潜流人工湿地演变对废水中有机物、氮及磷去除的影响

众多研究表明,潜流人工湿地对污水的处理效果明显高于自由表面流型湿地,但实验研究表明潜流人工湿地因堵塞而逐渐演变为自由表面流人工湿地后,其对有机物(COD、TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果优于具有相同填料及植物的潜流人工湿地.通过实验室培养实验,以考察人工湿地演变对有机物的矿化、硝化/反硝化作用、氮及磷去除的影响.结果表明,与潜流人工湿地相比,演变后的自由表面流人工湿地对有机物的矿化率(以TOC表示)为1.82 mg·h-1,高于潜流湿地的1.49 mg·h-1;对NO3-去除率为96.8%,高于潜流湿地的58.1%;非生物脱硝去除率为40%,高于潜流湿地的28.2%;演变后对磷的吸附量(以P计)为160 mg·kg-1,高于潜流湿地的140 mg·kg-1,对磷的去除主要为填料吸附,有机物的覆盖有利于磷去除;但演变后的自由表面流人工湿地的硝化作用能力低于潜流湿地.因此,人工湿地演变对其效能有重要影响.     

洱海沉积物中不同形态磷的时空分布特征

为揭示洱海沉积物磷形态变化的影响因素及其内源磷负荷状况,研究了洱海沉积物中不同形态磷的空间分布和季节性变化特征. 结果表明,洱海表层沉积物中w(TP)为418.71～1108.34mg/kg,空间分布总体呈中部湖区＞南部湖区＞北部湖区;w(IP)为302.35～871.00mg/kg,分布趋势与w(TP)相同;w(Fe/Al-P)为36.22～406.40mg/kg,与w(IP)分布趋势相同;w(Ca-P)为172.34～420.38mg/kg,北部最高;Fe/Al-P和Ca-P是IP的主要形态. 夏季(7月)w(TP)、w(IP)和w(Fe/Al-P)升高,w(labile-P)(labile-P为弱吸附态磷)和w(Fe/Al-P)季节性差异显著. 沉积物柱状样w(TP)、w(OP)、w(labile-P)和w(RSP)(RSP为可还原态磷)随着沉积物深度的增加呈下降趋势,表层富集明显;w(IP)、w(Fe/Al-P)和w(Ca-P)随深度的增加呈上升趋势. 洱海沉积物磷时空分布主要受外源磷输入影响,随水深增加沉积物中w(TP)呈升高趋势,不同形态磷分布受水生生物活动影响较大. 与长江中下游湖泊相比,洱海沉积物中w(TP)高,其中w(IP)及其所占w(TP)的比例较小,磷内源可释放量较低,Fe/Al-P和RSP等生物可利用磷的质量分数及其占w(TP)的比例较大,释放风险较高.      

碳化缓释除磷填料的制备与吸附特性分析

制备了2种人工湿地除磷基质填料,碳化缓释Ca(OH)_2(简称1#填料)和铁盐改性Ca(OH)_2(2#填料),并与工程中常用的石灰石和细沙填料进行等温吸附对比实验,比较不同填料的除磷效果。通过等温吸附实验,发现1#填料和2#填料更符合Langmuir等温吸附方程,得到不同填料对磷的理论饱和吸附量分别为806.45 mg/kg(1#填料)、220.26 mg/kg(2#填料)、64.10 mg/kg(石灰石)和24.81 mg/kg(细沙)。结果表明,制备的1#填料和2#填料对磷元素具有较好的去除效果,与人工湿地常用基质填料相比,具有明显的实际应用优势,可用其强化人工湿地除磷效果。     

人工湿地填料对磷的吸附特性及预期使用年限

试验研究了粗砂、石灰石、钢渣、砂土、页岩、褐铁矿(2Fe2O33H2O)、磁铁矿(Fe3O4)等湿地填料对磷的等温吸附特性。结果表明,Freundlich和Langmuir都能描述上述填料对磷的吸附过程。粗砂、石灰石、钢渣、砂土、页岩、褐铁矿、磁铁矿对磷的理论饱和吸附量分别为18.66mg/kg,80.65mg/kg,1428.6mg/kg,34.84mg/kg,34.97mg/kg,71.94mg/kg和384.6mg/kg。影响填料吸附性的化学成分为Ca,Fe,Al,Mg和Mn。此外分析了填料对磷的吸附机理,预测了钢渣的预期使用年限为14年。     

九龙江河流-库区系统沉积物磷特征及其生态学意义

采用沉积物磷形态的标准测试方法 (SMT)分析了九龙江北溪河流-库区系统16个站位的沉积物磷含量和形态组成,探讨了该系统沉积物磷的空间分布、形态特征及其生态学意义.结果表明,沉积物总磷(TP)的含量为387～2 092 mg.kg-1,平均1 032 mg.kg-1.以无机磷(IP)为主要赋存形态,IP占TP的48%～98%,而IP中以铁铝结合态磷(Fe/Al-P)为主,占IP的43%～99%.TP和Fe/Al-P含量呈现上游高、下游低的空间分布规律,与表层水DTP含量和陆源污染负荷的分布一致.北溪沉积物TP含量的高低主要受Fe/Al-P控制.沉积物富磷、高Fe/Al-P比例(释放潜力大)以及"上游高下游低"的空间分布特征,加上九龙江上游水体较低的氮磷比值属于藻类生长磷弱限制,极可能是九龙江水华首先在上游暴发并向下游库区蔓延的主要原因.九龙江沉积物磷的这些特征在水华过程中具有重要的调控作用和生态学意义.     

人工湿地不同填料组合去除典型污染物的研究

选取沸石、火山岩、空心砖、钢渣4种填料,通过对水中典型污染物的等温吸附试验,进行填料组合方式的优化配比.选取优化后的配比组合模拟人工湿地基质系统进行动态试验,进一步考察分析不同填料组合对污染物去除效果的差异.实验结果表明,Langmuir模型能够较好地模拟填料对氮、磷的吸附过程.各填料对NH+4-N的饱和吸附量大小为沸石(2388.92 mg·kg-1)空心砖(618.39 mg·kg-1)火山岩(310.84mg·kg-1);对磷的饱和吸附量大小为空心砖(3051.57 mg·kg-1)钢渣(2863.69 mg·kg-1)火山岩(1102.78 mg·kg-1)沸石(717.15mg·kg-1).在动态试验中,不同的填料组合对污染物具有不同的去除效果.综合考虑各填料组合对污染物的去除,选取效果最优的填料组合为ZH11(沸石与空心砖质量比1∶1混合),其对COD、NH+4-N、NO-3-N、TP的去除率分别达到62.40%、95.54%、59.82%和97.50%.     

水淬渣人工湿地强化除磷作用研究

研究了水淬渣的磷吸附-解吸效果,构建了以水淬渣为主要基质的模拟垂直流人工湿地系统,分析了水力停留时间(HRT)和污染负荷变化对污水中磷去除的影响,探讨了湿地上行、下行流单元各层基质的除磷贡献.结果表明,水淬渣基质的磷饱和吸附量为3 333 mg.kg-1,其水溶性钙含量为0.084%,pH值为7.54,适合作为湿地除磷基质.HRT与磷除去率呈正相关,当HRT从1 d缩短为0.5 d时,TP去除率降低5.9%~4.7%,当HRT从2 d缩短为1 d时,TP去除率降低2.4%~4.7%,HRT为1 d条件下,水淬渣湿地的磷去除率>85%,说明无限延长HRT无益于强化除磷,适宜的HRT为1 d.在进水浓度稳定的条件下,进水污染负荷与磷去除率呈负相关,当污染负荷范围在12.2~36.8 g.(m2.d)-1时,水淬渣湿地的磷除去率可维持在85%,当污染负荷达到48.9 g.(m2.d)-1后,水淬渣湿地的磷除去率下降至65%,当污染负荷<36.8 g.(m2.d)-1时,水淬渣湿地的磷去除率>82%,说明高污染负荷可抑制基质表面及孔隙中Ca、Al等吸附磷的活跃位点,适宜的进水污染负荷为24.5~36.8g.(m2.d...     

三峡水库沉积物不同赋存形态磷的时空分布

为了认识三峡水库沉积物磷的赋存状况,利用磷形态标准测试程序SMT法对干流和三条代表性支流(香溪河、大宁河、小江)的柱状沉积物进行了总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁/铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)的测定,结果表明干流沉积物TP含量为781~1026 mg·kg-1,支流沉积物TP含量为382~1085 mg·kg-1.TP主要由IP组成,OP所占比例较低;IP主要由Ca-P组成,Fe/Al-P所占比例较低.干流TP含量空间差异不显著,但各赋存形态磷的含量普遍高于支流,支流中香溪河磷含量高于大宁河和小江.垂直方向上各赋存形态磷含量在不同沉积深度没有明显规律;TP、IP、Ca-P三者变化趋势较一致,主要受Ca-P含量的影响.鉴于支流的独特水文条件,相比于干流,更应警惕支流沉积物磷的释放风险及其对水体的环境化学效应.     

滇池福保湾沉积物不同形态磷的垂向分布

应用SMT连续提取法分析滇池福保湾柱状沉积物的磷(P)形态,探讨P形态的垂向分布特征.沉积物中总磷 (TP)含量高,最高达4　200 mg/kg, 无机磷 (IP)是TP的主要部分,占TP的52%～91%, 铁/铝结合态磷 (Fe/Al-P)是IP的主要部分,占IP的55%～94%.同一湖区不同采样点的沉积物P形态的垂向变化不同,湖湾北端近河口处和南端远离河口处的沉积物中Fe/Al-P, IP, 有机磷 (OP)和TP含量随深度增加而增加,6～11 cm 层的含量最高,这与近年来入湖河流污染负荷削减和河堤阻隔导致P入湖量减少有关.河口处沉积物的钙结合态磷 (Ca-P)含量随深度增加而增加,最南端沉积物的Ca-P含量随深度增加而减少.离河口较远的沉积物中,Fe/Al-P, IP, OP,TP和Ca-P均随深度增加而减少.各点沉积物P形态的变化受该点人类活动带来的入湖污染物量的影响较大,距河口最远处的沉积物中P形态随深度变化不如其他点明显.      

不同扰动强度下城市重污染河道底泥对磷吸收和固定的影响

以重污染河道底泥和上覆水为材料,研究了周期性加入外源磷条件下,不同扰动强度下底泥吸附和固定磷的作用机制.结果表明,扰动可以增加底泥对外源磷的吸附,而且扰动强度越大,底泥对外源磷吸附效率越高.另外,尽管加入的磷以溶解性磷酸盐(DIP)形态存在,但扰动强化了DIP向颗粒态磷(PP)的转化,从而降低了水体中生物可利用磷含量.内源磷形态分析表明,弱吸附态磷(NH4Cl-P)呈降低趋势,而铁铝结合态磷(Fe/Al-P)、钙结合态磷(HCl-P)和残渣磷(Res-P)均呈增加趋势,但以Fe/Al-P增加幅度最大(占总磷的百分比超过80%,以3种扰动强度下平均值计).结合到非闭蓄态Fe/Al-P中的外源磷逐渐增加占Fe/Al-P净增加量的百分比分别为37.49%(100 r·min-1)、42.32%(200 r·min-1)、54.24%(300r·min-1),导致闭蓄态铁铝结合态磷净增加量占总磷净增加量的百分比随扰动强度增加有所降低,同样,钙结合态磷的变化趋势也基本一致.说明在较短的时间尺度上和较大的扰动强度下,连续加入的外源磷主要以易释放态磷形式存在,即底泥对外源磷的吸附以暂时性的持留为主.     

三峡水库消落区土壤理化特征及磷赋存形态研究

应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT)对三峡水库腹心地带(巫山-重庆主城区段)淹没消落区土壤磷的赋存形态进行了分级测定,并分析了各形态磷之间,以及各形态磷与样品理化特征(如全氮(TN)、有机质(SOM)、酸碱性(pH)、氧化还原电位(ORP))之间的相关性.结果表明,研究区域内,淹没消落区土壤全磷含量在0.28～1.32g·kg-1之间,平均值为0.63g·kg-1;无机磷和有机磷平均含量分别为0.46g·kg-1和0.13g·kg-1,占全磷百分比分别为72.3%和21.7%,淹没消落区土壤中的磷以无机磷为主,有机磷为辅,从各形态磷含量及相对含量的变化范围来看,表现为钙结合态磷>有机磷>铁铝结合态磷,土壤全磷含量增加主要来自钙结合态磷部分,其次是有机磷.淹没消落区土壤活性磷组分(铁铝结合态磷和有机磷之和)含量分布范围在0.04～0.39g·kg-1之间,平均值为0.20g·kg-1,占全磷比例达到33.0%,消落区土壤活性磷组分在适宜的环境条件下会成为水体的二次污染源,淹没消落区土壤磷对水体富营养化的潜在影响不容忽视;淹没消落区土壤全磷与无机磷和钙结合态磷,有机磷与铁铝结合态磷、全氮及有机质有显著相关性,表明钙结合态磷为无机磷和全磷的主要赋存形态,有机磷、铁铝结合态磷、全氮和有机质同源;有机磷同土壤酸碱性呈显著正相关,同氧化还原电位呈显著负相关,表明土壤酸碱性和氧化还原电位的变化可影响有机磷的含量与分布.     

有机物对人工湿地基质除磷影响研究

以页岩陶粒为基质,在水力停留时间2d,连续进出水条件下,研究分析了进出水中磷素、基质中磷的形态和附着生物量的变化情况.结果表明,基质的除磷效率随有机物浓度的增加而降低,有机物对页岩磷吸附能力有一定的抑制作用.当进水COD浓度分别为100mg/和200mg/L时,其吸附能力分别下降了49%和62%.有机态松散结合磷、腐殖质态磷和钙镁结合磷明显提高,而铁铝结合磷从36.75%分别降到18%和11.77%,证明有机物累积对铁铝结合磷形成的抑制是磷吸附能力下降的主要原因.另外,进水有机物浓度越高,反应器中基质附着的生物膜量就越大,生物膜的厚度可能会影响水中磷元素向基质扩散时传质的过程.     

西大海湖沉积物营养盐垂直分布特征变化分析

通过对西大海湖心柱状沉积岩芯有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)、磷形态和粒度指标的测试和分析,探讨其垂向分布特征及影响因素.结果表明,营养盐中OM、TN和TP的含量分别为0.633%~2.756%、0.150%~0.429%和648.00~1 480.67 mg·kg-1.Ca-P是TP的主要部分,占TP含量66.04%.1843~1970年间,Ca-P、IP、OM含量变化较小,Fe/Al-P、OP、TP、TN含量波动较大;1970~1996年间,Ca-P、IP、TP含量变化均呈减小趋势,Fe/Al-P、OP、OM含量不同程度上先减少后增加,TN波动较大;1996~2009年营养元素含量相对波动较大,Fe/Al-P、OP和OM的平均含量是3个阶段中最高的.西大海湖沉积岩芯营养元素污染来源以工业废水、生活污水和化肥农药的流失为主.沉积物中C/N比值显示有机质主要来源于水生生物.沉积物粒度组成以黏土和细粉砂为主.相关性研究表明,Ca-P、IP与TP均呈显著的正相关关系,表明Ca-P对IP、TP的增长贡献大.     

洪湖国际重要湿地沉积物磷空间分布特征及释放风险

洪湖国际重要湿地沉积物磷不同空间分布研究发现,洪湖入湖口沉积物TP含量范围为781.31~1955.84 mg·kg^-1,平均值为（1287.21±437.28）mg·kg^-1;湖区沉积物TP含量范围为438.33~1554.04 mg·kg^-1,平均值（718.10±238.15）mg·kg^-1.入湖口沉积物TP含量显著高于湖区沉积物（P<0.05）,养殖围垸沉积物TP含量高于湖面沉积物,但无显著差异（P>0.05）.湖区西北和东北区域沉积物TP含量高于西南区域,四湖总干渠入湖口沉积物TP显著高于螺山干渠入湖口（P<0.05）,四湖总干渠磷输入可能是洪湖沉积物磷主要来源.洪湖不同类型采样点的沉积物磷形态组成存在显著差异,入湖口沉积物磷形态以Fe/Al-P和Ca-P为主,而湖面沉积物以OP和Ca-P为主,空间磷形态组成变化与人类活动影响和水生植物分布有关.通过沉积物Fe/Al-P和OP估算沉积物生物有效磷（BAP）含量,以BAP占TP比例来估算洪湖沉积物磷释放风险,BAP/TP为39.8%~69%,均值为（56.5±7.23）%,存在较高的磷释放风险.OP和BAP与上覆水TP显著相关（P<0.01）,BAP与上覆水正磷酸盐相关性最高,表明上覆水磷浓度可能与沉积物Fe/Al-P和OP向上覆水释放有关.     

废砖块作为人工湿地填料的除磷能力研究

对废砖块的物理化学特性进行了分析,并对其进行了磷素吸附能力试验,结果表明,废砖块适于湿地微生物的富集和植物的生长且具有较高的磷素吸附能力.通过构建以废砖块为填料的垂直流人工湿地系统考察并初步探索了其对生活污水中磷素的去除效果和去除机制.结果表明,当水力负荷为5 cm·d-1、运行时间为1 a时,湿地系统除磷效率在90%以上,且效果稳定;废砖块的吸附沉淀作用是湿地系统除磷的主要途径,而植物和微生物直接吸收所起的作用不大;被截留磷素在湿地填料层中具有明显的空间特征,对废砖块中的无机磷形态分析结果表明,废砖块中能与磷素发生沉淀反应的元素含量和其在废砖块中的化学形态是影响其吸附沉淀磷素作用途径的重要因素.因此,废砖块是人工湿地污水处理系统构建过程中较为理想的填料.     

几种人工湿地基质净化磷素污染性能的分析

通过基质磷素等温吸附、净化磷素污染效果和基质磷素饱和吸附后磷素释放实验,研究了砂子、沸石、蛭石、黄褐土、下蜀黄土、粉煤灰和矿渣7种人工湿地基质净化磷素污染效果和影响因素,并评价了基质磷素饱和吸附后磷素释放可能造成的二次污染风险结果表明:Freundlich和Langmuir等温吸附曲线方程均能很好地描述上述基质磷素吸附过程,其磷素理论饱和吸附量依次为矿渣＞粉煤灰＞蛭石＞表土＞下蜀黄土＞沸石＞砂子.磷素的净化能力依次为矿渣＞粉煤灰＞蛭石＞表土＞下蜀黄土＞沸石＞砂子,模拟污水磷素净化实验也证实矿渣、粉煤灰、蛭石净化磷素污染效果较好,表土和下蜀黄土次之,沸石和砂子净化磷素污染效果较差.矿渣和粉煤灰等钙素含量较高的碱性基质,影响磷素吸附净化效果的主要因素是基质的全钙含量,碱性条件下,基质全钙含量越高,其吸附的磷素越多,净化磷素污染的效果越好.砂子、沸石、下蜀黄土、黄褐土和蛭石等活性胶体氧化铁铝含量较多的中性基质,影响其磷素吸附净化效果的主导因素是其胶体氧化铁的含量,胶体氧化铁能促进基质吸附磷素效应,提高磷素净化能力.基质磷素饱和吸附后磷素释放实验也表明:除砂子基质磷素释放比例较高以外,其它基质磷素释放的比例很低,加强人工湿地基质的管理,上述人工湿地基质一般不会对水体环境造成二次污染.     

太湖流域农村黑臭河流沉积物中磷形态的垂向分布特征

为揭示太湖地区农村黑臭河流表层沉积物中磷形态的分布特征及各形态磷之间的相关性,本文以宜兴市周铁镇掌下浜(北段)为例,沿河流从上游到下游河口共采集了13个表层沉积物样,应用SMT法(The Standards,Measurements and Testing Programme)对柱状沉积物中磷形态进行了分析,并对有机质与各磷形态及其之间进行相关性分析.结果表明:在垂向分布上,沉积物中各形态磷含量随深度加深总体均呈现下降趋势;总磷(Total Phosphorus,TP)的平均含量为659.33~4379.31 mg·kg-1,无机磷(Inorganic Phosphorus,IP)构成沉积物中磷的主要部分,占TP的66.59%~88.25%;盐酸提取态磷(Hydrochloric acid extractable phosphorus,Ca-P)占TP的44.17%~71.47%,占IP的62.17%~83.70%,是构成IP的主要部分.有机质含量与各形态磷之间皆表现出显著的正相关性,反映出垂向沉积剖面上有机质是磷形态含量的重要影响因素.IP、Ca-P、OP(Organic Phosphorus,有机磷)与TP均具有显著的相关关系,表明沉积物中TP含量的增加,主要来自Ca-P,其次是OP;沉积物中OP与Fe/Al-P(NaOH extractable phosphorus,铁铝磷)、Ca-P含量也具有显著的正相关关系,表明OP含量对Fe/Al-P、Ca-P的含量均有影响;Ca-P与Fe/Al-P含量之间存在显著的相关性,说明沉积物中Fe/Al-P的还原释放对Ca-P的形成具有一定的影响.     

扰动强度对太湖沉积物中磷释放及其形态转化的影响

通过室内试验模拟了太湖沉积物在不同扰动强度下的悬浮过程,研究了沉积物扰动强度对磷释放及其形态转化的影响.结果表明,较高扰动强度下(相当于太湖风速12 m.s-1),水体中不同形态磷(总磷、颗粒态磷、溶解性总磷)含量均高于较低扰动强度(相当于太湖风速8 m.s-1).其中,两者分别扰动1h后,总磷和颗粒态磷分别达到0.950 mg.L-1、0.384 mg.L-1和0.882 mg.L-1、0.328 mg.L-1,该水平保持到试验结束.然而,溶解性总磷则呈逐渐降低的趋势.这主要归因于悬浮物的吸附和微生物的快速利用.较高和较低扰动强度下,悬浮物上总磷(Tot-P)分别增加了10 mg.kg-1(平均值)和60 mg.kg-1(平均值).较高扰动强度下铁铝结合态磷的变化恰好说明了形态磷间存在转化趋势.因为铁铝结合态磷增加了85.7 mg.kg-1(平均值),明显高于Tot-P的实测值(10 mg.kg-1,平均值)和理论值(27 mg.kg-1,平均值),说明有其它形态磷转化成铁铝结合态磷.弱吸附态磷和钙结合态磷含量的降低正说明这一点.这显示在扰动状态下,不同形态磷之间至少发生了以水为媒介的间接性转化.