植物滞留系统草本植物对人工模拟雨水中锌的富集及去除效果研究

采用沙培实验,探讨4种草本植物(黑麦草、地毯草、早熟禾、高羊茅)对人工模拟雨水中重金属锌的吸收富集和去除效果,为植物滞留系统筛选草本植物提供科学依据。实验分析测定不同植物滞留系统介质、不同入口浓度情况下,植物地上部与根部锌含量及锌的去除率。结果表明:4种草本植物对人工模拟降雨径流中的锌均有较好的去除效果,锌的平均去除率为84.65%~91.12%。不同草本植物去除人工模拟降雨径流中锌的能力,从强到弱的顺序依次为:早熟禾>黑麦草>地毯草>高羊茅。其中,4种草本植物对锌的去除率随入口浓度的增加而增加;对于同一种草本植物同样的入口浓度情况下,沙土Ⅰ为最佳土壤介质,具有最佳去除锌能力。4种草本植物地上部和地下部锌累积量分别为419.19~960.98μg和569.61~1 024.11μg;其中黑麦草锌累积总量最高,其次是地毯草,最低为早熟禾。综合考虑污染物去除率和锌在植物体内的累积量,交替种植早熟禾和黑麦草可提高植物滞留系统去除锌的能力且有利于延长植物滞留系统寿命。     

寒冷地区滨岸缓冲带植物筛选

为在寒冷地区建立高效的滨岸缓冲带水体工程,选择早熟禾、高羊茅、3种本地耐寒性植物,研究剪股颖构建河流滨岸缓冲带植物的经济性、生长特性、光合作用及其对悬浮物、氮、磷的净化能力。结果表明,3种植物在经济性方面高羊茅与早熟禾差别不大,远低于剪股颖;在生长特性方面,早熟禾与高羊茅的表现相近,高羊茅略好,但比剪股颖表现优秀,早熟禾在净光合作用速率、蒸腾速率以及水分利用效率方面比高羊茅及剪股颖出色;在面源污染物去除率方面,地表径流悬浮物的去除中,早熟禾表现突出;在溶解性磷与总氮的净化中,3种植物表现差异不大,早熟禾略有优势。综合比较各项指标,早熟禾可作为寒冷地区构建滨岸缓冲带较为理想的备选植物。     

多层渗滤介质系统对城市雨水径流氮磷污染物的净化作用

根据北京市雨水地表径流污染的特点,设计了用于去除屋顶和机动车路面雨水径流污染物的多层渗滤介质系统,进行污染雨水净化效果的试验研究.结果表明,系统对屋顶和机动车路面雨水径流中的氮磷污染物有明显的去除效果,NH+4-N、TN、TP的去除率分别达80%、90%、50%以上,出水浓度达到地表水Ⅱ类水质标准;"砂砾料"垫层对TP的去除效果稍好于"无砂混凝土"垫层;雨水径流中氮磷浓度愈高则对氮磷的去除率愈高.雨水径流氮磷浓度变化对氮磷去除效果的影响较小.多层渗滤介质系统通过微生物的硝化和反硝化作用实现生物脱氮是系统去除氮的主要途径;土壤的吸附与沉淀作用是多层渗滤介质系统去除磷的主要途径.系统对城市雨水径流氮磷污染物的净化能力主要发生在垫层及地基土层0.3m以内.     

生物滞留对城市地表径流磷的去除途径

根据武汉城市地表径流水文变化以及磷污染特征,通过1 a模拟运行监测,研究了生物滞留种植植物(狼尾草)、设置饱和带对城市地表径流溶解性磷(PO3-4-P)去除的影响及去除途径.结果表明,生物滞留采用75%河砂与25%当地黄棕壤混合基质,对地表径流PO3-4-P的平均去除率可达到90%以上.生物滞留种植狼尾草可显著降低出水PO3-4-P浓度.生物滞留设置饱和带可进一步提高对PO3-4-P的去除,不影响出水TP浓度.生物滞留通过基质吸附去除地表径流中的磷,表现为0~22.5 cm基质剖面中植物有效磷的增加,约占试验期间进水磷负荷的50%.从生物滞留系统磷输入(进水)与输出(出水与植物地上部分)角度分析,种植狼尾草一个生长周期地上部分吸收的磷可占进水磷负荷57.1%~76.1%,定期收割植物地上部分可作为城市地表径流磷可持续管理的主要途径.     

植被缓冲带径流渗流水量分配及氮磷污染物去除定量化研究

利用构建的缓冲带现场试验基地和设计的径流流量测定装置,对植被缓冲带滞缓径流和农田氮磷污染物去除能力开展定量化试验研究.结果表明,植被缓冲带有效滞缓了径流速度,并显著提高了缓冲带土壤的水力渗透能力,19m长的百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带径流出水时间分别是空白对照的2.46倍、1.72倍和2.03倍,渗流水量分别是空白对照的3.01倍、2.16倍和2.45倍;植被缓冲带能有效去除农田径流氮磷污染物,百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带对NH4+-N、TN、TP的总去除率分别比空白对照提高了237%、268%和274%;植被缓冲带渗流对氮磷污染物的去除能力显著高于径流,渗流水量越大,缓冲带氮磷污染物的总去除率和单位面积去除负荷越高,试验各植被缓冲带TN、NH4+-N、TP渗流去除量与径流去除量的比值分别达到2.79、2.02和2.83.     

河岸草本缓冲带对模拟径流中污染物的净化

选择华北地区3种常见草本植物——狗牙根、虎尾草和天堂草,通过人工配水模拟地表径流,在北京潮白河河岸设置径流试验,研究河岸带宽度、水力负荷和进水浓度对不同缓冲带截污能力的影响。结果表明:模拟径流中污染物均随缓冲带沿程距离增加有降低趋势,且前段下降较快,后段下降逐渐趋缓。SS的去除主要发生在沿程前3 m,TP和COD的去除主要发生在前6 m,TN的去除主要发生在9 m以内。若缓冲带的宽度设置受限,为保证一定的截污效果,宽度不应小于9 m。狗牙根、虎尾草和天堂草缓冲带在沿程15 m处对NH_4~+-N的去除率分别为50.6%、32.0%和40.4%,总体上狗牙根和天堂草对N、P的去除能力优于虎尾草。不同水力负荷和进水浓度下,草本缓冲带均能有效截留径流中的SS,去除率均在70%以上,而NH_4~+-N的去除受进水浓度的影响较大。由于模拟径流中NO_3~--N和溶解性磷(DP)进水浓度低于1 mg/L,缓冲带对两者的去除效果较差,特别是虎尾草缓冲带,出现了出水浓度高于进水的情况。     

冷季型草坪草对再生水灌溉响应及适宜性评价

以北京市常见冷季型草坪草多年生黑麦草、高羊茅和草地早熟禾为对象,借助于CAT、POD、MDA、脯氨酸、叶绿素等生理指标,采用室内盆栽的方法研究再生水灌溉下冷季型草坪草的生理反应,及各种生理指标与基质盐分累积的关系,对3种草坪草2种水源灌溉生理适宜性进行综合评价。结果表明:再生水中盐分含量刺激多年生黑麦草和高羊茅体内保护型酶活性保持较高水平,从而保持较强的生理优势,再生水作用使得草地早熟禾生长发育受阻,但盐分不是造成生长受阻的主导因素。在盆栽条件下,不同草坪草对不同灌溉水源生长适宜性由强至弱依次为再生水高羊茅,自来水高羊茅,自来水草地早熟禾,再生水多年生黑麦草,自来水多年生黑麦草,再生水草地早熟禾。     

生物滞留介质类型对径流雨水净化效果的影响

生物滞留措施能够有效去除径流雨水中的污染物,而介质类型对其净化效果具有重要影响。该研究以粗砂、细沙、黏土、建筑垃圾为介质,研究了生物滞留单元对径流雨水中污染物的净化效果。结果表明,各单元对COD、氮、磷污染物的平均去除率分别为63.9%、62.2%、83.3%;Cd为77.2%,Cu、Pb、Cr、Zn均在92.9%以上。介质类型、介质填装方式、粒径级配等因素对氮、磷等污染物的净化效果影响较大,对重金属的净化效果影响较小。各种介质去除污染物能力依次为黏土细沙粗砂建筑垃圾;建筑垃圾的粒径越小,对径流雨水中污染物净化效果越好。基于上述结果,对各单元出水水质进行回用风险评估,黏土复合介质滞留单元的出水回灌地表水的风险最小;各单元出水均可满足绿地灌溉(GB/T 25499-2010)水质标准。     

4种植物组合对富营养化和重金属复合污染水体的净化效果

选取华中地区常见的4种植物多花黑麦草(Lolium multifolorum)、狐尾草(Alopecurus pratensis L.)、蜈蚣草(Pteris vittata L.)和石菖蒲(Acorus gramineus)为研究对象,通过室内静态水培实验研究了4种植物组合对富营养化和重金属复合污染水体的去除效果。研究发现：4种植物组合对不同浓度梯度的富营养化和重金属复合污染水体中的TN、TP、Cd和Pb均表现出良好的去除效果,不同植物组合对各类污染物的去除效果有所差异。经过30 d修复后,各植物组合对低浓度污水中TN、TP、Cd和Pb去除率平均值分别为88.68%～93.66%、64.00%～83.02%、83.84%～93.62%和95.07%～98.02%;对高浓度污水中TN、TP、Cd和Pb去除率平均值分别为94.49%～97.11%、92.85%～94.15%、63.01%～81.42%和88.56%～91.64%;去除率最高的是多花黑麦草与石菖蒲间作。4种植物对Cd和Pb的富集系数均>1,均具有良好的重金属富集能力。低浓度污水中各植物对Cd和Pb的富集能力明显高于高...     

改造滤岸对城市降雨径流中氮磷去除的中试研究

选择煤渣、锯末、沸石、麦饭石、土壤和马尼拉草构建了城市河岸带改造滤岸中试模型,并对其去除城市降雨径流中氮磷污染物能力进行了研究.结果表明,改造滤岸对表面径流和下渗径流中NH4+-N和TP具有良好的净化效果和较强的去除能力;NH4+-N平均去除率分别为66.5％和83.7％,TP平均去除率分别为42.6％和96.2％,出水水质分别可达国家地表水Ⅳ类和Ⅲ类水标准,模型稳定后对表层径流和下渗径流中TN的去除率可达20％左右;模型对NH4+-N、TN和TP的处理负荷分别为634.1～1114.5 mg-m-2·h-1、102.2 ～594.2mg· m-2·h-1和20.6～ 209.0 mg·m-2· h-1,表面径流大于下渗径流.模型内碳源(锯末)以及其他介质的添加虽然能够提高氮的转化能力,但也会影响模型对TN的去除率;下凹断面和末端断面对氮磷的去除率和去除负荷间存在一定的差异,但随着模型的稳定其差异逐渐降低.模型对氮磷的处理负荷与入水氮磷浓度呈显著正相关,说明模型具有一定的抗冲击能力.     

4种牧草植物对红枫湖底泥中重金属污染的植物修复研究

为研究牧草对红枫湖底泥中复合重金属的修复潜力,采用盆栽试验考察了4种牧草植物对红枫湖底泥中Zn、Cu、Pb、Cd的吸收能力和底泥修复效率的差异。结果表明:种植4种牧草植物后,底泥中重金属Zn、Cu、Pb、Cd含量均有所降低。高羊茅对Zn的吸收能力较强,且主要积累在地上部分;黑麦草对Cu和Pb的吸收能力较强,且主要积累在根系;4种植物对Cd的吸收能力相差不大,除菊苣的Cd主要积累在地上部分外,其余植物都积累在根系。黑麦草对底泥中Cu、Pb和Cd的修复效率高于其他3种植物,分别为38.69%、17.12%和31.68%;高羊茅对底泥中Zn的修复效率相对较高,为55.03%,且其Zn的转移系数大于1,反映出其对红枫湖底泥中Zn具有植物提取的潜力。     

垃圾渗滤液对黑麦草和高羊茅种子萌发的影响

为了解垃圾渗滤液作培养液时草本植物种子萌发的情况。以黑麦草和高羊茅两种草本植物种子为研究材料,分别研究了垃圾填埋场渗滤液处理站的渗滤液原液、渗滤液生物处理出水以及渗滤液最终出水在6个不同配比的稀释溶液(V渗滤液/V蒸馏水=1/0,3/1,1/1,1/2,1/3,1/4)下对这两种种子萌发的影响。结果显示:随着渗滤液稀释强度的降低,种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均增加,V渗滤液/V蒸馏水为1/3时,种子发芽率均为最高,黑麦草种子发芽率达96%,高羊茅种子发芽率达79%。用渗滤液作培养液时,更有利于黑麦草种子的萌发;用最终出水作培养液时,更有利于种子的萌发。这两种不同的渗滤液,在不同配比的稀释浓度下对种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等均具有显著的生理作用。     

给水厂污泥改良生物滞留填料除磷效果的研究

通过静态吸附实验研究了土壤、给水厂污泥对磷的吸附特性,采用生物滞留模拟柱,考察生物滞留技术对城市径流中磷的去除效果,评价以给水厂污泥改良填料的可行性.结果表明,给水厂污泥对磷的吸附能力远大于土壤.在进水磷浓度为1.0 mg·L-1条件下,传统填料模拟柱出水总磷随着进水量的增加浓度逐渐增大,而改良填料模拟柱表现出稳定的长期去除效果,经7个月的连续运行,改良填料模拟柱出水总磷的浓度仍小于0.050 mg·L-1,满足地表水Ⅲ类水质标准.根据静态吸附实验估算结果,相同的控制条件下,添加4%给水厂污泥的改良填料对磷的吸附能力约为传统填料的4倍.无定型铁铝的沉淀、吸附作用是改良填料截留进水中磷的主要机制,工程应用中可在填料中添加4%~5%比例的给水厂污泥以提高生物滞留设施控制受纳水体富营养化的效果.     

3种生物滞留设计对城市地表径流溶解性氮的去除作用

城市地表径流溶解性氮(N)的有效控制具有挑战性.2015构建了3种不同设计的生物滞留设施:壤砂种植紫穗狼尾草(CB)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带(MB1)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带并添加10%木块(MB2).在模拟城市地表径流水文、水质变化条件下,研究3种生物滞留种植植物、设置饱和带以及添加碳源对城市地表径流溶解性N(NH_4~+-N、NO_3~--N)的去除作用.通过为期1年试验监测表明,在进水NH_4~+-N浓度平均值为(5.45±2.21)mg·L-1情况下,3种生物滞留对NH_4~+-N均具有显著的去除作用(去除率95%).基质吸附、硝化与植物吸收是生物滞留有效去除城市地表径流NH_4~+-N的主要途径.在进水NO_3~--N平均值为(5.88±2.32)mg·L-1情况下,CB、MB1和MB2出水NO_3~--N浓度的平均值分别为(4.04±2.64)、(0.84±1.18)和(0.26±0.48)mg·L-1,相应去除率分别为31.3%、85.7%和95.6%.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带以及添加碳源均可显著降低出水NO_3~--N浓度,减少NO_3~--N淋溶输出,提高NO_3~--N去除率.植物吸收和微生物反硝化是生物滞留去除NO_3~--N的主要途径.进水NO_3~--N浓度、水量、间隔天数是影响生物滞留出水NO_3~--N浓度的主要因素.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带并添加碳源,在水文、水质变化情况下,仍可有效去除城市地表径流溶解性N.     

生物滞留系统设置内部淹没区对径流污染物去除的影响

生物滞留系统是一种能有效控制雨水径流污染的低影响开发技术。在基质中添加铝污泥能保证系统对磷的高效稳定去除,设置内部淹没区可以提高除氮能力,但有研究表明设置淹没区却降低了对磷的滞留效果。为了明确设置淹没区对铝污泥改良基质生物滞留系统去除污染物的影响,采用按一定质量比例配制的砂土铝污泥(15%铝污泥+85%砂土)作为滞留系统填料,并设置不同淹没高度和滞留时间的淹没区,对比污染物在无淹没区及不同淹没高度和滞留时间下的去除率。结果显示,在铝污泥改良基质生物滞留系统中,淹没区的设置对NH+4-N、TP、重金属的去除影响甚微,但能提高对COD和NO-3-N的去除。600 mm淹没高度下NO-3-N的去除效果较200 mm淹没高度下去除效果更加稳定且高效,滞留时间对COD、NO-3-N的去除影响较小。     

Evaluation of a cost e ective technique for treating aquaculture water discharge using Lolium perenne Lam as a biofilter

Wastewater stabilization ponds generate low cost by-products that are useful for agriculture. The utilization of these by-products for soil amendment and as a source of nutrients for plants requires a high level of sanitation and stabilization of the organic matter, to maintain acceptable levels of soil, water and air quality. In this study, two aquaculture wastewater treatment systems; recirculating system and a floating plant bed system were designed to improve the quality of irrigation water in local communities with low income. In both systems the grass species Lolium perenne Lam was used as a plant biofilter while vegetable specie Amaranthus viridis was used to evaluate the performance of the system and the suitability of the phyto-treated water for irrigation. It was found that the harmful material removal rate for recirculating system was 88.9% for TAN （total ammonia nitrogen）, 90% for NO2--N, 64.8% for NO3--N while for floating plant bed system 82.7% for TAN, 82% for NO2--N and 60.5% for NO3--N. Comparative analysis of the efficiency of waste element removal between the two systems revealed that both systems performed well, however, plant growth was not robust for floating plant bed system while recirculating system is energy consuming. Although both systems did not attain sufficient levels of TN （total nitrogen） and TP （total phosphorus） load reduction, the treatment with L. perenne remarkably improved the irrigation water quality. A. viridis plants irrigated with the phyto-treated discharge water had lesser concentrations of heavy metals in their tissues compared to those irrigated with untreated discharge. The control plants irrigated with untreated discharge were also found to be highly lignified with few stems and small leaves.     

长江口南汇潮滩湿地污水处理系统的净化功能

2002年8月～12月对长江口南汇潮滩湿地处理系统对污水净化效果进行了研究,分析了潮滩沉积物中N、P含量变化及其与功能细菌含量间的关系,以及芦苇对污染物质的直接去除作用。结果表明:潮滩湿地对污水的净化效果显著,对TN、TP和COD的去除率分别达到94.06%,76.82%和92.47%;沉积物中N、P含量随样点与排污口间距离增大呈下降趋势;沉积物中NH4+—N、NO3-—N、DIP含量与功能细菌数量间呈良好的正相关;收割芦苇去除的N、P量分别只占全年排入湿地总量的2.201×10-5%、4.552×10-4%。潮滩湿地对污染物的去除主要通过:潮汐稀释转移,沉降,滩面沉积物吸附等物理过程和微生物分解等生物过程的综合作用,而潮滩植物的直接去除作用仅占很小部分。     

生物滞留系统对溶解性污染物的去除特性及优化途径

生物滞留系统对氮、磷营养盐、重金属与病原菌等溶解性污染物的去除常受系统本身特性和环境因素的影响而高度变异,甚至发生淋洗现象。虽然国内外对生物滞留系统控污能力进行了大量优化研究,并提出了相关技术措施,但这些措施往往仅针对单一污染物,尚未从多目标污染物去除的角度提出生物滞留系统的综合优化途径。因此,以生物滞留系统对溶解性污染物的去除途径为主线,结合去除特性的影响因素分析,分别从植物、填料、构型及运行方式等方面综合探析了生物滞留系统对多目标污染物去除的优化途径,以期提出综合优化措施,实现生物滞留系统对多目标污染物的稳定高效去除。