季节气温变化对潜流人工湿地处理效果的影响

为了提高人工湿地对猪场废水的净化效果,通过改进湿地内部结构构建了4个潜流人工湿地单元,测定了湿地运行期间废水中COD、TN、TP和NH_4~+-N去除率4个指标,采用配对t检验、综合方差分析、聚类分析、判别分析和综合相关分析等多种统计分析方法,深入探讨季节、气温变化及湿地内部结构的改进对废水处理效果的影响。结果表明,湿地内部结构的改变对猪场废水中NH_4~+-N去除率影响最大,其次是TN,对TP影响最小,4个指标总体上在4个湿地单元间相互存在显著差异,去除效果IW-SFCWW-SFCWSFCWCK-CW。经聚类分析,4个指标在每个湿地单元中随季节变化都可以分为3类:1类(2、3、11和12月份)、2类(4、5和10月份)、3类(6、7、8和9月份);气温是影响4个指标的第一因素,对IW-SFCW的影响最大,其次是W-SFCW和SFCW,对CK-CW影响最小。4个指标随气温变化也可以分为3类:1类(3℃、4℃)、2类(8~16℃)、3类(21~27℃)。统计分析表明,改进潜流人工湿地内部结构和栽培植物能提高湿地对废水的净化效果;如果冬春季节对湿地增设保温措施,可以提高湿地对废水的净化效果。     

改进型波形潜流人工湿地处理猪场废水

提出了一种改进型波形潜流人工湿地(improved wavy subsurface flow constructed wetland,IW-SFCW)并研究了该湿地系统在5个水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)(2、3、4、6和8 d)下对猪场废水的处理效果。结果表明,该湿地系统对猪场废水中各污染物有较好的去除效果。在水力停留时间为4 d,进水COD、TN、NH4+-N和TP浓度分别为511、120、110和10 mg/L左右时,该湿地系统对COD、TN、NH4+-N和TP的去除率分别为86.0%、54.4%、70.1%和91.6%。此外,该湿地系统对废水中COD、TP的去除效率随水力停留时间的延长逐渐提高,在HRT=8 d时去除效果最好,去除率分别达到92.7%和96.8%;但对TN、NH4+-N的去除率却随水力停留时间的延长出现先上升后下降的趋势,在HRT=4 d时去除率最高,分别为54.4%和70.1%。     

菖蒲和空心菜在处理微污染河水潜流人工湿地中的应用

为了探讨修复微污染河水的潜流湿地中植物对污染物去除效果的影响及其生长变化,在野外条件下构建2座分别栽种菖蒲和空心菜的水平潜流人工湿地,并以未栽种植物的湿地作空白。分析了湿地中污染物的去除效果,考察了湿地中植物的生物量、根系活力和氮磷含量的变化。植物湿地中污染物净化效果优于空白湿地,菖蒲和空心菜湿地对氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸盐指数(CODMn)的平均去除率分别为61.1%和57.5%,31.5%和39.7%,24.7%和25.5%,20.4%和20.7%。实验结果表明,湿地中菖蒲的根系鲜重是空心菜的4.2倍,但其根系活力低于空心菜。2种植物均可在湿地中正常生长,但受湿地中营养盐浓度的限制性影响,移栽后的植物组织氮磷含量与移栽前相比下降了11.8%~20.3%。植物在净化微污染河水的潜流人工湿地中对N、P的去除起重要作用。     

无植物潜流人工湿地基质床污染物去除性能研究

采用单一基质页岩和页岩、陶粒组合基质进行无植物潜流人工湿地基质床的水质净化实验,比较不同基质设置对COD、TN、NH+-N、TP、溶解性总磷(TDP)和溶解性正磷酸盐(SRP)去除效果的影响.结果表明,在相同进水水质,水力负荷为480mm/d的运行条件下,以单一页岩为基质的无植物潜流人工湿地基质床的COD、TN、NH4+-N、TP、TDP、SRP去除效果均略优于填充页岩和陶粒组合基质的基质床.总体来看,基质对湿地系统中各污染物去除的贡献均不是非常显著,并且不能保证长期稳定的运行效果.沿程去除结果表明,无植物潜流人工湿地基质床对COD、NH+-N、TP的去除主要发生在进水后沿程的0～90 cm距离内.水力负荷和基质设置均可能影响基质床的污染物去除效果,以基质选择为目的的批量吸附实验结果不能完全反映基质床的全面去污性能.     

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.     

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。     

阶段曝气和植物对人工湿地处理城镇污水厂尾水的影响

采用人工配水模拟城镇污水处理厂尾水水质,利用3套阶段曝气垂直潜流人工湿地(VSFCW)对其进行处理。结果表明:当水力负荷分别为30、90和180 cm·d-1时,3套人工湿地对COD具有较好的去除效果,其去除率都大于66.7%;在处理总磷(TP)和总氮(TN)方面,VSFCW-1(无植物-曝气垂直潜流人工湿地)去除效果远远低于VSFCW-2(芦苇-曝气垂直潜流人工湿地)和VSFCW-3(芦苇-不曝气垂直潜流人工湿地),VSFCW-2(芦苇-曝气垂直潜流人工湿地)和VSFCW-3(芦苇-不曝气垂直潜流人工湿地)对TP和TN的去除率分别在80.0%和75.0%以上且具有较强的抗水力负荷冲击能力。VSFCW-2(芦苇-曝气垂直潜流人工湿地)和VSFCW-3(芦苇-不曝气垂直潜流人工湿地)对COD、TP的去除主要是集中在沿程的前1/4段(0~24 cm),后3/4段(24~115 cm)保证了出水水质的稳定。     

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%。     

人工湿地对水产养殖废水典型污染物的去除

考察了5种常见湿地植物黄菖蒲、芦苇、千屈菜、再力花和香蒲对水产养殖废水的净化能力以及生理生长指标,结果表明,黄菖蒲的氮磷吸收能力最强而芦苇较差。构建黄菖蒲、芦苇水平潜流人工湿地研究植物对水产养殖废水典型污染物的净化效果的影响,发现两者对COD、TP、TN和抗生素均有较好去除效果。其中,黄菖蒲湿地对TN的去除效果(HRT=4 d,去除率71%)显著优于芦苇湿地(HRT=4 d,去除率29%),分析其原因在于黄菖蒲湿地因其较强的吸收能力和反硝化作用使其对高NO_3~--N废水有较好的去除效果。研究中还发现,水力停留时间对TN、NO_3~--N、NH_4~+-N和NO_2~--N的去除效果有较大的影响。两种湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲恶唑和氟甲砜霉素,不同人工湿地植物对3种抗生素的去除效果差异不大,水力停留时间对磺胺甲恶唑的去除有显著的影响。     

垂直潜流人工湿地有机物积累及去向初步分析

为防治湿地堵塞、改善湿地处理效果,初步探讨了湿地中有机物的积累规律,并估算湿地中有机物不同去除途径的贡献率。结果表明,垂直潜流人工湿地中基质间积累的有机物主要是不可溶有机物,且粒径主要集中在5.00μm以上,分析是不同粒径有机物凝聚积累的缘故;垂向沿程基质间有机物的积累量受进水水力负荷影响明显;进入垂直潜流人工湿地中的有机物绝大部分都被生物(植物和微生物)吸收和利用而得以去除,该途径贡献率可达99.9%以上。     

起端曝气对垂直潜流人工湿地运行效果的研究

垂直潜流人工湿地由于自身构造的限制,传氧能力较差,内部溶解氧(DO)浓度较低,若在湿地内部曝气则会限制反硝化的进行,不利于TN的去除。为解决这一问题,对垂直潜流人工湿地进行起端曝气,考察不同曝气强度下人工湿地内DO沿程变化以及污染物沿程去除规律,通过对曝气强度进行优化,以实现对湿地内部DO环境的有效调控。结果表明,随曝气强度的增加,湿地的好氧环境从表层区域逐渐扩大到40cm深度,且起端曝气人工湿地对COD、氨氮和TP的降解为垂直方向分层降解;当曝气强度达到0.86m~3/d时,COD、氨氮、TP去除率均高达80%以上,分别为85.8%、80.9%、82.7%。     

不同复合人工湿地对高污染河流有机污染物的去除

为了研究复合人工湿地对高污染河流污水中有机污染物的去除效果及规律,实验构建了不同水力负荷下的潜流+潜流、潜流+表面流、潜流+潜流+表面流、表面流+表面流等人工湿地单元组合成的5个复合人工湿地.连续运行一年以来,各复合人工湿地对BOD5、COD和SS的去除效果分别为91.9％ ～94.7％、69.3％ ～75.8％和92.3％ ～ 93.9％,相对于多级表流湿地,多级潜流湿地更利于有机污染物和悬浮物的去除;BOD5、COD和SS主要在各复合湿地的第一级湿地单元内得到去除;复合人工湿地对COD去除效果秋夏季两季好,春冬两季差;复合人工湿地能有效去除悬浮态BOD5和COD,出水中部分溶解态有机物难以有效降解.     

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。     

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。     

不同水力负荷率对潜流人工湿地内部污染物迁移转化的影响

为深入研究污染物在潜流人工湿地各填料层内的迁移转化规律,提高潜流人工湿地污染物降解效率,考察了4种进水水力负荷率(HLR,0.15、0.35、0.55、0.80 m~3/(m~2·d))下潜流湿地填料层内部不同区域DO、COD和氨氮浓度分布。结果表明:HLR为0.35m~3/(m~2·d)时,湿地内部DO浓度水平最高,湿地系统污染物处理效果最好,COD、氨氮去除率分别为93.32%、90.16%,COD及氨氮的主要降解区域分别为湿地0~60、0~40cm深度处,60cm深度以下DO水平较低,为污染物降解低效区,可研发新技术提高湿地底层DO水平以提高COD及氨氮去除效果。     

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。     

潜流人工湿地对微污染河水的净化效果

为了探讨潜流人工湿地对微污染河水的净化效果,在野外条件下构建潜流人工湿地,分析了湿地中pH、氧化还原电位(ORP)和DO的进出水变化,考察了湿地中污染物的净化效果,探讨了温度对湿地净化效果的影响。各湿地进、出水DO浓度相差不大;除美人蕉湿地外,其余湿地出水pH较进水变化较小;植物湿地出水ORP较进水均有所增大。植物湿地对污染物的去除效果均优于空白湿地,且随着气温的升高,NH4+-N、TN和CODMn的去除率逐渐增加,去除率分别可达90%、50%和20%。TP去除率却未随温度发生明显变化,始终波动在30%～60%之间。相关性分析结果表明湿地中NH4+-N和TN的去除率与温度相关,较低的有机物浓度造成CODMn的去除率与温度相关性差,由于湿地对磷的去除主要以颗粒态磷(PP)为主,TP的去除与温度不相关。     

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。     

水平潜流人工湿地处理太原市城市再生水的运行效能

以山西省太原市某污水厂的高氮低碳尾水为研究对象，开展基于3床并联的水平潜流人工湿地处理尾水的中试研究。研究结果表明，该人工湿地系统启动2个月进入稳定运行期；稳定运行期3个床体的出水水质除TN外其余指标均满足《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中Ⅳ类水体标准，TN指标满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918．2002）中一级A标准，该湿地系统出水可直接用于补充景观用水；稳定运行期3床的植物与基质的配置更适合处理同类尾水，3个床体对各污染物的去除效果均为3床〉2床〉1床；本系统中填料对污染物处理效果的影响大于植物对污染物处理效果的影响，最优填料顺序依次为沸石、砾石和钢渣，最适植物栽种顺序为芦苇、香蒲、美人蕉、黄菖蒲和芦苇。     

潜流人工湿地去除毒死蜱、双酚A、4-壬基酚

为研究潜流人工湿地对毒死蜱、BPA及4-NP的去除效果,选取宽叶香蒲、芦苇、花叶香蒲及小香蒲4种湿地植物,通过SPE-HPLC测定进出水中3种污染物的浓度,计算4种植物潜流人工湿地对3种污染物的去除效率。结果表明,水力停留时间3 d,4组植物对毒死蜱、BPA和4-NP去除率均高于60%,各植物组对毒死蜱和4-NP的去除效果之间无显著性差异,宽叶香蒲对BPA的去除率为82.66%,显著高于其余3种植物组62.96%~69.63%。在静态条件下,毒死蜱、BPA和4-NP在模拟系统内降解过程符合一级降解动力学方程,降解方程分别为:c=124.63exp(-t/25.393)+3.7618 1,c=316.61exp(-t/34.955)+0.56475 2,c=168.91exp(-t/17.061)+12.133 3(c,剩余浓度,μg/L;t,停留时间,h),半衰期分别为18、21和11 h。