潜流人工湿地改善官厅水库水质试验研究

为确定利用人工湿地改善官厅水库水质工程所需的设计参数,在官厅水库岸边建立了人工湿地,开展了潜流人工湿地系统处理官厅水库水的试验研究.试验表明,在水力负荷率为0.15～0.45m/d时,夏季COD_Mn和NH₄⁺-N的去除率分别为50%和70%;冬季,分别可达到15%和50%,去除率随水力负荷率的提高和水温的下降而降低.由于渗漏和蒸发及植物蒸腾作用,系统的出水量为进水量的60%.研究结果表明,潜流人工湿地系统对微污染地表水有较好的净化效果,该系统在冬季低温条件下仍可以正常运行.     

潜流人工湿地堵塞程度的原位测定研究

人工湿地因其生态友好、运行费用低廉、处理效果好而被广泛运用于污水处理中,然而潜流人工湿地在运行过程中会发生填料堵塞,导致其利用率下降、寿命缩短,但目前还缺乏简单有效的原位测定人工湿地堵塞程度的方法和仪器.为了客观地评价湿地的堵塞程度,以渗透系数法为测定原理构建了人工湿地堵塞程度原位测定法,结合压力探测和数据处理模块开发了人工湿地堵塞程度原位测定仪,并进行了实验室试验和原位测量以检验方法和仪器的可行性.实验室试验中测量了利用砂土和砾石模拟的不同程度的堵塞.结果表明:当填料砂土与砾石的质量比为2:1、4:1、8:1时,堵塞系数分别为0.69、0.84、0.91 km/d,测得的堵塞系数和填料比例显著相关,能够准确地反映堵塞程度.原位测量选择运行了1~5 a的4个潜流人工湿地（A、B、C、D湿地）进行,运行一段时间后,潜流人工湿地入口处、湿地管道破损处和使用时间较长的湿地堵塞系数较高,最高达0.998 km/d,而运行情况良好的D湿地堵塞系数在0.5 km/d以下.研究显示,原位测定结果能很好地反映湿地的堵塞情况.      

垂直流人工湿地不同填料长期运行效果研究

在高水力负荷(2400~3400mm/d)条件下,以沸石、无烟煤、页岩、蛭石、陶瓷滤料、砾石、钢渣和生物陶粒为填料,进行垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验(历时25个月).结果表明,随着系统的运行,各填料对COD的去除能力均有不同程度提高.沸石对污水中氮素的处理能力保持在较高的水平,对TN和NH4+-N的平均去除率分别高达82.03%和91.32%.钢渣对TP和可溶性反应磷(SRP)的平均去除率分别高达89.61%和96.77%,且净化效果稳定;无烟煤第2阶段对磷素的净化能力低于钢渣,之后与钢渣无显著性差异.在垂直流人工湿地中,针对水质特性选择长期高效的填料,如沸石、无烟煤和生物陶粒,在高水力负荷条件下可获得更好的处理效果.     

人工湿地污染物去除效率稳定性分析——以沈阳市满堂河污水处理中心为例

利用沈阳市满堂河污水处理中心人工湿地8年来运行数据,对人工湿地整体系统和不同功能区的水质净化效果进行了对比分析,结果表明,潜流人工湿地对CODCr的去除效率,在50%～70%;表面流人工湿地对CODCr的去除效率,稳定在20%左右;人工湿地系统整体对悬浮物和氨氮的去除效率保持在50%以上;人工湿地系统对污染物质的去除效率,随着运行时间增加而日趋稳定。     

美人蕉根系对不同基质结构水平潜流人工湿地水力特性的影响

为了研究植物根系对不同基质结构潜流人工湿地水力特性的影响,根据填料渗透系数,分别设置单层及多层基质结构潜流人工湿地小试实验系统,以美人蕉作为湿地植物,在植物栽种前与成熟后对两系统分别开展示踪试验研究.实验结果表明,美人蕉根系对于单层结构人工湿地水力特性有较明显的改善作用,有效体积从0.49提高到了0.53,短路值由0.60降低到0.41,水力效率提高最大由43%提高到59%.比较而言,植物根系对多层结构湿地有效体积和短路值有轻微负面影响,而对水力效率则有明显的改善作用(由64%提高到83%).此外,植物成熟后,两人工湿地系统中示踪剂回收率均有所下降,其中,单层结构湿地降低较显著,回收率由72%降到62%.可见,植物根系对系统水力特性有较大影响,应在人工湿地设计过程中给予考虑.     

潜流人工湿地填料筛选及其对小城镇微污染水的修复性能评价

为了选择适合小城镇潜流人工湿地的填料,选取小城镇较为常见的材料(废砖、卵石、碎石),结合物化性质,研究25℃下填料对磷的吸附效果,并分析了填料种类对野外潜流人工湿地运行的影响。结果表明:(1)25℃时,3种填料对磷的吸附量随着溶液中初始磷浓度的增加而增加,吸附能力依次为废砖>碎石>卵石;(2)野外潜流人工湿地运行过程中,随HRT的延长,组合填料湿地WL1和废砖填料WL2湿地对总磷的净化效果有所提高,且WL2湿地对总磷的去除效果略优于WL1。因此,可以选择废砖作为小城镇潜流人工湿地系统的填料。     

潜流人工湿地去除效果研究

在连续运行条件下,采用水平潜流人工湿地净化低浓度的生活污水,考察了其净化效果。结果表明,该系统能够有效的降低生活污水中的COD、TN、TP,适合于城镇生活污水的处理。在0.1、0.2 m3/(m2.d)的水力负荷条件下,系统较容易出现死水区;当0.3 m3/(m2·d)的水力负荷条件下,水流呈推流状态,有效容积和水力效率得到提高,去除率分别为90.3%、86.6%和96.7%。试验表明,适当增加水力负荷,有利于污染物的去除。     

高水力负荷对人工湿地处理精养虾塘排水效果的影响

通过水平潜流人工湿地处理精养虾塘排水的中试试验,探讨了在不同高水力负荷条件下[1.10～5.34 m3.(m2.d)-1]人工湿地对有机物、氮磷以及悬浮物的去除效果,以期为其设计运行提供参考.结果表明,水力负荷与COD、TN、TP、SS的去除率呈负相关;COD、TN、SS去除速率随水力负荷的升高,先升后降,最高分别达到69、1.8和117.6 g.(m2.d)-1;TP的去除速率随水力负荷的升高变化并不明显.人工湿地在水力负荷2.52～3.24 m3.(m2.d)-1范围内运行时,污染物去除总量最高处理效果最佳.     

垂直潜流人工湿地堵塞机制：堵塞成因及堵塞物积累规律

为解决垂直潜流人工湿地的堵塞问题,需首先探明人工湿地的堵塞成因和堵塞物在人工湿地中的分布规律.在发生堵塞的垂直潜流人工湿地中,通过研究基质间各物质与雍水面积、基质间空隙率之间的相关关系,发现人工湿地发生堵塞的成因主要是基质层中不可滤物质的积累,并得出以砂子为基质的人工湿地每mL基质间不可滤堵塞物超过18.23 mg时即会出现雍水表观现象;同时研究发现,在本试验条件下,人工湿地布水口周围容易先产生堵塞现象,堵塞层主要分布于距布水管下10～20cm处;基质中不可滤无机物积累的程度比不可滤有机物更明显,且有随着水流方向沿程迁移的趋势;有机物质积累于基质深度基本呈负相关性,基质越深,有机质含量越少,雍水后基质表层有机质含量高于其它各层.     

固定化填料人工快速渗滤系统运行效果分析

利用微生物固定化载体强化人工快速渗滤系统,研究在常温下该系统对小单元、低浓度生活污水的处理效果。研究表明：在水力负荷30 cm/d的工况下,固定化填料人工快速渗滤系统对有机物具有良好的去除效果,对COD的去除率可达80%,基本出水COD〈50mg/l;该系统对TN的去除率约为30%;对TP的去除率为27.9-59.7%,并随系统运行时间的延长而下降。     

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.     

废砖块作为人工湿地填料的除磷能力研究

对废砖块的物理化学特性进行了分析,并对其进行了磷素吸附能力试验,结果表明,废砖块适于湿地微生物的富集和植物的生长且具有较高的磷素吸附能力.通过构建以废砖块为填料的垂直流人工湿地系统考察并初步探索了其对生活污水中磷素的去除效果和去除机制.结果表明,当水力负荷为5 cm·d-1、运行时间为1 a时,湿地系统除磷效率在90%以上,且效果稳定;废砖块的吸附沉淀作用是湿地系统除磷的主要途径,而植物和微生物直接吸收所起的作用不大;被截留磷素在湿地填料层中具有明显的空间特征,对废砖块中的无机磷形态分析结果表明,废砖块中能与磷素发生沉淀反应的元素含量和其在废砖块中的化学形态是影响其吸附沉淀磷素作用途径的重要因素.因此,废砖块是人工湿地污水处理系统构建过程中较为理想的填料.     

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.     

潜流型人工湿地基质堵塞特性试验研究

为解决设计不当或管理不善等原因造成的湿地堵塞问题,深入揭示湿地堵塞特性及形成机制,试验研究了芦苇潜流型水平流湿地和垂直流湿地的堵塞特性,并以此比较了2种湿地长期运行的稳定性.结果表明,湿地堵塞后土壤中有机质积累量较大,在湿地中各测量点达到了1.5%～5%,其主要积累区域在湿地前部表层,积累量为4%～5%,对有机物积累量与土壤深度进行数值分析发现,两者之间呈显著函数关系;水平流湿地和垂直流湿地内部堵塞机制不同,故堵塞后水平流湿地水力停留时间为3.515 4 d,较正常值缩短21.88%,而堵塞垂直流湿地水力停留时间为5.464 8 d,较正常值增长21.44%.湿地堵塞后污染物去除效率明显降低,波动较大,2种湿地比较发现,垂直流湿地的堵塞情况较水平流湿地更为严重.     

污水渗滤土地处理系统中的堵塞问题

堵塞问题是污水渗滤土地处理系统经常遇到的.从理论方面对悬浮物截留、吸附及微生物生长所造成的堵塞进行了讨论,并用实例进行了验证.结果表明,不管是悬浮物截留、吸附,还是微生物的生长,所造成的堵塞状况都呈现出随滤层厚度增加按负指数形式递减的趋势.系统内部是否会发生堵塞与原水的成分组成、渗滤介质的有关参数、微生物的活性等都密切相关.对于污水渗滤土地处理系统来说,微生物的生长一般不会导致系统内部产生堵塞,而悬浮物的截留、吸附常常会造成系统表层比较严重的堵塞.     

Observation of bioturbation and hyporheic flux in streambeds

In the Elkhorn River, burrows, tubes, and sediment mounds created by invertebrate bioturbation were observed in the exposed streambed and commonly concentrated on the fine-sediment patches, which consist of silt, clay, and organic matter. These invertebrate activities could loosen the thin layer of clogging sediments and result in an increase of pore size in the sediments, leading to greater vertical hydraulic conductivity of the streambed (K _v ). The measurements of the vertical hydraulic gradient across the submerged streambed show that vertical flux in the hyporheic zone can alter directions (upward versus downward) for two locations only a few meters apart. In situ permeameter tests show that streambed K _v in the upper sediment layer is much higher than that in the lower sediment layer, and the calculated K _v in the submerged streambed is consistently greater than that in the clogged sediments around the shorelines of the sand bars. Moreover, a phenomenon of gas bubble release at the water-sediment interface from the subsurface sediments was observed in the groundwater seepage zone where flow velocity is extremely small. The bursting of gas bubbles can potentially break the thin clogging layer of sediments and enhance the vertical hydraulic conductivity of the streambed.     

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.     

危废填埋场导排层淤堵的时空分布特征

导排层淤堵导致的渗滤液水位过高是引发危险废物填埋场环境安全事故的主要原因之一,研究危险废物填埋场导排层淤堵规律,揭示其时空变化特征和主要影响因素具有重要的意义.本研究采用重庆某危险废物填埋场渗滤液原样作为导排流体,以卵石为导排颗粒,选择垂向Column装置模拟实际危险废物填埋场的淤堵特征和规律.对无反滤层装置的淤堵实验研究表明:时间上,导排层淤堵呈现出明显的阶段特征,初期(0~2 个月)孔隙度较为稳定,中期(3~4月)孔隙度缓慢下降,后期(5~6月)孔隙度急剧下降;空间上,越靠近入水口(0~10cm),淤堵越严重;时间越长不同高度处淤堵差异越明显.对不同反滤层装置淤堵的比较研究表明:反滤层的存在有利于控制淤堵物的产生,且土工布反滤层的效果好于细颗粒反滤层;反滤层存在条件下,导排系统的整体导排能力下降(60cm水头压力下的导排流量仅为无反滤层条件下的1/2).因此在导排层上方安置反滤层时需谨慎考虑.     

布洛芬和双氯芬酸在不同构型人工湿地中的去除行为研究

在酸性药物中选取常用的布洛芬和双氯芬酸为典型对象,研究其在人工湿地中的去除行为,探讨不同工艺、有无植物、不同季节对其去除效果的影响.结果表明,工艺因素对二者的去除存在显著影响.其中,布洛芬在水平潜流和垂直潜流湿地中的平均去除率(分别为69%和60%)显著高于表面流湿地(26%),而双氯芬酸在表面流湿地中的平均去除率(58%)则显著高于水平潜流和垂直潜流湿地(分别为49%和43%).植物的存在可以显著提高布洛芬的去除率,对双氯芬酸的去除则无显著影响.配对样品t检验发现两种药物在夏季与秋季的去除效率无显著差异.双氯芬酸的去除效率与DO值、COD的去除效率呈极显著负相关,而布洛芬的去除效率与基质中好氧脱氢酶活性具有较好的正相关性,可能表明,布洛芬在湿地中主要通过好氧降解去除,双氯芬酸在湿地中的主要去除途径为光降解和厌氧降解.     

海水曝气生物滤器污染物沿程转化规律的研究

以竹制空心生化球填料生物滤器处理海水养殖废水为对象,在水力负荷为0.58m3/[m3(填料)×h]、氨氮负荷为(0.35~0.46)g/[m3(填料)×h]、有机负荷约为11.58g/[m3(填料)×h]、气水比3:1、pH值为7.8~8.0、DO浓度2.8~5.8mg/L的条件下,考察了有机物和总氨氮(TAN)的沿程转化规律,分析了污染物的空间分布特性.结果表明:在给定的运行条件下,CODMn的主要去除区间在滤器的0~10cm高度,其中CODMn和溶解性CODMn在此处的去除率分别为49.12%和34.88%;TAN的主要去除区间为0~30cm,其中10cm处TAN的去除率为18%,30cm处为55%;生物量和生物活性由下向上呈递减的分布趋势;生物滤器污染物的主要去除区间为0~30cm,受到水质、水量冲击时,较高层的填料(30~60cm)起到了缓冲作用,将下层生物膜未能降解的污染物去除.