3种类型人工湿地处理富营养化水体中试比较研究

针对五里湖富营养化水体,在同等条件下开展了3种类型人工湿地处理效果的比较研究,试验采用现场中试规模,水力负荷为0.8 m³/(m²·d).结果表明,垂直流、潜流和表面流3种人工湿地对氨氮的平均去除率分别为33.2%、27.4%和14.1%;对总氮的平均去除率分别为52.3%、50.1%和19.2%;对总磷的平均去除率分别为58.8%、57.9%和26.3%;对锰酸盐指数的平均去除率分别为37.2%、38.3%和14.8%;对叶绿素a的平均去除率分别为86.9%、96.1%和55.3%.可见,垂直流人工湿地对氨氮、总氮和总磷的去除效果最好,潜流人工湿地对高锰酸盐指数和叶绿素a的去除效果最好,但垂直流和潜流人工湿地之间的差异较小,表面流人工湿地对各污染物的去除效果均远低于前两者.从出水水质稳定性来看,垂直流人工湿地出水水质最稳定,潜流次之,表面流最差.     

2种人工湿地污水净化效果及其耐污染负荷冲击能力研究

依托建立在新沂河河漫滩的人工湿地中试工程开展现场试验,研究分析2种人工湿地对污染河水的净化效果及耐污染负荷冲击能力.结果表明:在相同的进水浓度条件下,垂直流人工湿地对CODMn的净化效果明显优于潜流,平均去除率高出13.7%,而两者对NH+4-N的净化效果没有明显差异,且都保持较高水平,平均去除率均高于80%;潜流和垂直流人工湿地自身构造不同引起的水流运行方式及截留、过滤作用的差异对有机污染物的去除影响较大,而对NH+4-N的净化效果影响较小;进水污染负荷变化对人工湿地污染物去除效率影响显著,垂直流人工湿地耐CODMn污染负荷冲击能力明显强于潜流,而对NH+4-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.     

不同流态和基质对人工湿地污染物去除及温室气体排放的影响研究

为研究流态和基质对人工湿地生态系统功能的影响,分别利用水平推流砾石潜流湿地、水平推流陶粒潜流湿地、水平折流砾石潜流湿地、上下折流砾石潜流湿地4种人工湿地装置处理低污染水,考察不同流态和基质对人工湿地污染物去除及温室气体排放的影响。结果表明:上下折流砾石潜流湿地对污染物的处理效果最好,对CODMn、TP、TN、NO_3-N、NH_4-N的去除率分别达到20.78%、42.47%、28.9%、32.72%和52.92%,并且该湿地的CO_2和N_2O排放通量最大,分别为409.3mg/(m2·h)和20.3mg/(m~2·h),水平折流砾石潜流湿地的CH4排放通量最大,为0.80mg/(m~2·h),说明流态对人工湿地污染物的处理效率及温室气体排放具有重要影响,采用上下折流流态的人工湿地具有更高的污染物处理效率及温室气体排放通量;水平推流陶粒人工湿地对CODMn、TP和NH_4~+-N的去除率分别为24.39%、29.44%和22.39%,高于水平推流砾石人工湿地的去除率(14.71%、37.19%和12.23%),说明相比砾石,以陶粒作为基质的人工期湿地具有更高的污染物处理能力。     

三种类型人工湿地在非点源污染中的治理效果

采用垂直流、水平潜流和复合型人工湿地系统,对珠海市斗门镇上洲村农村生活污水进行处理并进行污染物削减效果对比。研究发现:3种湿地对COD和NH+4-N的去除率分别达66%~77%和96%~97%,去除效果较好且不存在显著差异。复合型和水平潜流湿地对TN(92%)和TP(66%~75%)去除效果相当,但显著大于垂直流(50%)。不同湿地对污染物去除率呈现秋季夏季的趋势,但季节间差异不显著。除了TP和垂直流湿地的TN,不同湿地出水浓度均达到地表水质III~II类标准。总体上,复合型和水平潜流湿地较垂直流具有较好的污染物去除能力,适合在农村水环境治理中推广应用。     

不同运行方式对人工湿地强化除磷的影响研究

采用改变湿地构型、不同进水方式和曝气运行3种方法,开展不同运行方式对人工湿地的强化除磷效果研究。结果表明:垂直流湿地TP的去除率比水平流湿地平均高10%左右,串联方式对改善人工湿地系统除磷效果不明显,而当水平流湿地多点进水的配水比为2∶1∶1时,湿地对TP的去除率可上升5%～10%。湿地间歇运行当停置时间为2d时,TP去除率可提高6%左右;人工湿地曝气运行当气水比为6时,总磷去除率可达到最大。湿地间歇进水、曝气运行方式都可一定程度地提高湿地除磷效率,但要综合考虑对其他主要污染物的去除效果及系统运行费用影响。     

复合人工湿地系统对生活污水的净化效果

将垂直流人工湿地与水平流人工湿地组成复合人工湿地系统,研究了此复合系统对化粪池出水的净化效果。结果表明,当水平流人工湿地的水力停留时间为3d天时,复合系统对COD、BOD5、TP的去除率分别达到73％、66％、87％,并通过垂直流湿地的硝化作用及水平流湿地的反硝化作用,复合系统对TN的去除率达到40％以上。     

不同基质垂直流人工湿地对猪场污水季节性处理效果的研究

研究了3套不同基质垂直流人工湿地小试装置在不同季节处理猪场污水的运行效果.结果表明,垂直流人工湿地对有机污染物的去除效果随季节变化差异不明显,对有机物降解情况可用一级降解模型模拟;传统型湿地系统NH4 -N去除率在各季节稳定在52%,而沸石和沸石-煤渣型系统冬季NH4 -N去除效率分别从秋季的89.8%和93.4%下降至冬季的64.2%和73.5%,春、夏季回升至80%左右.冬季湿地系统中生物硝化与反硝化作用的减弱影响了垂直流人工湿地系统TN的去除;3套不同基质系统中,沸石-煤渣型系统各高度层硝化强度均为最高,沸石型和沸石-煤渣型系统的反硝化强度明显高于传统型系统,与实际运行过程TN去除率变化相吻合.采用沸石作为基质有利于系统的反硝化进程和TN的去除.垂直流系统对TP去除率随季节性变化波动不显著,但随着垂直流人工湿地系统的运行,基质层对TP的吸附逐渐饱和,去除效率明显下降.     

陶粒复合垂直流人工湿地对污水季节性处理效果的试验研究

研究了四种陶粒组合、一种石灰石碎石5套复合垂直流人工湿地在不同季节处理生活污水的运行效果。结果表明:陶粒组合人工湿地系统对COD、TP、NH3-N的去除效果均优于石灰石碎石湿地;复合垂直流人工湿地对COD的去除效果在冬季有所下降,但仍保持在50%以上;湿地系统对TP去除率受季节性变化影响不显著,但随着复合垂直流人工湿地系统的运行,基质层对TP的吸附逐渐饱和,去除效率缓慢下降;1号~5号人工湿地对氨氮的去除率分别从秋季42.0%、55.1%、61.1%、49.9%、50.2%下降至冬季21.9%、31.0%、36.5%、28.5%、29.2%,春、夏季处理效率开始回升,并保持稳定的状态。     

不同组合类型人工湿地污水处理效果比较

构建室内潮汐流-水平潜流和水平潜流-潮汐流2种不同组合人工湿地系统,探讨不同组合人工湿地系统对污染物的去除效果。研究结果表明:1)当进水总有机碳平均质量浓度为75.9 mg/L,氨氮平均质量浓度为99.4 mg/L时,潮汐流-水平潜流和水平潜流-潮汐流人工湿地系统对总有机碳的去除率分别为90.2%和91.3%,氨氮平均去除率分别为19.5%和39.2%,总氮平均去除率分别为10.3%和30.5%。水平潜流-潮汐流人工湿地系统对氮素表现出较好的去除能力。2)在进水氨氮浓度不变,降低潮汐流-水平潜流组合人工湿地进水的总有机碳浓度至23.1 mg/L,同时,升高水平潜流-潮汐流进水的总有机碳浓度至105.0 mg/L时,2组湿地系统对氮素的平均去除率均得到大幅度提高,氨氮去除率分别为78.9%和80.6%,总氮平均去除率也分别升高到45.4%和51.8%。     

人工湿地构型对水产养殖废水含氮污染物和抗生素去除影响

利用水平潜流人工湿地和下行-上行复合垂直流人工湿地净化水产养殖废水,研究水流方式、水力停留时间对水产养殖废水中含氮污染物、抗生素等典型污染物净化效果的影响.结果表明,复合垂直流人工湿地对含氮污染物具有较好的去除效果,对TN、NH_4~+-N的去除率在水力停留时间为3 d时可分别达到58%、80%.采用BIOLOG微平板技术和高通量测序对两个人工湿地入流端基质微生物群落的分析发现,复合垂直流人工湿地因其内部结构有利于水流流向及溶解氧条件使得微生物活性和多样性均较高,Nitrospira属分布较多是氨氮去除效果较好的主要原因.水力停留时间对NO_3~--N、NO_2~--N的去除有较大影响,维持在3~4 d对各类含氮污染物可获得较好的去除效果.采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法对抗生素去除效果进行研究发现,人工湿地构型对抗生素的去除效果差异不大,两种人工湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲唑和氟甲砜霉素,当水力停留时间从1 d延长至3 d可提高磺胺甲唑的去除率至50%以上.     

水培-复合人工湿地去除直链烷基苯磺酸盐中试研究

以城市污水处理厂初沉池出水为原水,研究了以黑麦草为栽培植物的水培-复合人工湿地对污水中直链烷基苯磺酸盐(LAS)的去除效果。结果显示深度分别为0.1、0.3和0.6 m的3个水培-复合人工湿地系列均可高效去除城市生活污水中的LAS,其中水培槽的中位数去除率分别为49.36%、32.98%和34.04%,水平潜流湿地的中位数去除率分别为46.73%、42.55%和49.32%,垂直流湿地的中位数去除率分别为97.57%、96.26%和96.99%。0.1 m水培槽对LAS的去除效果明显优于0.3 m(p=0.010<0.05)和0.6 m(p=0.021<0.05)水培槽,0.1、0.3和0.6 m水平流(p=0.301>0.05,p=0.791>0.05)和垂直流(p=0.244>0.05,p=0.347>0.05)湿地对LAS的去除无显著差异,但垂直流湿地对LAS的去除显著优于水平流湿地(p=0.000<0.05)。LAS的去除与COD的降解显著相关,与TN和TP的降解无显著相关性。     

河源城南污水处理厂尾水深度处理效果的研究

河源市城南污水处理厂利用垂直流人工湿地对该厂A2-O工艺处理的尾水进行深度处理,研究了人工湿地对尾水中TN、NH4+-N、TP、COD、BOD5的去除效果。结果表明:人工湿地对污水处理厂尾水具有较好的深度处理效果,垂直流人工湿地处理系统对尾水中TN、NH4+-N、TP、COD和BOD5平均去除率分别达到97.4%、97.8%、95.06%、91.87%和95.87%以上,其出水水质基本达GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准,地表水Ⅲ类标准。     

新型复合流人工湿地处理食品加工废水的探索

针对农副产品加工园区食品加工行业产生的废水,在沈阳市辉山明渠河口湿地污水处理厂构建中试规模的新型复合流人工湿地,通过对比研究明确该湿地对化学需氧量(COD)、氨氮(NH_3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的处理效果。结果表明,垂直流人工湿地(VSF)和复合流人工湿地(HVC)对COD的平均去除率分别为39.69%、45.56%;对氨氮的平均去除率分别为51.23%、80.96%;对TN的平均去除率分别为35.80%、57.30%;对TP的平均去除率分别为48.80%、80.24%。新型复合流人工湿地通过灵活的布水方式,营造出适宜微生物生存的溶解氧和温度环境,对有机物和氮磷的分解和吸收过程都比较完整。但是,复合流人工湿地需要控制进水的污染物浓度,超高浓度的污水将使湿地植物的生长和微生物环境遭到破坏。     

寒冷地区人工湿地保温措施及运行方式优化研究

通过对垂直流人工湿地冬季运行保温效果的研究,得出这种湿地类型在冬季没有保温措施的情况下,也不会造成布水管道的冻结,有机物去除率在70%以上;在进行简单保温措施后,处理效果显著提高,有机物去除率普遍在80%以上,说明垂直流人工湿地在西北寒冷地区的应用没有问题。另外,冬季低温运行时可通过优化运行方式提高湿地的除污和抗冻能力。     

冬、夏两季组合湿地系统的净化力对比分析

建立了用以处理污染河流水体的"表面流湿地-垂直流湿地-稳定塘"组合人工湿地系统,日处理水量为7万t,水力停留时间为24 h,对比分析了组合人工湿地系统冬、夏两季的水体净化力。结果表明:冬、夏两季组合湿地系统出水中COD、氨氮、TP、TN月均值可达GB 3838—2002《地表水环境质量标准》IV类标准,不同单元之间净化力差异显著,垂直流湿地贡献率最大;组合湿地系统对COD和氨氮去除率存在显著的季节性差异,冬季对COD和氨氮的平均去除率分别为25.97%和30.26%,显著低于夏季的43.07%和54.20%;组合湿地系统对氮、磷去除效果季节性差异不显著,冬季对TN和TP的平均去除率分别为48.35%和59.26%,而夏季组合湿地系统对TN和TP的平均去除率分别为48.87%和55.26%。要克服冬季对组合湿地系统净化力的影响,需考虑增强垂直流湿地单元的吸附过滤功能和提高湿地系统冬季的生物活性。     

以建筑废砖为填料的人工湿地对农村生活污水的净化效果

采用建筑废砖为填料构建垂直流人工湿地,以常规碎石床湿地为对照,研究了建筑废砖人工湿地对农村生活污水的净化效果。结果表明:生活污水经废砖湿地系统处理后,出水比较稳定。废砖湿地系统对TP、TN和NH+4-N的去除效果显著高于常规碎石床湿地系统,其去除率分别可达到91%、66%和78%。废砖湿地系统与常规碎石床湿地对COD的去除率均较高,去除率可达90%左右。废砖湿地系统出水水质可满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物的排放标准》一级B及以上限值。     

深床过滤用于垂直流人工湿地净化效果研究

针对人工湿地占地面积大的实际问题,将深床过滤原理引入垂直流人工湿地,在连续流工况下,研究深床过滤型垂直流人工湿地(床深1.5 m,记为C系统)相对于常规中床(1.0 m,B系统)和浅床(0.5 m,A系统)湿地对污染物的净化效果。结果表明,C系统相对B系统,显著提升了COD、TP和浊度去除率(p0.05),极显著提升了NH_4~+-N降解率(p0.01);相对A系统,显著提升了TN去除率,极显著提升了TP,NH_4~+-N和浊度去除率。湿地基质深度x(m)与出水对浊度和TP的去除率y(%)间存在正线性相关性,关系式分别为:y=13.65x+68.613(R~2=0.923 8)和y=22.44x+32.84(R~2=0.993 6)。因此,深床过滤型垂直流人工湿地能有效提高污染物综合净化效果,增加湿地处理水力负荷,减小占地面积。     

1990—2015年人工湿地在我国污水治理中的应用分析

1990—2015年我国791个人工湿地主要处理城镇和农村的生活污水、河水及尾水,水平潜流湿地占比最高,数量区域分布为华东>华南>西南>华北>华中>东北>西北,省市分布以浙江省、广东省、山东省为主。人工湿地设计水力负荷大小依次为:垂直流>水平流>表流湿地,复合流介于水平流与垂直流之间。水力负荷、水力停留时间及污染物的去除率因湿地类型、区域、污水类型差异较大。吨水投资费用,以养殖废水最高,城镇生活污水与农村生活污水次之。吨水运行费用比较大小依次为:水平流>表流湿地>垂直流>复合流,处理不同污水类型的人工湿地运营费用为0.09~2.36元/t。吨水占地面积比较大小依次为:表流湿地>复合流>水平流与垂直流。处理不同类型污水的人工湿地土地利用面积为1.48~53.99 m~2/t。     

潮汐流-潜流组合人工湿地微生物群落多样性研究

为研究潮汐流-潜流人工湿地组合的微生物群落空间分布,构建了潮汐流-潜流湿地组合实验装置对人工模拟生活污水进行净化处理,采用PCR-DGGE技术对组合工艺实验装置中微生物空间分布特征进行研究.结果表明,种植植物(香蒲)的人工湿地组合NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N去除率分别为70.22%、28.42%和38.30%,未种植植物的人工湿地组合NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N去除率分别为55.15%、65.26%和61.70%.两组湿地内优势微生物种类共有44种,潮汐流单元微生物种类空间分布差异性较小,系统内多为好氧微生物.潜流人工湿地单元微生物空间分布差异较大,上层以好氧微生物为主,中下层以缺氧和厌氧微生物为主.种植植物可以提高湿地系统中微生物量、微生物群落多样性和均匀性.潮汐流-潜流组合工艺在系统内实现了硝化-反硝化的组合,比一般的潜流和表面流人工湿地组合TN去除率提高了20%~30%.     

垂直流湿地去除低C/N比尾水中氮磷的实验研究

构建了2个平行的不同基质的垂直流湿地,研究了2种湿地对低C/N比尾水处理效果、特性和机理。结果表明:水力停留时间为4 h,复合基质湿地对TN和TP去除率分别达到79.6%~94.69%和80.6%~95.1%,而单一陶粒基质湿地对TN和TP去除率分别32.88%~72.04%和34.5%~52.1%,复合基质湿地出水NO_2~--N浓度明显低于陶粒基质湿地。此外,复合基质湿地中的美人蕉的生长量和指示性微生物种群数量也明显优于单一基质湿地。说明复合基质湿地适合处理低C/N比尾水。