潜流人工湿地负荷变化对脱氮效果的影响研究

通过15个月的现场监测试验,研究了约40种入水负荷下人工湿地的脱氮效果,总结了芦苇、茭草、混合种植以及无植物潜流湿地在不同水力负荷和污染负荷下的单位面积出水氮负荷和去除率的变化规律.4种潜流系统入水负荷从400mg·(m²·d)^-1变化到8 000 mg·(m²·d)^-1,出水负荷小于7 000 mg·(m²·d)^-1,研究表明,潜流湿地出水负荷随着入水负荷的升高而升高,具有明显的线性相关关系.单位面积总氮的去除率在低负荷条件下随入水负荷的升高而升高,但在高负荷时单位面积去除率基本维持在一定的水平,不受入水负荷的影响,去除率变化波动较大.各系统的最佳运行范围在2 000～4 000mg·(m²·d)^-1之间,平均去除率在1 062～2 007 mg·(m²·d)^-1之间.床体间比较认为,植物床脱氮效果明显好于空白床,芦苇床、茭草床单位面积脱氮效率高出空白床63%和27%;同时考察的植物吸收量证明,植物吸收氮的量非常有限,不到去除量的5%,证明植物主要通过吸收以外的其它因素如改善水力条件和根系微环境来提高系统的氮去除效率.研究结果为潜流湿地脱氮机理的理解和设计提供参考.     

人工湿地氮转化与氧关系研究

应用N转化迁移模型分析廊道式人工湿地氮转化与氧供应的关系,验证目前湿地全程硝化反硝化脱氮机制的有效性.对各个廊道进出水NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、B₅、DO进行了测定和分析.在水力负荷5cm/d条件下,各廊道湿地有机氮矿化率为0.01～0.28g·(m²·d)^-1、氨氮硝化率0.50～1.54 g·(m²·d)^-1,反硝化率0.41～1.13 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的3.4%～35.4%)、植物净吸收氮0.07～0.26 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的7%～33%).硝化反硝化与有机质降解同时进行,在进水端最明显,这与传统认识相悖.按照全程硝化化学计量学得到的硝化需氧量(NOD)高于实际的表面复氧和植物根系放氧.最后对在高浓度有机质存在条件下,能减少对氧需求的2种新型脱氮机制进行了讨论.     

潜流式人工湿地污水处理系统硝化能力研究

研究了潜流式人工湿地内部不同填料层和沿水流方向硝化能力的变化.结果表明:潜流式人工湿地中,硝化能力沿水流方向逐渐减小.底部填料层,即炉渣层的氨氧化速率常数和亚硝酸氧化速率常数分别为1.99～6.89mg·(h·kg)^-1和1.44～5.22mg(h·kg)^-1,而床体上部土壤层的氨氧化速率常数和亚硝酸氧化速率常数分别为0.53～0.89mg·(h·kg)^-1和0.96～1.39mg·(h·kg)^-1.因此炉渣层的硝化能力要明显高于土壤层,底部炉渣层在硝化过程中起主要作用.     

页岩-钢渣组合填料湿地强化脱氮除磷研究

以城市污水A/O工艺出水为处理对象,运用页岩和钢渣物化除磷、调控进水碳氮比和氮素氧化性等技术手段,在中试规模上研究了页岩和钢渣组合填料湿地的脱氮除磷效能及影响因素.结果表明,当COD面积负荷率、TN面积负荷率、TP面积负荷率、HRT(水力停留时间)分别为6.5～20.7 g·(m²·d)^-1、2.57～8.22 g·(m²·d)^-1、0.41～1.32 g·(m²·d)^-1、0.5～1.6d时,①氨氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为85.8%、56.3%和18.6%,TN去除率为58.0%,TN面积负荷去除率为3.58g·(m²·d)^-1,TN反应动力学常数为0.31 m·d^-1,TN面积负荷去除率随进水TN负荷的增加而线性增加.②TP去除率为90.4%,TP面积负荷去除率为0.89 g·(m²·d)^-1,TP反应动力学常数为0.86 m.d^-1,TP面积负荷去除率随进水TP负荷的增加而线性增加.③水温、HRT、氮素组分、C/N等因素对湿地系统的脱氮除磷效率有显著影响.TN面积负荷去除率随HRT、COD/TN值的增加而幂函数增加.TN面积负荷去除率随水温(、NO₂^--N+NO₃^--N)/TN值的增加而呈指数函数增加.     

钢渣构造人工湿地运行初期无机氮转化特点研究

以钢渣为主要基质构建小型潜流湿地,探索湿地运行初期对污水中低浓度无机氮的去除效果及氮转化特点.结果表明,钢渣湿地对氨氮型污水中总氮(TN)、氨氮(NH⁺₄-Ｎ)和硝氮(ＮＯ^-₃-Ｎ)的去除速率分别是0.12、 0.07和0.10 　g·(m²·d)^-1,亚硝氮(ＮＯ^-2-Ｎ)积累速率是0.04 　g·(m²·d)^-1;荧光原位杂交方法没有在钢渣基质上检测到硝化细菌,NH⁺₄-Ｎ去除的主要途径是在高pH (>10)的水环境下挥发到上层土壤,由土壤层去除;钢渣湿地对硝氮型污水中TN的去除速率是0.23 　g·(m²·d)^-1,ＮＯ^-₃-Ｎ的去除速率是0.48 　g·(m²·d)^-1,ＮＯ^-₃-Ｎ在钢渣湿地内主要通过反硝化去除,反硝化过程中出现ＮＯ^-2-Ｎ积累,积累速率为0.22 　g·(m²·d)^-1.钢渣湿地运行初期对硝氮型污水的处理能力高于氨氮型污水,钢渣可作为一种强化反硝化基质应用于ＮＯ^-₃-Ｎ的去除或其他组合工艺中.     

复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用

研究了复合垂直流人工湿地各基质层的硝化与反硝化菌数量以及硝化与反硝化作用强度.结果表明,基质中硝化菌数量为7.5×10³～1.1×10⁵MPN·g^-1,反硝化菌数量为7.5×10⁶～1.1×10⁷ MPN·g^-1.硝化作用强度为0.01～6.35μg·(g·d)^-1,反硝化作用强度为3.37～4.19μg·(g·d)^-1.沿水流方向硝化菌数量和硝化作用强度明显降低,其变化趋势呈显著正相关(r=0.9661,p＜0.001).反硝化菌数量和反硝化作用强度比较稳定,沿水流方向略有上升,其变化趋势呈显著正相关(r=0.7722,p＜0.025).沿水流方向,硝化作用与反硝化作用强度变化呈显著负相关(r=-0.9776,p＜0.001),这与人工湿地的溶氧状况和污水中氨氮含量较高相一致.     

羽叶鬼针草对Pb的吸收特性及修复潜力

羽叶鬼针草对土壤中Pb的吸收特性和修复潜力的研究结果表明:①鬼针草对Pb有很强的吸收能力,在土壤Pb浓度为2 000mg·L^-1时,鬼针草地上部和根系中Pb含量达到最高,分别为2 164.7mg·kg^-1和1 509.3 mg·kg^-1;②鬼针草植物对Pb的吸收有很强的分异特征,植物吸收的Pb主要富集于地上部,Pb在植物体内的分布规律是叶子>茎>根系>种子;③不同生长期植物对Pb的吸收速度是不同的,植物在开花期对Pb的吸收速度最大,吸收量根系为15.81 mg·(kg·d)^-1,地上部是19.83 mg·(kg·d)^-1.羽叶鬼针草具备修复土壤Pb污染的潜力.     

人工湿地对城市生活污水的深度净化效果研究：冬季和夏季对比

采用改进的三级串联垂直流人工湿地对大连2个典型城市污水处理厂的二级出水进行深度净化处理,在大连户外自然条件下常年连续运行,对该人工湿地在夏季、冬季和初春气候条件的运行效果进行对比,重点考察了其对COD、 TN、 NH⁺₄-Ｎ和TP的去除效果.其中夏季（6～8月）COD、 TN、 NH⁺₄-Ｎ和TP平均去除率分别达到了88.5%、 76%、 100%和98%,冬季（11月～次年1月）去除率分别达到了88%、 85.3%、 86.4%和97%;初春(2～4月)去除率分别达到了87.7%、 76.7%、 70.3%和95.5%.夏季、 冬季和初春出水水质为：COD为2.8、 3.8和3.9 mg·L^-1;TP为0.02、 0.05和0.07 mg·L^-1;TN为6.8、 2.9和9.2 mg/L;NH⁺₄-Ｎ为0.01、 0.3和8.1 mg/L.结果表明,该人工湿地对大连城市生活污水深度净化效果显著,其中COD和TP去除效果稳定,出水水质好于《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅲ类质量标准;而出水中TN和NH⁺₄-Ｎ分别达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A和一级B标准.各污染物在夏季、 冬季和初春的脱除负荷分别达到了COD为4.9、 5.1和5.0　g·(m²·d)^-1;TN为3.4、 3.0和5.5　g·(m²·d)^-1;NH⁺₄-Ｎ为0.2、 0.6和3.7　g·(m²·d)^-1;TP为0.15、 0.30和0.28　g·(m²·d)^-1.对比不同季节人工湿地对各种污染物的去除率及脱除负荷,各污染物的去除受季节影响并不显著,但是NH⁺₄-Ｎ和TN的去除受进水污染负荷影响较大.     

人工湿地组合工艺对水体中浮游动物群落结构的影响

研究了在不同水力负荷条件下［0.6 m³·(m²·d)^-1,0.8 m³·(m²·d)^-1,1.0 m³·(m²·d)^-1］,人工湿地组合工艺系统对浮游动物群落结构的影响和在相同的水力负荷下,人工湿地组合工艺系统对浮游动物群落结构影响的季节性变化.结果表明,在水力冲击负荷为0.8 m³·(m²·d)^-1时对浮游动物群落结构的影响相对较大;春、夏、秋季的作用强于冬季,而秋季对浮游动物群落结构的影响最大;对大型浮游动物的影响大（去除率≥70％）,对小型浮游动物的影响相对小一些,湿地出水中出现了一些进水中没有的种类;稳定塘的存在对浮游动物的群落结构变化起到了缓解作用,组合工艺（下行流湿地→兼性塘）的作用效果较弱;下行流→上行流湿地→推流床湿地和下行流湿地→推流床湿地的作用效果较强,对浮游动物的影响较大.     

水平潜流人工湿地处理邻二氯苯废水研究

采用水平潜流人工湿地(SFCW)处理邻二氯苯(o-DCB)废水,构建了基质分别为壤土、 细沙和粗砂的3套芦苇湿地中试系统W-L、 W-F、 W-C和无植物的壤土湿地对照组W-Z.结果表明,最佳水力停留时间为5 d,最适表面负荷率为150 mg·(m²·d)^-1,湿地组W-L、 W-F、 W-C和W-Z对o-DCB的去除率分别为81.2%、 71.1%、 72.4%和65.2%;8月中旬湿地运行效果最好,进入10月后性能有所下降,各个湿地系统对o-DCB废水处理效果顺序为W-L>W-C>W-Z>W-F,壤土和粗砂基质具有各自的优势;o-DCB浓度和溶解氧(DO)在湿地W-L和W-Z空间分布状况表明DO有利于o-DCB降解;o-DCB残留量在各层土壤中沿水流方向递减,随深度加深而增加;在芦苇组织中呈阶梯状分布,根、 茎、 叶中平均残留值分别为30.28、 14.85和 6.18 μg·g^-1.     

几种湿地植物根系生物量研究

根据不同植物不同时期在不同类型人工湿地中的根系生物量的测量结果,分析了湿地植物的生长状况及根系分布特点.以象草(Pennisetum purpureum)为优势种的潜流湿地比表面流湿地植物生长旺盛,在表面流湿地里象草3～5月生长旺盛,6月后出现枯萎,8月份甚至死亡;而潜流湿地的象草一直生长正常.5种湿地植物根系生物量的比较分析表明,5月份0～15cm土层的根系生物量以象草最多,其次是美人蕉(Canna indica)、香根草(Vetiveria zizanioides)、芦苇(Phragmites communis),香蒲(Typha latifolia)最少;8月份美人蕉最多,其次是象草、香根草、芦苇,香蒲最少.15cm以下则是芦苇最多,其次是香蒲、香根草、美人蕉,象草最少.根系生物量的增幅则是芦苇最快,象草最慢.     

4种浮床植物吸收水体氮磷能力试验研究

选取美人蕉、黄菖蒲、再力花和千屈菜4种常见植物作为研究对象,建立淀山湖富营养化防治植物浮床试验工程,对其生长特性和氮磷吸收能力进行试验研究. 结果表明,采用上下层尼龙网固定种植方式有利于浮床植物的快速生长繁殖,美人蕉和再力花的成活率均为83.33%,高于千屈菜的76.67%和黄菖蒲的53.33%. 11月收割时美人蕉和再力花的分蘖数分别达到64株和78株,生物量（鲜重）分别为32.0 kg/株和38.6 kg/株. 美人蕉和再力花体内氮磷含量分布均为茎叶>根系,美人蕉茎叶和根系单位干物质量中氮、磷含量比分别为1.40和1.21,再力花则分别为1.59和1.08. 植物体内的氮磷累积量差异主要来自于生物量的差异,再力花对氮的吸收能力最强,收割时氮获得量达到457.11 g/m²,美人蕉对磷的吸收能力最强,收割时磷获得量达到41.29 g/m²,美人蕉茎叶氮、磷吸收量分别为根系的2.17倍和1.86倍;再力花分别为1.73倍和1.17倍. 美人蕉和再力花可以作为淀山湖水体富营养化防治的浮床栽培备选植物来进行推广应用.     

3种浮床植物生长特性及氮、磷吸收的优化配置研究

选取美人蕉、再力花和千屈菜3种当地常见植物作为研究对象,构建上海市淀山湖富营养化治理生态浮床工程,对3种植物的生长特性、氮磷吸收能力的优化配置进行比较研究.结果表明,成活率为:美人蕉83.33%,再力花83.33%,千屈菜为76.67%.除千屈菜外,其他2种植物基本没有出现病虫害,收割时再力花和美人蕉两种植物的生物量较移栽时均有明显增加,分别为3.65kg/株和2.40kg/株;3种植物对水体TN、TP的吸收能力差异显著(P￡0.05),单位面积磷吸收量排序为美人蕉>再力花>千屈菜;单位面积氮吸收量大小排序为再力花>美人蕉>千屈菜.美人蕉与再力花栽种面积比为4:3时,混作浮床系统比单种美人蕉时磷吸收量低7.72g/m2,但是氮吸收量却高85.42g/m2,所以此种面积搭配的浮床系统能够在保证较高水平磷吸收量的条件下,具有比单种美人蕉的浮床系统更强的氮去除能力;美人蕉与再力花栽种面积比为3:4时,混作浮床系统较单种再力花时氮吸收量降低21.09g/m2,磷吸收量高出7.72g/m2,故此面积搭配的混作浮床系统能够在保证氮吸收量较高的同时,比单种再力花的浮床系统吸收更多的磷.     

经济植物湿地处理洱海流域低污染河水的性能

为研究水生经济植物湿地对洱海流域低污染河水的处理效果,在洱海北部罗时江入湖河口建设了面积为2 hm2水生经济植物湿地,其中水生经济植物包括4种水生蔬菜——空心菜(Ipomoea aquatica Forsk)、薄荷(Mentha haplocalyx Briq.)、水芹菜〔Oenanthe javanica (Blume) DC〕、茭白〔Zizania latifolia (Griseb.) Stapf)〕,3种药用植物——香茶菜〔Rabdosia amethystoides (Benth.)〕、灯心草(Juncus albesens)、水菖蒲(Acorus calamus L.)和1种观赏植物——美人蕉(Canna indica L.). 结果表明:湿地对TN、TP、NH₃-N、NO₃--N均具良好去除效果,近3个月运行期间,平均去除率分别为66.4%、60.3%、60.4%和73.2%;但该湿地对COD_Mn的平均去除率仅为5.0%. 不同湿地水生经济植物表现出了不同的水质净化能力,其中TN平均去除效率表现为水芹菜>香茶菜>美人蕉>茭白>空心菜>薄荷,TP平均去除效率表现为水芹菜>薄荷>美人蕉>香茶菜>空心菜>茭白. 研究表明,水生经济植物湿地对低污染河水具有良好的净化效果,在洱海流域具有推广意义.      

Relationships between loading rates and nitrogen removal effectiveness in subsurface flow constructed wetlands

Nitrogen removal of wetlands under 40 different inflow loadings were studied in the field during 15 months. The removal efficiency of four different sets of beds, namely the reed bed, the Zizania caduciflor bed, the mixing planting bed, and the control bed were studied. The outflow loading and total nitrogen (TN) removal rate of these beds under different inflow loadings and pollution loadings were investigated. The inflow loadings of 4 subsurface flow systems (SFS) ranged from 400 to 8000 mg·(m²·d)⁻¹, while outflow loadings were less than 7000 mg·(m²·d)⁻¹. The results showed that the inflow and outflow loading of TN removal rate in SFS presented an obvious linear relationship. The optical inflow loading to run the system was between 2000 to 4000 mg·(m²·d)⁻¹. Average removal rate was between 1062 and 2007 mg·(m²·d)⁻¹. SFS with plant had a better removal rate than the control. TN removal rates of the reed and Zizania caduciflora bed were 63% and 27% higher than the control bed, respectively. The results regarding the TN absorption of plants indicated that the absorption amount was very limited, less than 5% of the total removal. It proved that plants clearly increase TN removal rates by improving the water flow, and increasing the biomass, as well as activities of microorganisms around the roots. The research provided a perspective for understanding the TN removal mechanism and design for SFS. __________ Translated from Environmental Science, 2006, 27(2): 253–256 [译自: 环境科学]     

根系分泌物调控对人工湿地去除雌激素的影响

通过在所构建的3组垂直流人工湿地(CW1、CW2、CW3)中添加不同ρ(DOC)(0、14、28 mg/L,DOC为溶解性有机碳)的美人蕉根系浸出液来模拟根系分泌物浓度变化,考察其对2种SEs(steroidal estrogens,类固醇雌激素)去除效果的影响. 结果表明:①虽然根系浸出液和根系分泌物中的ρ(DOC)存在差异,但二者成分比例类似,均含有多种小分子化合物(如氨基酸、多糖、有机酸、脂肪酸、醇、烷等),并且甘油含量均为最高. ②各组湿地对SEs的去除率表现为CW2>CW3≈CW1,CW2对E1(Estrone,雌酮)、EE2(17α-Ethinylestradiol,17α-乙炔基雌二醇)的去除率最高可分别达到86.9%、72.7%. ③各组湿地全细菌和AOB(ammonia oxidizing bacteria, 氨氧化细菌)平均密度大小表现为CW3>CW2>CW1,NOB(nitrite oxidation bacteria, 亚硝酸氧化细菌)平均密度大小表现为CW2>CW3>CW1,DNB(denitrifying bacteria, 反硝化细菌)平均密度大小表现为CW3>CW1≈CW2,各组湿地基质上生物膜的脱氢酶活性表现为CW2>CW1>CW3.研究显示,适量添加根系浸出液有利于SEs的去除,但根系浸出液中ρ(DOC)过高,可能会对植物根系和特定根系微生物(如NOB)的生长造成毒害作用,并抑制微生物活性,从而影响SEs的去除效果.      

阿什河流域10种水生植物对水质氮磷的净化能力比较

阿什河是松花江重要的一级支流,水环境污染问题最为突出.针对阿什河流域氮磷污染严重、水质恶化、生物多样性低等问题,选取千屈菜（Lythrum salicaria）、菖蒲（Acorus calamus）、泽泻（Alisma plantago-aquatica）、慈姑（Sagittaria trifolia）、芦苇（Phragmites australis）、菰（Zizania latifolia）、显脉苔草（Carex kirganica）、水葱（Scirpus validus）、狭叶香蒲（Typha angustifolia）、香蒲（Typha orientalis）10种阿什河流域常见植物作为研究对象,在室内静水条件下对其氮磷富集和水质净化的能力进行比较研究.结果表明:①不同植物净增生物量之间具有显著差异（P < 0.05）,生物量的变化范围为492.71~939.19 g/m2,其中净增生物量最高的泽泻是最低的慈姑的1.91倍.②不同植物的植株茎叶部和根部的氮、磷含量也具有一定的差异,茎叶部TN含量（以质量分数计）为3.46~19.55 mg/g,TP含量为1.34~4.77 mg/g;根部TN含量为3.88~13.59 mg/g,TP含量为1.16~7.59 mg/g;TN、TP在茎叶部的富集能力均大于根部,有效刈割是彻底去除污染物的有效手段.③在水体中TN、TP浓度（以质量浓度计）为2.08~3.03、0.56~0.77 mg/L时,不同植物对水质的净化能力也存在一定的差异,不同植物对TN、TP的去除率为64.96%~86.03%、64.64%~85.12%.④不同植物TN、TP富集贡献率范围分别为50.24%~80.71%、54.85%~93.44%.研究显示,植物净增生物量湿质量、干质量均与TP富集率相关性较高,可以作为植物筛选的一个重要的参考因素;水葱、芦苇、菰和千屈菜可作为阿什河流域生态修复的备选植物.      

根表铁膜在人工湿地磷去除中的作用及基质的影响

本研究构建了基质铁含量分别为10.68％、23.52％、44.20％和pH分别为7.0、7.3、7.9的3个水平潜流人工湿地实验系统,在对污水进行5个月处理后,分析了各系统不同区域植物根表铁膜形成量及植物、基质、根表铁膜中磷的分配量,以期阐明植物根表铁膜在人工湿地磷去除中的作用及基质的影响.结果表明,经过5个月的污水处理,3个系统植物根表都出现了明显的铁膜,形成量在15 ～35 g·kg-1(以根干重计)之间,铁膜的形成量受到基质铁含量和pH共同影响,基质铁含量的增加,同时pH不增加或增加幅度较小时,铁膜形成量会相应增加;但若含铁基质材料碱性较强时,基质铁含量增加导致pH大幅增加时,根表铁膜形成量则不随基质铁含量增加而增加3个系统铁膜中磷含量都在20g·kg-1(以根干重计)左右,相差不大,铁膜磷含量受基质对磷的竞争和植物吸收转移影响.各系统中,铁膜单位磷含量远高于植物和基质,并且分配在铁膜中的磷总量既高于植物地上部分也高于地下部分,甚至与植物地上和地下部分总和接近,表明铁膜在人工湿地中是一个重要的磷吸附截留部位,对人工湿地磷的去除具有重要作用.     

7种人工湿地植物根系扩展能力比较研究

以芦苇、美人蕉，香根草、灯心草、旱伞草、香蒲、芦竹7种植物为对象。通过盆载试验，研究它们在水分诱导方式下根系扩展情况。比较它们的根系极限长度，达到极限长度所用的时间、根系形态和密度、病虫害发生情况。结果表明，水分诱导方式是一种效果显著的促进根系快速增长的技术：文章所选用的7种植物中。旱伞草和香根草的分蘖及根系伸展能力最强，并且没有病虫害发生：其次是芦苇、芦竹，芦竹较少发生病虫害，但芦苇病虫害发生频繁：香蒲、美人蕉和灯心草根系生长较为缓慢．伸展较浅。较少发生病虫害。     

北固山湿地虉草氮磷积累和转移能力的研究

通过研究镇江北固山湿地中优势种虉草(Phalaris arundinaces Linn)的生物量以及不同时期各器官总磷/总氮含量及氮/磷累计的动态变化规律,探讨了虉草对氮磷的转移能力.结果表明:1)虉草生物量呈先增加后减少的趋势,茎的生物量远大于叶和根.2)叶中的氮含量大于茎和根,在4月份时达到峰值33.02 mg·g-1;根中的磷含量远大于叶和茎,在8.94～9.83 mg·g-1之间.3)各器官对氮的累积以茎为最高,在5月份时达峰值,为16272 mg·m-2;根中的磷累积最高,茎其次,峰值分别为3196 mg·m-2、5097 mg·m-2.4)相关性分析结果提示氮/磷的去除量与植物的生物量成正相关,适时收割虉草可以从湿地中转移氮和磷.