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。     

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。     

树皮填料补充碳源人工湿地脱氮初步试验研究

人工湿地可应用于城市污水厂出水深度处理和农业污染治理,但反硝化碳源不足问题制约了其脱氮能力.本试验利用树皮作为垂直流人工湿地强化反硝化脱氮填料,分析了水力负荷、硝酸盐负荷以及pH对人工湿地脱氮效果的影响.结果表明,人工湿地可以达到预期的反硝化水平,反硝化速率随水力负荷、硝酸盐负荷的增加而增大,去除率随两者的增加而减小,...     

基于高通量测序技术的人工湿地中脱氮微生物群落结构解析

针对台州湾水平流人工湿地处理河水时脱氮能力低且不稳定的情况,采用高通量测序技术进行脱氮微生物群落的结构解析,以便从微生物的群落结构和空间分布中寻求影响脱氮能力的因素.研究结果表明,水平流湿地中存在硝化和反硝化菌群,且硝化菌属主要为Nitrospira,反硝化菌属主要为Bacillus和Paracoccus.与脱氮系统较...     

人工湿地微生物硝化和反硝化强度对比研究

通过对表面流和潜流人工湿地中不同填料层的微生物硝化和反硝化强度进行对比研究,探讨了人工湿地脱氮过程中硝化反硝化作用的变化,从微生物角度分析了人工湿地脱氮效果的差别.研究结果表明,人工湿地系统可以同时进行硝化和反硝化作用.表面流湿地硝化强度高于潜流湿地,2个系统中的硝化强度具有较明显的分层现象,上层硝化强度高于下层.2个系统中沿程硝化强度呈递减趋势,硝化强度反映氨氮去除率的大小,表面流湿地氨氮的去除率高于芦苇潜流湿地30%～40%.反硝化强度比较结果表明,潜流湿地上层土壤填料的反硝化强度最高,砾石填料反硝化强度最低,表面流湿地反硝化强度居中,2个系统反硝化强度上下分层不明显,沿程基本保持不变.     

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。     

人工湿地处理低碳氮比污染河水时的脱氮机理

针对人工湿地处理城市污染河水时出现的脱氮效果不佳的问题,以受到严重面源污染的镇江古运河水为例,采用芦苇碎石床复合垂直流人工湿地小试装置研究了人工湿地处理此类低碳氮比污水时的脱氮机理.试验结果表明,人工湿地对于污水中氮的去除主要发生在表层30cm处,其去除机理主要包括填料、植物根系等对悬浮态氮的过滤、截留作用,微生物对溶解态氮的硝化反硝化作用以及植物的吸收作用;湿地下部由于碳源缺乏抑制了反硝化过程,基本不能发挥除氮的作用;对于硝氮浓度高的污水,通过补充有机碳可以有效提高除氮效果,但对于氨氮浓度高的污水,补充有机碳没有明显的效果.     

运行方式对潜流人工湿地氧分布及脱氮的影响

为了探究运行方式对水平潜流人工湿地脱氮效率的影响,分别采用了连续运行和不同落干时间的间歇运行方式处理生活污水。通过对比分析各方式下湿地床体溶解氧的空间分布来揭示脱氮效果差异。结果表明,间歇运行方式对湿地床体中上层有较明显复氧作用,落干时间的延长可以增强复氧效果;间歇运行方式下湿地的硝化和反硝化能力均要强于连续运行方式,其中硝化反应强度随着湿地氧环境的改善而提高,总氮的去除率与硝化反应强度呈正相关关系,但是间歇运行不同落干时间下反硝化能力没有显著差异,硝化反应强度是水平潜流人工湿地脱氮的限制因素。     

碳源强化对人工湿地反硝化过程的影响研究

反硝化是人工湿地去除硝酸盐氮的主要机制,高含氮污水中低碳氮比是导致脱氮效果低的主要原因.研究了添加碳源对人工湿地反硝化过程的强化效果,结果表明,外界温度对湿地内的反硝化影响不大,而碳源则是重要的影响因素,对湿地投加碳源可以显著提高湿地的硝氮去除能力,在进水硝氮浓度25～45mg.L-1,24h水力停留时间的条件下,投加...     

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.     

复合垂直流人工湿地的脱氮机理及影响因素分析

采用沸石和砾石作为填料,研究复合垂直流人工湿地处理农村生活污水的脱氮机理。试验结果表明:复合垂直流人工湿地对污水中氮的去除主要发生在下行流填料柱中,其去除机理主要是微生物对溶解态氮的硝化和反硝化作用;悬浮态氮沉积在填料孔隙中,会出现"氮释放"现象;水温、气水比、碳氮比、氮源形式等因素对湿地系统的脱氮效率有显著影响。     

人工湿地脱氮除磷强化技术研究

人工湿地作为一种新型污水生态处理工艺受到越来越广泛的重视,现在广泛应用于各类水体的处理,然而在实际应用中存在脱氮除磷效率偏低等问题,在一定程度上限制了应用,如何强化人工湿地脱氮除磷已成为近年来的研究热点.本研究从人工湿地工艺改进和创新、基质的选择与优化、植物的筛选与配置、设计及运行参数的优化等方面详细论述了人工湿地强化脱氮除磷技术,以期提高人工湿地脱氮除磷效率,为人工湿地技术优化与工程应用提供参考.     

处理低污染水的复合人工湿地脱氮过程

为了解人工湿地处理低污染水的脱氮过程,以洱海流域邓北桥湿地为例,采用水质分析、细菌数量分析与硝化/反硝化强度分析相结合的方法,研究了复合型人工湿地处理低污染河水过程中的氮转化过程及污染物去除效果. 结果表明:在氧化塘-表流湿地-潜流湿地-表流湿地的复合型人工湿地中,ρ(NH₃-N)和ρ(TN)呈逐级降低的趋势,NH₃-N和TN的平均去除率分别可达53.24%和48.21%. 氧化塘和表流湿地的硝化强度显著高于潜流湿地,二级表流湿地中硝酸菌数量和表层硝化强度均为各工艺单元中最高的,分别为93.00×105g-1和8.42×102mg/(m3·h);潜流湿地中ρ(DO)较低,其反硝化作用强度为各单元最高的,其中表层反硝化强度为32.70×102mg/(m3·h),深层反硝化强度为32.09×102mg/(m3·h). 该复合型人工湿地中反硝化的主要单元为潜流湿地.      

硫自养反硝化强化人工湿地深度处理冷轧废水

钢铁行业冷轧废水排放量大,经二级处理后水质稳定,具有较高的资源化利用潜质。研究采用硫自养反硝化技术强化人工湿地对TN的去除效果,并对某钢厂二级处理后的冷轧废水进行深度处理试验研究。结果表明:当HRT=5.0 d时,硫自养反硝化人工湿地系统对浊度、COD、TP、NH_4~+-N和TN的去除率分别为91.9%、49.7%、94.5%、55.7%和58.9%,出水主要水质指标满足回用要求。研究结果为人工湿地处理冷轧废水过程中脱氮效果的提高提出了新思路,为冷轧废水的资源化利用提供了技术参考。     

潜流构造湿地去除农田排水中氮的研究

对潜流构造湿地处理农业面源污水的脱氮效果进行了中试研究.研究证明潜流湿地氮去除效率和水力停留时间呈正相关关系,芦苇床的脱氮效果明显好于茭草床和空白床,名义水力停留时间大于5d时,芦苇、茭草潜流湿地脱氮效率可以达到60%以上.氮的去除满足一级推流反应动力学关系,空白床、芦苇床和茭草床的一级反应动力学常数K分别为0.14、0.26和0.20d^-.微生物的反硝化是人工湿地脱氮的主要途径,植物吸收总氮量仅占入水量的15%左右.     

植物配置对构造湿地根际区硝化菌群及脱氮影响

研究了3种植物配置对构造湿地根际区硝化菌群数量及脱氮效果影响的情况。结果表明:3个湿地池植物根际区数量均较多,富营养化河水加上充足的溶解氧含量和合适的pH值及水温为硝化菌群的生长繁殖提供了良好的物质及环境条件;根须硝化菌群数量平均比基质高1个数量级,溶解氧含量的不同可能是造成这种差异的主要原因;表明微生物的硝化和植物对氮素的同化利用在湿地池脱氮中发挥了重要作用。     

不同香蒲预处理方式对水平潜流人工湿地脱氮的强化效果

针对水平潜流湿地脱氮过程中后端碳源不足导致反硝化脱氮效果不佳的问题,对湿地植物香蒲采用简单处理、酸热处理和碱热处理这3种预处理,探讨香蒲在不同预处理条件下静态释放规律和反硝化特性,基于碳源稳定释放特性及反硝化特性优选碱热处理香蒲作为人工湿地实验系统补给碳源,研究其对水平潜流人工湿地脱氮的强化效果.结果表明,香蒲不同预处理方式导致乙酸释放存在差异,造成碳源静态释放量存在明显差异,3种香蒲处理方式的平均COD释放量为碱热处理(89. 57 mg·L-1)酸热处理(67. 27 mg·L-1)简单处理(54. 45 mg·L-1).碱热处理香蒲硝氮去除率为75. 2%,明显高于酸热处理(67. 2%)和简单处理(23. 5%).水平潜流人工湿地中段投加碱热处理香蒲,能明显提高湿地脱氮效果,TN平均去除率对比空白对照湿地提高30. 3%,同时系统出水COD浓度不会显著提高,还能有效提高系统对污水中磷的去除效果,除磷效果相比空白组提高33. 9%.     

去除预处理生活污水的潜流人工湿地中试除氮性能

为研究人工湿地除氮机制,构建并考察了中试潜流人工湿地对不同形态氮的去除效果,并通过分析出水各种形态氮的分布和湿地系统内部不同形态氮的二维分布特征研究了人工湿地的除氮机制. 结果表明,进水ρ(TN)为30～115 mg/L,ρ(NH₄+-N)为25～60 mg/L,ρ(COD_Cr)为90～190 mg/L,水力停留时间为4 d条件下,氮素被有效去除,TN去除率为32%～70%,NH₄+-N去除率为33%～73%;试验系统脱氮的主要方式为硝化/反硝化作用;湿地上部主要进行硝化反应,中下部主要进行反硝化反应;湿地下半部对NH₄+-N去除贡献有限,硝化作用受限;欲提高系统除氮效率,需提高溶解氧水平并改善有机氮矿化条件.      

强化供氧条件下潜流型人工湿地运行特性

针对潜流型人工湿地中溶解氧浓度和脱氮率偏低的问题,试验研究了强化供氧对植物和微生物的影响及人工湿地内溶解氧浓度、净化效率的变化规律.结果表明,强化供氧宜在湿地前端进行,最佳气水比为6左右,可采用连续供氧方式.供氧对湿地植物生理特性无明显不良影响,可显著增加湿地中硝化菌、反硝化菌数量,硝化菌可比供氧前高出1～2个数量级,反硝化菌高出1个数量级.强化供氧有效改善了湿地内氧环境,供氧前湿地内溶氧浓度普遍低于0.6 mg/L,供氧后氧浓度上升至1 mg/L以上.强化供氧有利于各类污染物质尤其是有机物和氮类物质的去除,有机物去除率比原湿地高出10％左右, TN去除率能够达到60％以上.因此,强化充氧措施具有较好的研究和应用价值.     

NO3--N负荷对树皮填料人工湿地早期反硝化及释碳速率的影响

为了将污水厂尾水作为再生水进行利用,常常需要对尾水进行深度脱氮,针对尾水的水质特征,在深度脱氮时常常需投加碳源.试验采用树皮作为填料,兼作脱氮的缓释碳源,进行树皮填料人工湿地深度脱氮模型试验,研究进水NO_3~--N负荷对反硝化和树皮释放碳源的影响.结果表明,树皮填料人工湿地可稳定脱氮;反硝化速率遵循Monod关系式,随进水NO_3~--N负荷增大而递增,饱和常数KS=19.10 mg·L~(-1);硝氮去除率随进水NO_3~--N负荷增大而减小;在树皮填料人工湿地运行早期,树皮释碳总量、树皮释碳速率随进水NO_3~--N负荷增大而递增,与进水NO_3~--N均呈线性正相关;树皮静态释碳速率为0.2 mg·(g·d)-1,与腐朽木等中空松散的植物碳源相比,碳源缓释性能较好,释碳周期较长,是良好的缓释碳源.