地的脱氮除磷的进行;复合湿地对有机物和悬浮物的去除不受季节性波动的影响,但是其脱氮效果受季节波动的影响较大。     

组合型人工湿地对二级好氧单元出水的深度处理

经过好氧处理后,污水中有机碳通常被降解去除进而影响后续反硝化的进行。为了解决反硝化因缺少碳源受到抑制的问题,设计了3组人工湿地作为好氧单元出水的深度处理系统,并添加原污水作为反硝化碳源。3组人工湿地均由潮汐流人工湿地和潜流人工湿地叠置而成,编号分别为CW1、CW2和CW3,其中CW1、CW3为下行-上行复合流,CW2为下行单向流;CW2、CW3表层种植美人蕉(Canna indica),CW1不种植物。在水力负荷为30 cm·d~(-1)的条件下,3组人工湿地对有机物的去除率都在70%左右。CW1对NH_4~+-N、TN和TP的平均去除率分别为71.2%、51.7%和35.9%;CW2对NH_4~+-N的处理效果最好,对TN的去除效果最差,平均去除率分别为91.5%和38.3%;CW3能够明显提高TN和TP的处理效果,平均去除率分别为69.9%和62.2%。复合流和种植美人蕉能够明显提高系统对污染物的综合处理性能,这对于优化人工湿地设计以及低C/N生活污水的深度脱氮均有重要的借鉴意义。     

三级人工快渗系统脱氮效果及菌种分布分析

为了更有效地去除污水中的氮类污染物,采用三级串联人工快渗系统对高氨氮生活污水进行脱氮性研究,同时进行系统内菌种分布的特征分析,从微观角度对比传统人工快渗和新式三级串联人工快渗系统中微生物分布的区别。结果表明三级串联人工快渗系统对氨氮和总氮(TN)的去除率较常规人工快渗系统分别提高5%和21%。三级串联人工快渗系统内硝化细菌和反硝化细菌总数均大于传统人工快渗系统。反硝化细菌数量的显著提高是总氮(TN)去除提高的主要原因。同时发现三级串联人工快渗系统可以有效地缓解堵塞现象的发生。     

组合人工湿地工艺微生物群落结构及脱氮效果研究

将复合垂直流、表面流、潜流3种不同类型的人工湿地串联起来,研究每种人工湿地的脱氮微生物及其脱氮效果.结果表明,各种人工湿地池填料表面微生物数量丰富,组合人工湿地系统形成两个串联的A/O单元,脱氮效果良好,其中总氮去除率达82.61%.     

电极强化人工湿地处理污水脱氮的效果

将电极与人工湿地耦合,创新性地构建了复合电极人工湿地高效反硝化脱氮装置,提高对污水中总氮和COD的去除效果。为了确定复合电极人工湿地比普通人工湿地脱氮效果更优,研究了碳氮比、进水总氮浓度、水力停留时间、电流强度等因素对复合电极人工湿地和人工湿地脱氮效果的影响。研究结果表明:在室温20~25℃,p H=7.5条件下,引入电极的人工湿地有更好的去除效果,较普通人工湿地总氮脱除效率可高出5.41%。并且确定了复合电极人工湿地的最佳运行条件为碳氮比=0.75,水力停留时间=48 h,进水总氮浓度=75 mg·L-1,电流强度=10 m A。在此条件下,总氮去除率可达53.34%。     

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。     

表面流人工湿地硝化和反硝化强度研究

通过对表面流人工湿地不同土壤层硝化反硝化强度的研究,探讨了表面流人工湿地脱氮过程中沿程硝化和反硝化作用的变化,以及不同C∶N对系统反硝化强度的影响.研究结果表明,系统可同时进行硝化和反硝化作用,硝化强度具有较明显的分层现象,表层土壤高于深层土壤.系统中沿程硝化强度呈递减趋势,硝化强度反映了氨氮去除率的大小,其去除率为68%.反硝化强度研究结果表明:深层土壤的反硝化强度略高于表层土壤;沿程1/3至1/2段最大;5倍碳源时反硝化强度最高,3倍碳源次之,不加碳源最低;但系统的反硝化强度普遍较高,保持了良好的脱氮效果.     

垂直流人工花卉湿地模拟系统净化污水的效果

通过在垂直流模拟人工土柱上种植不同的花卉植物,研究了垂直流花卉人工湿地对污水COD、BOD5、TN和TP的净化效果的影响.结果表明,所选用的5种陆生花卉,甚至鲜切花卉对化粪池污水有比较好的净化效果,它们对BOD5的去除率可达到92.04%以上,对TP的去除率甚至可达到97.77%以上.而且种植花卉植物的人工湿地出水水质要好于不种植物的对照湿地系统.     

不同类型潜流湿地处理养猪废水的对比

针对养猪废水的水质特点,在同等条件下开展了2种类型潜流湿地处理效果的对比研究。实验结果表明,水平潜流湿地(HSSF)与垂直潜流湿地(VSSF)由于结构设计的不同造成其布水方式和系统内部水力流态的不同,从而导致了两系统对养猪废水处理效果的差异;当水力负荷为0.02 m3/(m2.d)时,两系统对养猪废水中COD的平均去除率分别为93.18%和93.10%,对TN的平均去除率分别为53.44%和81.43%,对NH4+-N的平均去除率分别为52.64%和84.62%,对TP的去除率分别为88.41%和95.71%;垂直潜流湿地可充分利用填料层,可增强系统的复氧能力,还可实现填料层中好氧区、缺氧区和厌氧区的共存,使硝化作用与反硝化作用在同一系统内完成,提高了系统的脱氮能力,而且改善了养猪废水中其他污染物的去除效果。因此,结合处理效果和出水水质的稳定性,对于浓度较高的畜禽养殖废水,选择垂直潜流湿地较为合适。     

间歇曝气对垂直流人工湿地长期性能的影响

构建4个垂直流人工湿地(CWs)系统,其中系统Ⅰ、Ⅱ为陶粒CWs,系统Ⅲ、Ⅳ为河砂CWs,调节各CWs系统的间歇曝气速率,评价其对CWs系统长期运行下污染物去除效果的影响。结果表明,4个CWs系统对化学需氧量和氨氮的去除率分别能够稳定在96%、98%左右。陶粒CWs与河砂CWs相比具有更高的污染物去除能力和稳定性;硝态氮、总氮、磷酸盐去除效果受CWs系统曝气速率和基质组成的共同影响。微生物分析表明,norank Saccharimonadales是各CWs系统硝态氮去除的关键功能菌属。合适的曝气速率和基质类型对于垂直流CWs的长期稳定运行至关重要。     

3种负荷对模拟垂直流人工湿地去除氮、磷效果的影响

为探讨水力负荷、有机负荷和悬浮物固体负荷对垂直流人工湿地基质去除氮、磷效果的影响,采用了人工土柱模拟实验的方法,对不同数值的水力负荷、有机负荷(COD)和悬浮固体负荷单因素影响条件下垂直流人工湿地出水中TN、TP的浓度进行了监测。实验结果表明,在3种负荷单一因素影响条件下,垂直流人工湿地处理出水中TN、TP的浓度均随着负荷的增加而增加,即降低水力负荷、有机负荷、悬浮固体负荷均有利于降低垂直流人工湿地处理出水中TN、TP的浓度。当水力负荷为50 cm/d,垂直流人工湿地TP的去除率较高,达到71.52%;当有机负荷为50 g/(m2·d),TN的平均去除率较高,达到41.84%;当悬浮固体负荷为75 g/(m2·d),TP的平均去除率较高,达到92.13%。因此,在水力负荷实验中,当水力负荷为50 cm/d,垂直流人工湿地对氮、磷去除效果较佳;在悬浮固体实验中,当悬浮固体负荷为75 g/m2·d,垂直流人工湿地对氮、磷去除效果较好;在有机负荷实验中,当有机负荷(COD)为50 g/(m2·d),垂直流人工湿地对氮、磷去除效果较好。