复合垂直流构建湿地中有机质积累与基质堵塞

 利用灼烧失重研究了复合垂直流构建湿地小试及中试系统中有机质的积累规律及其与湿地基质堵塞的关系,通过示踪剂实验测定了堵塞前后系统水力停留时间的变化.结果表明,有机质主要积累在基质表层和上层0～50mm处且有机质积累主要发生在下行池.有机质含量与基质深度负相关,基质表层有机质含量明显高于其他各层.湿地系统中有机质含量与基质渗透系数呈明显的负相关性,有机质含量越高,基质渗透系数越小,说明有机质积累是导致构建湿地堵塞的一个重要原因.复合垂直流构建湿地堵塞后,其水力特征发生了改变,延长了该系统的实际水力停留时间.     

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.     

反冲洗措施改善垂直潜流人工湿地水力特性的研究

人工湿地污水处理工程中难以解决的问题之一是湿地基质堵塞,本研究尝试用反冲洗措施解决此问题。采用不同反冲洗方案研究了反冲洗措施对人工湿地堵塞程度的改善效果,同时分析了反冲洗措施对垂直潜流人工湿地污染物去除效果的改变和水力特性的影响。结果表明,反冲洗措施对解决垂直潜流人工湿地的堵塞有明显地改善;人工湿地发生淤堵使COD去除率下降,反冲洗后随着实际水力停留时间的延长,COD去除率较反冲洗前有所提高;在几种反冲洗方案中,气水联合反冲洗方案在单位面积流量为8～10 L(/m.2s),反冲洗时间为5~7 min时反冲洗效果最好。     

负荷因素对垂直流人工湿地土壤堵塞的影响

为了了解水力负荷、有机负荷和悬浮物负荷在三因素相互影响的条件下垂直流人工湿地土壤堵塞问题的发生过程,该研究采用垂直流人工湿地模拟土柱试验装置,观察在三因素组合条件下,垂直流人工湿地土壤堵塞的发生过程。运行试验结果表明,各三因素系统对人工湿地堵塞的影响程度由高到低分别是:高水力负荷+高有机负荷+高固体悬浮物负荷5高水力负荷+高有机负荷+中固体悬浮物负荷7高水力负荷+中有机负荷+中固体悬浮物负荷6高水力负荷+中有机负荷+高固体悬浮物负荷8中水力负荷+高有机负荷+中固体悬浮物负荷3中水力负荷+高有机负荷+高固体悬浮物负荷1中水力负荷+中有机负荷+高悬浮物负荷4中水力负荷+中有机负荷+中固体悬浮物负荷2;基质堵塞物积累和分布规律:含水率在较高负荷的时候表现为下层表层中层的趋势。而有机物和总磷的分布均表现为表层下层中层的趋势。     

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。     

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。     

折流人工湿地模拟装置的水力特性研究

为研究折流人工湿地的水力特性,构建了一系列不同长宽比和折流模式的人工湿地模拟装置(简称装置),通过示踪实验得到停留时间分布密度图(简称RTD曲线),并计算装置的水力特性参数。结果表明,长宽比2∶1的水平推流装置的回收率为远远小于长宽比4:1的水平推流装置,说明过小的长宽比会引起滞留现象。水平折流装置在无基质填充时,水力特性与水平推流装置基本相同,在填充基质后,回收率急剧下降到20%以下,水力特性反而变差。四廊道上下折流装置与其他装置相比显著减少了死区,同时保证较高的回收率(1.5 h内64.56%),具有较满意的水力特性。     

高水力负荷下人工湿地处理污水厂尾水的研究

为了减少人工湿地的占地面积,采用水平潜流人工湿地在高水力负荷下对污水厂一级A出水进行处理。实验结果表明,随着高水力负荷的降低,湿地系统对污染物的平均去除率逐渐增加,但对污染物的平均去除量却在水力负荷最高时达到最大值。其中在水力负荷为0. 5 m~3/m~2·d时,湿地系统对BOD5、氨氮、总氮和总磷的平均去除率达到最大,分别为74. 6%、52. 2%、51. 1%、53. 3%;在水力负荷为1. 2 m~3/m~2·d时,湿地系统对BOD5、总氮和总磷的平均去除量达到最大,分别为2. 3 g/d、0. 6 g/d、0. 08 g/d。通过分析得出在高水力负荷人工湿地中水力停留时间是污染物去除效果的限制因素。     

Pseudomonas flava WD-3对人工湿地污染物的去除及Monod模型模拟

为确保寒冷地区冬季人工湿地的污水处理效果,采用从南四湖人工湿地中分离筛选出的耐低温菌Pseudomonas flava WD-3为研究对象,研究其在冬季不同梯度接种量(菌悬液的浓度为4.575×108个·m L-1)和水力停留时间时在复合垂直流人工湿地中连续3个月内的污水处理效果,采用简化的Monod动力学模型对该菌在人工湿地中对污染物的去除进行模拟并验证,并讨论了该菌的投加量和水力停留时间与污染物去除的关系.结果表明,Pseudomonas flava WD-3对污水中的有机污染物以及氮磷等营养物具有明显的去除效果.菌株的最佳投加量为6.0%,且其对污水中COD、NH3-N、TP的去除率分别介于:85.82%~87.00%、73.91%~84.18%和82.04%~85.38%,平均去除效率分别为未投加该菌的1.49、1.46、1.76倍,最佳水力停留时间为7d.简化的Monod模型对Pseudomonas flava WD-3在冬季对人工湿地中污染物去除的预测较为准确,同时,该菌的投加量和水力停留时间均与去除率呈正相关的一级反应关系.     

潜流构造湿地去除农田排水中磷的效果

对潜流构造湿地处理农业面源污水的除磷效果进行了中试研究.结果表明,潜流湿地除磷效果在名义水力停留时间(即空床水力停留时间)小于5d时,除磷效果随水力停留时间的增加而增加,通过间歇式和连续流试验均证明过长的水力停留时间会引起pH值的明显下降,导致磷的析出或溶解,降低除磷效率.芦苇(Phragmitascommunis)和茭草(zizania caduciflora)吸收磷量约占去除磷量的15.8%和9.5%.温度对除磷效果影响较为明显,冬季除磷效率较夏季下降30%.     

不同收割时间下人工湿地芦苇根系分泌物的组成和特征

为探讨亚热带地区枯萎期湿地有机物和氮去除效果与芦苇根系分泌物对收割时间的响应,运用水平潜流湿地开展了2年(第1年为2017年7月—2018年3月,第2年为2018年8月—2019年4月)不同收割时间(W1为不收割、W2为枯萎前收割、W3为枯萎中期收割、W4为枯萎末期收割)试验,监测了不同处理下芦苇根系分泌物的组成特征及湿地中有机物和氮浓度的变化. 结果表明:①2年试验均表现为枯萎前收割处理湿地TOC去除率降低,枯萎末期收割处理湿地TOC去除率增加的特征. ②芦苇根系分泌物中烷烃类数量占比最高,2年试验收割处理后根系分泌物数量均呈降低趋势. ③进水ρ(TN)较高的年份,根系分泌物中烷烃类相对含量最高,收割处理后烷烃类相对含量增加;进水ρ(TN)较低的年份,酸类相对含量最高,枯萎前和中期收割后酸类相对含量增加,枯萎末期收割后酸类相对含量降低. ④进水ρ(TN)较高的年份,湿地TOC和TN去除率的变化整体上由烷烃类含量主导,二者与烷烃类含量均呈正相关;进水ρ(TN)较低的年份,湿地TOC和TN去除率的变化整体上由酸类含量主导,二者与酸类含量均呈负相关. 研究显示,枯萎期芦苇湿地污染物去除效果与根系分泌物的组成和特征存在一定的相关性,在枯萎末期收割能增加芦苇湿地的有机物去除效果.      

环境内分泌干扰物在人工湿地中的去除研究

考查了水平潜流人工湿地对城市生活污水中的8种内分泌干扰物去除效果.结果表明:在水力负荷为0.17m/d,水力停留时间为4.6 d情况下,水平潜流人工湿地对雌激素酮(E1)、雌激素三醇(E3)、双酚A(BPA)、辛基酚(OP)、17β-雌二醇(E2)、17a-雌二醇(17a-E2)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)的平均去...     

石灰石和黄铁矿-石灰石人工湿地净化河水的研究

利用石灰石和黄铁矿-石灰石水平潜流人工湿地处理受到污染的河水,了解它们对河水中污染物,尤其是对氮和磷的去除效果,并分析这些矿物的作用,考察了水力停留时间变化对2种人工湿地污染物净化效果的影响.结果表明,污染物去除效果的最佳停留时间出现在3 d左右,COD、TN和TP的平均去除率分别达到51%、70%和95%.在相同进水水质和水力负荷运行条件下,石灰石和黄铁矿-石灰石这2种人工湿地对COD的平均去除率分别为53.93%和51.66%,对NH4+-N的平均去除率分别为82.13%和77.43%,对TN的平均去除率分别为66%和72.06%,对TP的平均去除率分别为50.9%和97.35%.2种人工湿地对COD的去除效果差距不大,黄铁矿-石灰石人工湿地的脱氮除磷效果优于石灰石湿地,对磷有较好的去除效果,不受温度影响且净化效果稳定,适宜长期稳定运行.     

Clogging processes caused by biofilms growth and organic particles accumulation in lab-scale vertical flow constructed wetlands

The accumulation of organic matter in substratum pores is regarded as an important factor causing clogging in the subsurface flow constructed wetlands.In this study,the developing process of clogging separately caused by biofilm growth and organic particles accumulation instead of total organic matter accumulation was investigated in two groups of lab-scale vertical flow constructed wetlands (VFCWs) fed with glucose (dissolved organic matter) and starch (particulate organic matter) influent.Results showed that the growth of biofilms within the substratum pores certainly caused remarkable reduction of effective porosity,especially for the strong organic wastewater,whereas its influence on infiltration rate was negligible.It was implied that the most important contribution of biofilm growth to clogging is accelerating the occurrence of clogging.In comparison with biofilm growth,particles accumulation within pores could rapidly reduce infiltration rate besides effective porosity and the clogging occurred in the upper 0-15 cm layer.With approximately equal amount of accumulated organic matter,the effective porosity of the clogged layer in starch-fed systems was far less than that of glucose-fed systems,which indicated that composition and accumulation mode of the accumulated organic matter played an important role in causing clogging besides the amount.According to the results,some related methods to prevent and recover the clogging phenomenon were suggested.     

Clogging processes caused by biofilm growth and organic particle accumulation in lab-scale vertical flow constructed wetlands

The accumulation of organic matter in substratum pores is regarded as an important factor causing clogging separately in the subsurface flow constructed wetlands. In this study, the developing process of clogging caused by biofilm growth or organic particle accumulation instead of total organic matter accumulation was investigated in two groups of lab-scale vertical flow constructed wetlands (VFCWs), which were fed with glucose (dissolved organic matter) and starch (particulate organic matter) influent. Results showed that the growth of biofilms within the substratum pores certainly caused remarkable reduction of e ective porosity, especially for the strong organic wastewater, whereas its influence on infiltration rate was negligible. It was implied that the most important contribution of biofilm growth to clogging was accelerating the occurrence of clogging. In comparison with biofilm growth, particles accumulation within pores could rapidly reduce infiltration rate besides e ective porosity and the clogging occurred in the upper 0–15 cm layer. With approximately equal amount of accumulated organic matter, the e ective porosity of the clogged layer in starch-fed systems was far less than that of glucose-fed systems, which indicated that composition and accumulation mode in addition to the amount of the accumulated organic matter played an important role in causing clogging.     

向海湿地贴地气层中CO2日平均浓度空间分异特征

研究了向海湿地贴地气层中CO2浓度8月份的日平均值在水平方向及垂直方向上的空间分异特征.结果表明,向海湿地贴地气层CO2日平均浓度在246~266mol/mol之间,低于三江平原湿地贴地气层乃至全球CO2浓度值,4个高度(0.1,0.6,1.2,2m)水平方向纬度分异显著,变异显著区基本一致;垂直分异差异显著,芦苇和香蒲湿地变异最大,岸边坡地变异最小.     

不同布水方式下水平潜流人工湿地的水力效率

通过对4种布水方式(一般水平流式、波流式、对角流式、多点进水式)下水平潜流人工湿地的脉冲示踪剂试验,获得了不同布水方式的水平潜流人工湿地的水力停留时间分布曲线,并计算出水平潜流人工湿地的表观停留时间、平均停留时间、峰值停留时间.同时,根据不同停留时间的对比关系计算不同布水方式的相对水力效率.最后,由停留时间分布函数的对数正态分布拟合模型和连续混合反应器模型分别估算上述停留时间和相对水力效率.结果表明,不同布水方式和不同计算方法得到的水力效率为波流式一般水平流式对角流式多点进水式.     

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.     

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.