人工湿地处理技术的净化机理及应用现状

人工湿地因其具有环境保护、能源节约、经济发展的多重功效,已成为目前国内外研究的热点.本文主要对人工基质-水生植物-微生物复合的净化系统的净化机理进行介绍,并列举了人工湿地在各类污废水领域中的运用.     

人工湿地去除氨氮机理及影响因素研究

人工湿地的脱氮主要是通过水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的挥发等途径来实现的,微生物的硝化与反硝化是主要的脱氮机制。人工湿地去除氨氮的影响因素很多,不仅受到基质、微生物和水生植物这3种人工湿地构成要素的影响,还受到溶解氧(DO)、pH和温度的影响,改善这些影响因素从而达到良好的脱除氨氮效果。最后对人工湿地基质吸附饱和后再生处理问题进行了探讨。     

根际微生物在污染水体植物修复中的作用

综述了近年来国内外有关水生植物根际微生物在污染水体和湿地修复中的作用研究成果,深入探讨了植物修复的机理。指出水生植物对污染环境的修复主要依赖环境、水生植物和微生物以及三者之间的联合作用,植物和微生物的耦合作用是水生植物应用于水体修复的重要机制。人工湿地对氮的去除主要通过微生物的硝化-反硝化作用途径;根际微生物和植物的联合作用可以改变磷的存在形态,从而加速磷的去除;在有机物和重金属污染环境中,根际微生物通过增强植物对环境的适应性促进污染物的去除。     

人工湿地脱氮技术研究进展

简要介绍了人工温地脱氮技术原理,主要包括水生植物的吸收、微生物的硝化／反硝化脱氮、氮的挥发、氨化作用、基质吸附和离子交换作用。并讨论了影响脱氮效率的因素,分析了国内外的技术研究现状,为进一步开展人工湿地脱氮机理的研究和优化人工湿地污水处理系统设计提供参考。     

人工湿地脱氮技术研究进展

简要介绍了人工温地脱氮技术原理,主要包括水生植物的吸收、微生物的硝化／反硝化脱氮、氮的挥发、氨化作用、基质吸附和离子交换作用。并讨论了影响脱氮效率的因素,分析了国内外的技术研究现状,为进一步开展人工湿地脱氮机理的研究和优化人工湿地污水处理系统设计提供参考。     

不同水生植物影响污水处理效果的主要参数比较

本文对影响污水人工湿地处理效果的几个主要的水生植物参数作了比较分析。研究的结果表明，不同水生植物的蒸散量、生物量、根密度和根长存在较大的差异，这些差异对水生植物的泌氧性能，碎石床人工湿地的水力负荷率、氮磷去除效果和有机污染物的降解有重要的影响。实验选择的５种水生植物都能适应污水人工湿地的工艺条件，但须根据人工湿地水流类型，对实验的水生植物选择不同的方案。     

人工湿地除磷存在的问题及其对策探讨

人工湿地是20世纪七八十年代发展起来的一种污水生态处理技术,能高效去除有机污染物,氮、磷等营养物,近年来得到了广泛的应用。对磷的去除不同于常规化学除磷或生化处理工艺,而是集物理化学法和生物法于一体,即通过基质、水生植物及微生物的协同作用完成。基质容易达到饱和是人工湿地除磷面临的主要问题,进水水质、水力条件、温度变化等条件也不同程度影响人工湿地的除磷效果。针对以上问题,提出了相应对策,以实现人工湿地除磷系统的稳定运行。     

饮用水源地生态防护与水质改善的研究

分析了当前饮用水水源地的水质状况,介绍了3种水源地生态防护与水质改善的方法：生态护坡、人工介质富集微生物、水生植物型人工湿地．并展望了它们的应用前号。     

人工湿地技术在污水处理中的应用分析

污水处理工作对于水资源保护以及环境保护的意义重大,实践证明人工湿地能够有效处理污水。本文简要阐述了人工湿地技术的概念,分析了污水处理中应用人工湿地技术的相关问题,包括污水处理中人工湿地水生植物的应用,对污水进行处理时不同湿地类型的应用;同时结合污水处理工程实例对具体的应用方法进行了分析,以便能够为污水处理工作的改进以及人工湿地技术的推广提供参考。     

水生植物对人工湿地水生态恢复的影响研究

随着经济社会的持续快速发展,人工湿地建设与维护迎来了前所未有的重大发展机遇,如何全面考量水生植物对人工湿地水生态恢复的影响,提高人工湿地整体效果,成为业内广泛关注的焦点课题之一。基于此,文章首先介绍了人工湿地水生态污染及治理的基本内容,分析了水生植物对人工湿地水生态恢复的影响,并结合相关实践经验,分别从季节性明显及注重生态修复效果等多个角度与方面,就水生植物在人工湿地生态修复中的注意事项展开了研究,阐述了对此的几点浅见,望对人工湿地水生态恢复有所裨益。     

人工湿地系统中微生物的研究进展

微生物在人工湿地系统净化污水过程中发挥着重要作用。文章介绍了人工湿地系统中微生物的研究进展,重点讨论了人工湿地对病原微生物的去除以及系统基质中微生物的种群和活性等内容。     

低温下潮汐流人工湿地系统对污水净化效果

潮汐流人工湿地是将湿地按时间序列周期性地充水和排干,使得湿地内部形成好氧-厌氧交替过程,从而实现并强化污染物去除的新型人工湿地形式.该研究主要考察了低温条件下(9～13 ℃)潮汐流人工湿地与传统连续流人工湿地对污染物处理的效能差异,以及运行工况对处理效果的影响;同时对各人工湿地系统中微生物活性进行研究.结果表明:在水力负荷为0.2 m3/(m2·d)条件下,采用3个周期/d的潮汐流人工湿地,出水ρ(DO)为0.61 mg/L,高于连续流人工湿地的0.22 mg/L;NH₄+-N,COD_Cr及PO₄3--P的去除率达到48.57%,68.96%及29.02%,分别比连续流人工湿地提高了约30%,20%和20%.同时,通过对各反应器内微生物呼吸作用和脱氢酶活性等的对比研究发现,3个周期/d的潮汐流人工湿地中微生物具有更高的活性.      

Characteristics of the microbial communities in the integrated vertical-flow constructed wetlands

Microorganisms play an important role in removing pollutants from constructed wetlands. We investigated the microbial characteristics in a novel integrated vertical-flow constructed wetland (IVCW), which has been in operation in Wuhan, China since 1998. We used phospholipid fatty acid (PLFA) and amoA gene to analyze the structure and diversity of the microbial community within the IVCW. PLFA results suggested that the amount of bacterial PLFA was significantly higher than that of fungal PLFA, but the total microbial biomass represented by PLFA index was low in the system. Microbial spatial distribution showed significantly higher bacterial (both G⁺ and G⁻) and fungal biomass in the surface than in the subsurface layers. The ratios of monounsaturated to branched PLFA demonstrated that an anaerobic layer sandwiched by two aerobic layers existed in the IVCW, consistent with the redox potential results. Analysis of the amoA revealed the presence of Nitrosomonas-like sequences in the surface substrate of the downflow chamber and apparent diversities of ammonia-oxidizing bacteria in the system. These results suggest that microorganisms, despite their relatively low biomass, have inhabited the IVCW, and the results will offer some valuable information on microbe to system designers and managers.     

水力停留时间对潜流湿地净化效果影响及脱氮途径解析

利用连续进水的垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地,比较分析了4种水力停留时间对常规污染物去除效果的影响,在最佳水力停留时间下探究了两种湿地内部各基质层硝化、反硝化和氨氧化功能基因丰度以及硝化与反硝化作用强度;通过对两种湿地脱氮影响因素的冗余分析和方差分解分析,得出影响湿地氮去除的主要因素.结果表明,当水力停留时间为24 h时,两种湿地系统对常规污染物（COD、TP、TN和NH₄⁺-N）去除效果最佳,去除率均大于70%,此时湿地内部对NH₄⁺-N和TN的去除率以及硝化和反硝化强度皆表现出沿水流方向逐级递减的趋势;3种功能基因中,反硝化功能基因（nirS）丰度远高于硝化功能基因（nxrA）和氨氧化功能基因（AOB-amoA）.在本研究中,两种潜流人工湿地氮去除能力均受环境因素和微生物因素共同影响,其中,微生物因素对脱氮贡献率最高（55%和48%）.除此之外,TN和NH₄⁺-N的去除率均与DO、基质比表面积、COD浓度和硝化功能基因及反硝化功能基因丰度呈正比,与pH值成反比.因此,为提高两种系统氮去除效果,均可通过提高基质层溶解氧和碳源含量以及适当地降低pH值来实现,水平潜流人工湿地还可通过更换比表面积较大的基质层来显著提高系统脱氮效果.本研究为人工湿地的设计以及最佳水力停留时间的选择提供了理论基础,脱氮途径的定量化解析对深入理解人工湿地氮去除机制以及提高氮素去除率具有重要的指导意义.     

影响潜流人工湿地脱氮主要因素及其解决途径

文章综述了潜流人工湿地除氮的各种机理,包括基质吸附、植物吸收、氨挥发、硝化-反硝化等,其中硝化-反硝化是最主要的脱氮过程。在人工湿地脱氮工艺方面,短程硝化反硝化和厌氧氨氧化是今后研究的前沿。此外讨论了影响人工湿地除氮效率的主要影响因素,包括温度、溶解氧、pH、碳源、重金属、水力学因素等,其中碳源、重金属和水力学方面的影响是研究的热点和前沿。最后,进一步综述了提高人工湿地脱氮效率的研究方法,并对今后的相关研究方向进行了展望。     

构造湿地在污水处理厂二级出水后的深度处理应用研究

中国大部分污水处理厂目前均采用二级处理工艺,主要去除碳源污染物,而消解氮、磷类污染物的效果较差.在传统二级处理工艺基础上,对中水进行三级深度处理,BOD5、SS以及COD类污染物去除效果明显,但运行成本较高,处理量受限.人工构造湿地利用基质-植物-微生物复合生态系统的物理、化学和生物的三重协同作用,通过过滤、吸附与沉淀等作用,以及微生物同化分解和植物吸收转化等途径,可有效去除污水中的氮、磷、SS、有机物及重金属等污染物,且具有低投资、低运转费、低维持成本等特点.     

纳米氧化锌粒径对人工湿地性能及微生物群落的影响

纳米颗粒(nanoparticles,NPs)具有较小的粒径(1～100 nm),其生物毒性与粒径的大小紧密相关.在进水COD约200. 0 mg·L~(-1),NH_4~+-N约12. 5 mg·L~(-1)和溶解性总磷约4. 0 mg·L~(-1)的条件下连续运行28 d,研究了3种不同粒径的纳米氧化锌(ZnO NPs)对水平潜流人工湿地微生物群落结构和多样性的影响,同时结合湿地脱氮性能的变化,探讨了湿地中微生物群落结构和多样性与其处理性能的相互关系.结果表明,3种粒径(15、50和90 nm)的ZnO NPs(10 mg·L~(-1))对COD的去除无明显差异,而对脱氮则表现出明显的粒径效应.高通量测序发现,人工湿地系统中硝化菌属的丰度明显低于反硝化菌属,硝化过程是制约湿地脱氮性能的关键因素.暴露于不同粒径的ZnO NPs后,微生物群落结构发生不同程度的变化,与较大粒径(50 nm和90 nm)的ZnO NPs相比,15 nm的ZnO NPs对硝化菌属的抑制更为显著.     

潜流人工湿地基质结构与微生物群落特征的相关性

为查明造成不同基质结构人工湿地净化性能差异的微生物因素,利用高通量测序技术,研究水平潜流人工湿地基质结构与微生物群落结构的相关性.结果表明,3个对比人工湿地系统中,从床体表层到底层渗透系数逐渐升高的六层结构人工湿地(CW6)净化性能最高,其出水中COD、TN、NO-3-N及NH_4~+-N平均浓度分别为39、11、0.35及4 mg·L~(-1),其后为三层结构人工湿地(CW3),而单层结构人工湿地(CW1)的净化效果最差,平均出水浓度分别为95、21、0.60及12 mg·L~(-1).高通量测序结果显示,多层结构人工湿地中微生物OTUs略低于单层结构湿地,但其优势菌门变形菌门(Proteobacteria)和其属水平上的硝化与反硝化细菌的相对丰度却显著高于单层湿地.PCA和丰度热图分析结果显示,CW3和CW6床体中变形菌门(Proteobacteria)属水平上的微生物存在显著的空间分布差异,从而有利于污染物的分区降解,而CW1各样点间的微生物群落结构无显著性差异.     

树木修复过程中微生物对酸化剂的响应

利用根箱开展了树木修复过程中不同酸化剂处理土壤微生物生物量的动态响应研究。结果表明较高浓度的阿特拉津对土壤微生物具有毒害作用,土壤微生物生物量随时间推移呈总体下降趋势;单纯的树木修复并不能显著提高土壤微生物生物量,酸碱调节剂的施用改变了根际微域的土壤环境,对微生物数量及群落结构产生刺激作用。酸碱调节剂对土壤中微生物活性及其利用氮源的能力具有促进作用:升华硫能在一定程度上减缓土壤微生物生物量碳的降低,氢氧化钙对土壤中微生物活性的恢复具有积极的促进作用。     

复合垂直流人工湿地微生物特征对典型污水的响应差异

污水性质是影响人工湿地微生物特征的重要因子,而微生物对人工湿地污染物净化功能的发挥至关重要. 运用两组IVCW(复合垂直流人工湿地)分别处理模拟生活污水和污水处理厂尾水,比较研究两组系统下行流、上行流池的基质酶活性及硝化反硝化强度,并通过脂肪酸甲酯图谱分析系统中的微生物群落结构,以解析人工湿地微生物特征对两种污水的响应差异. 结果表明:处理生活污水的IVCW下行流池中脱氢酶、过氧化氢酶、脲酶及硝酸盐还原酶活性均显著高于其他单元,四者平均值分别为其他单元的2.8~4.6、7.9~10.3、19.3~41.7和4.5~10.8倍. 处理生活污水IVCW基质的硝化强度是尾水处理系统对应单元的1.4~5.3倍(下行流)和1.3~3.9倍(上行流),而两组IVCW对应单元基质的反硝化强度之间无显著差异. IVCW下行流池中特征脂肪酸比值及微生物群落结构受污水类型的影响较小,均以厌氧细菌和革兰氏阳性菌为优势菌;上行流池微生物群落结构则受到污水类型的一定影响,真菌的相对丰度较高. 两种污水对IVCW基质酶活性和硝化强度的影响高于对反硝化强度和微生物群落结构的影响.