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。     

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。     

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。     

水力负荷对改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水效果的影响

为确定改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水的最佳水力负荷,采用生物炭和活性炭改良、微生物强化以及同时添加生物炭、活性炭和微生物改良强化的3套垂直流人工湿地系统,研究了其在3种水力负荷条件下(0.25、0.5和1 m~3·(m~2·d)~(-1)),对模拟污水厂尾水中污染物的去除效果。结果表明,3套垂直流人工湿地系统均在低水力负荷(0.25 m~3·(m~2·d)~(-1))时对模拟污水厂尾水中NH_4~+-N、TN、TP和COD的去除率较高,但随着水力负荷的增大其去除率逐渐降低。3套垂直流人工湿地系统对NO_3~--N的去除率均在高水力负荷(1 m~3·(m~2·d)~(-1))时较高,且随着水力负荷的变大,其去除率逐渐升高,但去除率的增长幅度变缓;实验证明,生物炭和活性炭改良基质能够提高湿地系统对NH_4~+-N、TN、TP和COD的去除效果,并且在低水力负荷时对NH_4~+-N、TN和COD的去除拥有更好的改良效果,而对TP去除的改良则在高水力负荷时优于在低水力负荷时。厌氧-异养反硝化菌能够提高湿地系统对NH_4~+-N、NO_3~--N和TN的去除效果,并且在高水力负荷时对NO_3~--N的改良效果优于低水力负荷,而在低水力负荷时对NH_4~+-N和TN具有更好的改良效果。综合考虑多种污染物的去除效果,确定3套改良型垂直流人工湿地系统的最佳水力负荷为0.5 m~3·(m~2·d)~(-1)。     

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%。     

冬季组合工艺处理灌溉尾水的运行效果

采用水耕蔬菜人工湿地与垂直流人工湿地组合工艺处理农村生活污水灌溉尾水,针对冬季灌溉尾水量大,而系统处理效果下降问题,对组合工艺进行了运行效果及水力负荷等工艺参数的优化研究。大棚对系统能起到一定的保温效果,系统进出水水温均高出未采取保温强化措施系统2℃左右。在冬季水耕蔬菜人工湿地与垂直流人工湿地受温度影响,污染物去除效能显著下降,随着水力负荷的增大,水耕蔬菜人工湿地对COD、TN及TP的平均去除率和去除负荷呈先增加后减小趋势,其对COD、TP的平均去除率均在0.3 m~3/(m~2·d)附近达到最大,分别为33.4%和11.5%,TN的平均去除率在0.4 m3/(m~2·d)附近达到最大,为8.5%;垂直流人工湿地随着水力负荷的增大,对COD、TN、NH_4~+-N和TP的平均去除率的变化趋势与水耕蔬菜人工湿地相似,在0.2 m~3/(m~2·d)处达到最大,分别为56.3%、29.3%、23.8%和31.3%。上述结果与人工湿地在其他温度较高季节去除率一般随水力负荷降低而呈上升趋势的结果显著不同,表明在冬季依靠一味降低水力负荷无法达到提高系统去除效能的目的。     

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。     

冬季原位生态组合技术改善二级出水净化效果分析

为改善冬季低温条件河流原位生态组合技术对微污染水净化效果,将某硬质纳污河道改造为实验河道。通过进水流量控制、铁炭填料内电解和耐寒植物3种优化措施,考察人工浮岛、生态河床和生态滤坝组合技术对污水处理厂二级出水净化情况。结果表明,在改善措施完成后,组合技术对COD的去除效果由14.3%提高至19%,NH_4~+-N和TN的去除效果由7.8%和13%提高至15.5%和22.8%,TP去除效果由6.3%提高至12.9%。铁炭内电解增加了脱氮微生物种属和丰度,使微生物活性由0.22 mg·g~(-1)增加至0.3 mg·g~(-1),硝化/反硝化强度由0.97 mg·(kg·h)~(-1)/2.69 mg·(kg·h)~(-1)增加至1.26 mg·(kg·h)~(-1)/3.11 mg·(kg·h)~(-1),显著改善组合技术的脱氮效果。此外,沿水流方向布置耐寒挺水植物-浮水植物-沉水植物,进水TP中55%～86.9%的颗粒态磷得到去除。这对提升寒冷地区受污染河流治理效果具有参考价值。     

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。     

两种不同基质的垂直潜流人工湿地对尾水的处理效果研究

为提高人工湿地对污水处理厂尾水的处理效率,采用以黄铁矿和砾石为基质的两种垂直潜流人工湿地处理武汉某污水处理厂尾水,研究了不同水力负荷下人工湿地去除污染物的效果,并分析了基质的微生物群落结构。结果表明,在低水力负荷(0.4～0.7 m³/(m²·d))下,两种人工湿地对尾水化学需氧量(COD)、总氮(TN)、NO^-₃和总磷(TP)具有较好的去除效果;在高水力负荷(1.0～1.3 m³/(m²·d))下,对氨氮去除效果较好。黄铁矿人工湿地对尾水COD、TN、NO^-₃和TP的去除效果好于砾石,分析基质微生物发现,黄铁矿人工湿地中反硝化脱氮菌属主要为硫杆菌属(Thiobacillus)和硫氧化菌属(Sulfurifustis),相对丰度分别为16.68%和4.62%,且硫杆菌属具有提高磷去除能力的功能;而砾石人工湿地中反硝化脱氮菌属主要为类固醇杆菌属(Steroidobacter),相对丰度为4.56%,采用黄铁矿为基质...     

四种植物潜流人工湿地脱氮除磷的研究

分别以薏苡、风车草、茭白和美人蕉为植被构建潜流人工湿地(植物床),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.研究结果表明,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.美人蕉植物床对TN的去除效果最好,HRT为3 d时,TN去除率为56%;HRT为6 d时,TN去除率达76%.茭白植物床对TP的去除效果最好,HRT为3 d时,TP去除率达76%;HRT为6 d时,TP去除率达93%.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2 d时,出水TN均低于<城镇污水处理厂污染物排放标准>(GB 18918-2002)一级标准A标准;HRT为5 d时,出水TP均低于二级标准,其中茭白、美人蕉植物床处理后出水TP低于一级标准B标准.4种植物构建的潜流人工湿地对TN、TP的去除均满足一级反应动力学方程,且相关性显著.     

间歇式运行对人工湿地处理富营养化湖水的影响

针对五里湖富营养化水体,进行了中试规模人工湿地间歇式运行与连续式运行处理效果的比较研究,现场试验采用0.8 m3/m2·d的水力负荷.研究表明,采用间歇进水方式增强了人工湿地的复氧能力,出水溶解氧(DO)含量为2.6～4.5 mg/L,较连续进水方式平均提高了51.06%.间歇式进水对TN和NH4 -N的去除影响较大,与连续进水方式相比去除率分别提高了51.5%和30.5%;而对NO3-N、TP和CODMn的去除影响较小.采用间歇式运行TN的出水浓度较连续式运行稳定,受季节变化和进水浓度的影响较小,出水浓度＜2 mg/L;而间歇式运行对TP和CODMn出水浓度的稳定性影响不大.     

水深对表面流人工湿地污染河水处理系统运行效果的影响

基于中试系统一年的连续运行监测,研究了水深对芦苇表面流人工湿地污染河水处理系统的影响。结果表明,水深对表面流人工湿地污染河水处理系统运行效果有很大影响,在进水COD、氨氮、总氮和总磷等分别为36±4.46、0.92±0.47、6.27±2.01和0.13±0.05 mg/L条件下,水深50 cm时处理效果最好,COD、氨氮、总氮和总磷去除率分别达到42.75%、58.42%、56.94%和43.24%。综合污染物去除效果和人工湿地建设工程量,芦苇表面流人工湿地的水深宜采用50 cm。人工湿地系统中植物光合生理和溶解氧等研究表明,水深主要通过影响植物生长和溶解氧等而影响人工湿地的水质净化效果。     

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。     

高盐工业废水人工湿地处理中植物的筛选

通过人工湿地中试实验,考察了芦苇、睡莲、水葱、狭叶香蒲和宽叶香蒲水生植物单元对经生化处理的石油和精细化工工业区的工业废水中盐含量较高、氮磷营养盐含量较低和化学需氧量(COD)含量较高的废水中污染物的去除情况,研究了在植物不同生长阶段系统中COD的去除同盐度之间的关系,探讨了盐度差异对植物生长状况的影响,为确定人工湿地适合的进水盐度,达到有效去除高含盐量工业废水中有机污染物提供依据。结果表明,芦苇、睡莲和狭叶香蒲3种植物单元内高含盐量工业废水中污染物的净化效果较水葱和宽叶香蒲单元的净化效果好:前3种植物单元内COD、生化需氧量(BOD)和总磷(TP)的去除率大约在38%、55%和62%左右,而水葱和宽叶香蒲2种植物单元内COD、BOD和TP的去除率大约在30%、36%和52%左右;系统中各个单元内总氮(TN)去除率都在85%以上。在植物的不同生长阶段,人工湿地系统中氯离子浓度与COD浓度之间的相关性存在差异:植物生长初期,系统中氯离子浓度与系统中COD浓度之间无显著相关性,而在植物生长旺期和末期,两者则成正相关关系。因此,需根据植物的生长阶段调整人工湿地的进水盐度。     

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。     

北美海蓬子浮岛种植技术及对养虾废水的净化作用

在南美白对虾高效生态循环养殖系统净化池内,以浮岛形式种植北美海蓬子,研究了北美海蓬子生态浮岛种植技术和其生长特征,构建小型管道式无土栽培系统研究北美海蓬子对养虾废水的净化作用。结果显示:生态浮岛种植的北美海蓬子平均株高为69.5 cm,单位面积产量9.1 kg·m~(-2)(鲜重),北美海蓬子生长过程中株高株重呈指数增长关系,其函数关系式为y=0.376e~(0.110x);北美海蓬子对养虾废水中的NH_4~+-N具有优先吸收的作用,其次是NO-2-N;对于养虾废水中的无机N、无机P和TN、TP,北美海蓬子都有较好的去除效果;北美海蓬子植株体内TN和TP的含量(鲜重)分别为0.05%和0.009%,浮岛北美海蓬子可去除的TN量为4.55 g·m~(-2),TP量为0.82 g·m~(-2)。     

植物配置对表层流湿地净化效果的影响研究

以郑州市贾鲁河河水为处理对象,研究了不同植物配置表层流湿地的水质净化效果及影响因素。研究表明,单纯挺水植物湿地对TN、TP、NH4+-N和COD的平均去除率分别为28%、58%、49%和26%;采用沉水植物+浮叶植物+挺水植物组合的湿地对TN、TP、NH4+-N和COD的平均去除率分别为37%、64%、63%和32%,在对NH4+-N和TN的处理效果上表现出明显的优势,DO含量变化是导致处理效果差异的主要原因。研究结果表明,在湿地植物配置上,可从氮循环的角度,通过合理搭配湿地植物,强化硝化反硝化作用,以提高对氮素的去除效果。     

潜流、垂直流人工湿地污染物净化效果及耐污染负荷冲击能力研究

依托建立在新沂河河漫滩上的人工湿地中试工程进行现场试验,研究分析潜流和垂直流2种人工湿地对污染河水的净化效果及其耐污染负荷冲击能力。结果表明:在相同的进水高锰酸盐指数浓度条件下,垂直流对高锰酸盐指数的净化效果明显优于潜流;2种人工湿地对NH4+-N的去除率均比较高(平均去除率均高于80%),且没有明显差异;2种人工湿地构造不同引起的水流运行方式及截留、过滤作用的差异对高锰酸盐指数的去除影响较大,而对NH4+-N去除的影响较小;进水污染负荷变化对人工湿地污染物去除的影响显著,垂直流耐高锰酸盐指数污染负荷冲击能力明显强于潜流,而对NH4+-N污染负荷变化,两者都表现出了较强的耐受能力,差异不明显。     

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。